电机学答案第6章《同步电机》
电机第liu章习题答案
2. 根据获得旋转磁场方式不同，单相异步电动机可 分为分相电动机和罩极电动机两大类。
3.
直线异步电动机转差率的定义式为
s v1 v v1
，其中v1
为行波磁场的移动速度，v为次级的移动速度。
4. 磁滞式同步电动机的磁滞转矩大小与转速无关。
5. 影响永磁式同步电动机不能自行起动的因素主要有（1） 转子本身存在惯性；（2）定、转子磁场之间转速相差过大。
答：调大气门开度的同时，相应增大励磁电流。变化前后 的电动势相量图如图6.13所示。
第六章 同步电机
2. 按电动机惯例画出隐极同步电动机工作于过励状态时的 电动势相量图。
答：如图6.14所示。
E02E01j X 来自 I1j X t I2
I2
U
2 1
I1
图6.13 作图题1图
IM
M
M
U j X t IM
6.9 有一台PN=300MW，UN=18kV,星形联结，cos φN=0.85 （滞后）的汽轮发电机，Xt*=2.18（不饱和值），电枢电阻略 去不计，当发电机运行在额定情况下，试求：不饱和的励磁电 动势E0；（2）功角δN；（3）电磁功率Pem；（4）过载能力λ 。 （答案）
6.10 一台三相水轮发电机，PN=1500MW，UN=6300V，Y
4. 交流伺服电机的转子电阻一般都做得较大，其目 的是使转子在转动时产生制动转矩，使它在控制绕组不 加电压时，能及时制动，防止自转。（ √ ）
5. 单相罩极式异步电动机中，只要改变电源两个端点 的接线，就能改变它的转向。（ × ）
（三）选择题：
1. 下列电机中哪些不需要装设笼型绕组：（ ③ ）
第七章 驱动和控制微电机
8. 当同步电机作发电机运行时，在相位上，E0 超前于U； 作电动机运行时，E0 滞后于U。
同步电机练习题及答案
第六章 同步电机一、填空1. ★在同步电机中，只有存在 电枢反应才能实现机电能量转换。
答 交轴2. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3） 。
答 发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致3. ★同步发电机在过励时从电网吸收 ，产生 电枢反应；同步电动机在过励时向电网输出 ，产生 电枢反应。
答 超前无功功率，直轴去磁，滞后无功功率，直轴增磁4. ★同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；二是 和空间夹角。
答 主极轴线，气隙合成磁场轴线，励磁电动势，电压5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使q X 和d X 将 。
答 增加6. 凸极同步电机气隙增加使q X 和d X 将 。
答 减小7. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为 。
答 δsin2)X 1X 1(mU dq 2- 二、选择1. 同步发电机的额定功率指（ ）。
A 转轴上输入的机械功率；B 转轴上输出的机械功率；C 电枢端口输入的电功率；D 电枢端口输出的电功率。
答 D2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =ϕ，则其电枢反应的性质为（ ）。
A 交轴电枢反应；B 直轴去磁电枢反应；C 直轴去磁与交轴电枢反应；D 直轴增磁与交轴电枢反应。
答 C3. 同步发电机稳定短路电流不很大的原因是（ ）。
A 漏阻抗较大；B 短路电流产生去磁作用较强；C 电枢反应产生增磁作用；D 同步电抗较大。
答 B4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（ ）。
A q aq d ad X X X X X >>>>σ；B σX X X X X q aq d ad >>>>；C σX X X X X ad d aq q >>>>；D σX X X X X aq q ad d >>>>。
第6章 同步电机《电机学(第2版)》王秀和、孙雨萍(习题解答)
习题解答 6-1 同步电机有哪几种运行状态，如何区分？ 答：同步电机有三种运行状态，分别是发电机运行状态、电动机运行状态和补偿 机运行状态。发电机运行状时，电机的功率角大于 0°，电机把机械能转化为电 能；电动机运行状态时，功率角小于 0°，电机把电能转化为机械能；补偿机运 行状态时功率角等于 0°，电机只发出无功功率，实质上补偿机就是空载运行的 同步电动机。 6-2 何谓同步电机的电枢反应？电枢反应的性质取决于什么？ 答：电枢磁动势的基波对气隙基波磁场的影响称为电枢反应。电枢反应的性质取 决于内功率因数角，也就是电枢电流滞后于励磁电动势的角度。当内功率因数角 等于 0°时，只产生交轴电枢反应；当内功率因数角大于 0°且小于 90°时，除产生 交轴电枢反应外，还产生去磁的直轴电枢反应；当内功率因数角小于 0°且大于 -90°时，除产生交轴电枢反应外，还产生助磁的直轴电枢反应。 6-3 试述交轴和直轴电枢反应对同步发电机中能量转换和运行性能的影响。 答：同步发电机并网运行时，直轴电枢反应影响着电机输出的无功功率，交轴电 枢反应影响电机输出的有功功率。同步发电机单机运行时，直轴电枢反应影响发 电机的输出电压，交轴电枢反应影响发电机的有功输出。 6-4 试述电枢反应电抗 X a 的意义。
X s(饱和）
E0 I
6300 / 887
3 4.10Ω
饱和同步电抗标幺值
X
s ( 饱1和）
4.10 2.645
1.55Ω
（2）
短路比 KC
X
1
* s（饱和）
1 1.55
0.645
KC
If0 I fk
102 158
0.646
电机学第六章同步电机
交流主励磁机（100Hz）
～
自励 恒压器
可控 整流器
～
不可控 整流器
主发电机 ～
电流互感器
电压互感器
静止整流器励磁
电压 调整器
优点：运行、维护方便，没有直流励磁机，使励磁容量得以提高，因而在大 容量汽轮发电机 中得到了广泛的应用。
缺点：存在电刷、集电环的滑动接触（薄弱环节）。
• 自励式 主发电机发出的功率经静止整流器整流为直流，然后通过电刷和集电环通入到主发电机的励磁 绕组中。
当ψ角为不同值的电枢反应
Ψ=00 Ψ=900 Ψ=-900 00<Ψ<900 -900<Ψ<00
位置 q轴 d轴 d轴 d、q轴 d、q轴
电枢反应性质 交轴
直、去 直、增 交、直去 交、直增
负载性质 R L C
R、L R、C
励磁磁动势和电枢磁动势的区别
基波波形
幅值大小
位置
转速
励磁 磁动势
正弦波
恒定，由励磁电流决 由转子位置决定 由原动机的转速
Z
N
ns S
B
X
Fa
Y n s A相轴线 C Faq
电流超前电动势的向量图
FaqFacoψs 交磁
Fad Fa sin ψ 与Ff同 向，对 d轴磁场有加 强作用称之为助磁。
直轴电枢反应的影响 • 电机单机运行时，直轴电枢反应将直接影响端电压的大小。去磁时，端电压降低；助磁时 端电压升高。
• 并网运行时，直轴电枢反应影响电机输出的无功功率。
D2 5 ~ 7 L2
• 励磁绕组为集中绕组
• 立式结构
• 阻尼绕组
水轮发电机的转子结构
同步电机课后习题参考答案
14-1水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？14-2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz电网上，转速为150r/min的水轮发电机的极数为多少？14-5 一台三相同步发电机S N=10kV A，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N和额定运行时的发出的有功功率P N和无功功率Q N。
14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？答案：14-3 2p=4014-4 I N=14.43A，P N=8kW，Q N=6 kvar15-1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每相的值？15-2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响：（1）铁心饱和程度增加；（2）气隙增大；（3）电枢绕组匝数增加；（4）励磁绕组匝数增加。
15-9 (1) *0E =2.236， (2) *I =0.78（补充条件： Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) *0E =1.771, 0E =10.74kV ，4.18=θ 15-11 0 2.2846E *=, 013.85kv E =，32.63θ=15-12 012534.88v E =，57.42ψ=，387.61A d I =，247.7A q I =16-1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降到0.5n 1则短路特性，测量结果有何变化？16-2 什么叫短路比，它与什么因素有关？16-3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘd 非和Kc 的方法。
同步电机习题答案
同步电机习题与答案6.1 同步电机的气隙磁场，在空载时是如何激励的？在负载时是如何激励的？[答案见后]6.2 为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不采用电枢旋转式？[答案见后]6.3 在凸极同步电机中，为什么要采用双反应理论来分析电枢反应？[答案见后]6.4 凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗X ad大于交轴电枢反应电抗X aq？[答案见后]6.5 测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降为原来0.95n N，对试验结果有什么影响？[答案见后]6.6 一般同步发电机三相稳定短路，当I k=I N时的励磁电流I fk和额定负载时的励磁电流IfN 都已达到空载特性的饱和段，为什么前者Xd取不饱和值而后者取饱和值？为什么Xq一般总是采用不饱和值？[答案见后]6.7 为什么同步发电机突然短路，电流比稳态短路电流大得多？为什么突然短路电流大小与合闸瞬间有关？[答案见后]6.8 在直流电机中，E>U还是U>E是判断电机作为发电机还是作为电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？为什么？[答案见后]6.9 当同步发电机与大容量电网并联运行以及单独运行时，其cosφ是分别由什么决定的？为什么？[答案见后]6.10 试利用功角特性和电动势平衡方程式求出隐极同步发电机的V形曲线。
[答案见后]6.11 两台容量相近的同步发电机并联运行，有功功率和无功功率怎样分配和调节？[答案见后]6.12 同步电动机与感应电动机相比有何优缺点？[答案见后]6.13 凸极式同步发电机在三相对称额定负载下运行时，设其负载阻抗为R+jX，试根据不考虑饱和的电动势相量图证明下列关系式[答案见后]6.14 试述直流同步电抗X d、直轴瞬变电抗X´d、直轴超瞬变电抗X"d的物理意义和表达式，阻尼绕组对这些参数的影响？[答案见后]6.15 有一台三相汽轮发电机，P N＝25000kW，U N＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滞后），作单机运行。
电机学课后答案
第1章 导论1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。
特点：导磁率高。
电路：紫铜线。
特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。
1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦，消耗能量，产生功率损耗。
与磁场交变频率f ，磁通密度B ，材料，体积，厚度有关。
涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。
与磁场交变频率f ，磁通密度，材料，体积，厚度有关。
1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 4.44m EfN φ=。
运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的e T 与磁密B ，运动速度v ，导体长度l ，匝数N 有关。
1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？ 解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。
d L e d t Lψ=-对空心线圈：L Li ψ= 所以die L L dt=-自感：2LL N N m m iiiLNi N φψ===∧=∧ Am l μ∧=所以，L 的大小与匝数平方、磁导率µ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。
闭合铁心µ>>µ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。
因为µ0是常数，所以木质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。
1.7 在图1.30中，若一次绕组外加正弦电压u 1、绕组电阻R 1、电流i 1时，问 （1）绕组内为什么会感应出电动势？（2）标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向； （3）写出一次侧电压平衡方程式；（4）当电流i 1增加或减小时，分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。
06第六章 同步电机
= U cosψ 0 cosϕ + U sinψ 0 sin ϕ + IRa cosψ 0 + IX d sinψ 0
cosψ 0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX q )2
E0 =
U cosϕ + IRa
sinψ 0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sinϕ + IX q )2
得证第一式
U sin ϕ + IX q
代入前式得
(U cosϕ + IRa )2 + (U sinϕ + IX d )(U sinϕ + IX q ) (U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX q )2
IR IX cosϕ + a + sin ϕ + d U U
∗ 2 a 2 ∗ d ∗ q ∗ 2 a ∗ d ∗ 2 q ∗ a ∗2 a ∗ q ∗ d ∗ q ∗ 2 a ∗ 2 q
2 IX q IR sin ϕ + cosϕ + a + U U
∗ ∗ d Xq
)
得证第二式
∗ ∗ ∗ = Xq = Xs ，所以上两式简化为 对于隐极同步发电机，由于 X d = X q = X s 、 X d
E0 =
∗ E0 =
(U cosϕ + IRa )2 + (U sin ϕ + IX s )2
(U
∗
∗ cosϕ + Ra
) + (U
华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)概要
汽轮发电机完工后的定子
汽轮发电机转子加工
5
凸极同步电机
凸极同步电机的定子结构与隐极同步电机或异步电机的 基本相同，所不同的只是转子结构。
凸极同步电机转子由磁极、励磁线圈、磁轭和阻尼绕 组等部分构成。
6
凸极同步电机结构实物图
带阻尼绕组的凸极同步电机转子 水轮发电机定子分段铁心
7
三、 同步电机的励磁方式
21
双反应理论：
当 处于任意位置且不计饱和时：
分解
I Fa
E Fad ad ad
E Faq aq aq
或
I
分解
I d Fad ad Ead
I q Faq aq Eaq
气隙合成磁场：
B
E E E E ad aq 0
U＝U Nφ，必须增加 If △AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ AF I f 为等效励磁电流
I 不变， 特性三角形不变
33
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。 电流 I 引起电压 U 变化的原因： 定子漏阻抗压降影响 电枢反应影响 电压调整率：
34
五、同步发电机稳态参数的计算与测定方法
1. 由空载和零功率因数特性确定定子Xδ,Ifa(Ffa)
由空载与零功率因数特性两特性之间存 在特性三角形的关系，确定Xσ, Ifa (Ffa)
IX σ Ffa
UN
磁路不饱和时， I X σ在线性段： 1）作直线OB； 2）过UN作直线平行于x轴，交零功 率因素曲线于A'，取A'O'=AO 3）过O'作OB的平行线O'B'， 三角形A' B' C'为所求的特性三角形。
《电机学》课后习题答案(3-7单元)
第三章 变压器3．1 变压器有哪几个主要部件？各部件的功能是什么？ 变压器的主要部件:铁心:磁路,包括芯柱和铁轭两部分 绕组:电路油箱:加强散热，提高绝缘强度 套管:使高压引线和接地的油箱绝缘 3．2 变压器铁心的作用是什么？为什么要用厚0.35mm 、表面涂绝缘漆的硅钢片制造铁心？ 变压器铁心的作用是磁路.铁心中交变的磁通会在铁心中引起铁耗,用涂绝缘漆的薄硅钢片叠成铁心,可以大大减小铁耗.3．3 为什么变压器的铁心和绕组通常浸在变压器油中？因变压器油绝缘性质比空气好，所以将铁心和绕组浸在变压器油中可加强散热和提高绝缘强度.3．4 变压器有哪些主要额定值？一次、二次侧额定电压的含义是什么？ 额定值 1N I ,2N I ,1N U ,2N U ,N S ,N f1N U :一次绕组端子间电压保证值2N U :空载时,一次侧加额定电压,二次侧测量得到的电压3．5 变压器中主磁通与漏磁通的作用有什么不同？在等效电路中是怎样反映它们的作用的？主磁通:同时交链一次，二次绕组,但是能量从一次侧传递到二侧的媒介,使1122E N E N k ==,实现变压功能漏磁通:只交链自身绕组,作用是在绕组电路中产生电压降,负载时影响主磁通,1E 和二次电压2U 的变化,以及限制二次绕组短路时短路电流的大小,在等效电路中用m Z 反应磁通的作用,用1x δ,2x δ反应漏磁通的作用3．6 电抗σ1X 、k X 、m X 的物理概念如何？它们的数据在空载试验、短路试验及正常负载运行时是否相等？为什么定量计算可认为k Z 和m Z 是不变的？*k Z 的大小对变压器的运行性能有什么影响？在类变压器*k Z 的范围如何？1x δ:对应一次绕组的漏磁通,磁路的磁组很大，因此1x δ很小,因为空气的磁导率为常数,∴1x δ为常数12k x x x δδ=+叫短路电抗m x :对应于主磁通,主磁通所走的磁路是闭合铁心,其磁阻很小,而电抗与磁阻成反比,因此m x 很大.另外,铁心的磁导率不是常数,它随磁通密度的增加而变小，磁阻与磁导率成反比,所以励磁电抗和铁心磁导率成正比由于短路时电压低,主磁通小，而 负载试验时加额定电压，主磁通大，所以短路试验时m x 比空载试验时的m x 大.正常负载运行时加额定电压，所以主磁通和空载试验时基本相同,即负载运行时的励磁电抗与空载试验时基本相等，1x δ,k x 在空载试验,断路试验和负载运行时,数值相等,KK U K I Z =叫短路阻抗1212()()K K K Z R j X R R j x x δδ=+=+++是常数∴不变(12,R R 随温度变化)2112m E fN m I R Z π===(见背面)3．7 为了得到正弦感应电动势，当铁心不饱和与饱和时，空载电流应各呈何种波形？为什么？铁心不饱和时,空载电流Φ与成正比,如感应电势成正弦,则Φ也为正弦变化，∴0i 也为正弦铁心饱和时: 0i 为尖顶波,见123P 图3.83．8 试说明磁动势平衡的概念极其在分析变压器中的作用？一次电流1I 产生的磁动势1F 和二次电流2I 产生的磁动势2F 共同作用在磁路上，等于磁通乘磁组,即 12m m F F R α+=Φ其中α是考虑铁心的磁滞和涡流损耗时磁动势超前磁通的一个小角度,实际铁心的m R 很小，而0mR ≈,则120F F +=,即12F F =-这就叫磁动势平衡,即一二次磁动势相量的大小相等，方向相反，二次电流增大时,一次电流随之增大. 当仅考虑数量关系时,有1122N I N I =即12kI I =或21Ik I =∴利用磁动势平衡的概念来定性分析变压器运行时,可立即得出结论,一,二次电流之比和他们的匝数成反比.3．9 为什么变压器的空载损耗可以近似地看成是铁耗，短路损耗可以近似地看成是铜耗？负载时变压器真正的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无差别，为什么？ 解： 0Fe P P ≈ ∵空载损耗 2001Fe P mI R P =+空载时0I 很小，∴201mI R 可忽略 ∴0Fe P P ≈k c u P P ≈ ∵k cu Fe P P P =+∵短路试验时外施电压k U 很小, ∴Φ很小,0I 很小 ∴铁耗很小,可忽略铁耗, k cu P P ≈负载时Fe P ：与空载时无差别，这是因为当f 不变时，2222FeP B E U ∝∝Φ∝∝负载与空载时一次绕组侧施加的电压基本不变，∴Fe P 基本不变，则不变损耗，严格说，空载时，漏抗压降大∴磁密略低，铁耗略少些cu P ：如果是同一电流，则无差别。
电机学课后习题答案
电机学（十五课本）第二章 变压器A U S I NN N 5131036310560033322=⨯⨯⨯==.，AI I NN 2963513322===φ额定电压：kVU U N N 7745310311.===φkV U U N N 3622.==φ1）低压侧开路实验：()Ω===212434736800322200..''φI p R mΩ===6147434763002020..''φφI U Z mΩ=-=-=414692124614742222...''''''m mm R Z X折算到高压侧（一次侧）：Ω=⨯==21042124916402...''m m R k RΩ=⨯==8123241469916402...''m m X k X一次阻抗基值：Ω===87173235774111.φφN N b I U Z835871721041...===*bm m Z R R ，02698717812321...===*bm m Z X X高压侧短路实验：Ω===057503233180003221.φk k k I p R Ω====9830323355031111.φφφk k k k k I U I U ZΩ=-=-=98100575098302222...k k k R Z X 0032508717057501...===*bk k Z R R ，05490871798101...===*bkk Z X X2）采用近似等效电路，满载且802.cos =ϕ（滞后）时，取0220∠=-∙U U ，则：2873680..arccos ==ϕ，222228736323873691640296...''-∠=-∠=-∠=-∠=-∙ϕϕφφφkI I I N N4242916402057849531787363236586983022200221........''j U kU U k U I Z U k ++=+∠=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-∠⨯∠=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=∙∙∙∙φφ若111ϕφφ∠=∙U U ，则：()222214242205.++=kU U φ，而V U U N 577411==φφ从而：V U 60732=，0206073∠=-∙U ，1426073916402420569242....arctan=⨯+=ϕ，V U 4257741.∠=∙φA Z U I mm 768291531785614744257741.....-∠=∠∠==∙∙φ，AI I I I m 0021146376326873632376829153.....'-∠=-∠+-∠=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+==∙∙∙∙φφ3）电压调整率：%.%.%%'56310057746073916405774100577457741002121=⨯⨯-=⨯-=⨯-=∆kU U U U U N N φφ或()()%.%....%sin cos %sin cos %''''554310060054908000325010010010022212222121=⨯⨯+⨯=⨯+=⨯+≈⨯-=∆***ϕϕϕϕφφφk k N k k N N X R I U X I R I U U U U输出功率：kW S P N 448080560022=⨯==.cos ϕ输入功率：kW p p P P Fe cu 845048618448021..=++=++= 额定效率：%.%.%459910084504448010012=⨯=⨯=P P η第三章 直流电机3-11一台他励发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（设励磁电流保持不变）？若为并励发电机，则电压升高的百分值比他励发电机多还是少（设励磁电阻不变）？解：他励发电机Φn C E U e ==0，励磁电流不变，磁通不变，转速提高20%，空载电压会提高20%；并励发电机，f f e R I n C E U ===Φ0，转速提高，空载电压提高，空载电压提高，励磁电流提高，磁通提高，空载电压进一步提高，所以，并励发电机，转速提高20%，空载电压升高的百分值大于他励时的20% 。
电机学第五版课后参考答案
第一章磁路电机学1-1磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为，单位：1-2铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。
经验公式。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-3图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为（铁心由的DR320硅钢片叠成），叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为，不计漏磁，试计算：(1) 中间心柱的磁通为Wb，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流；(2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。
解：磁路左右对称可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路的情况:铁心、气隙截面(考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数)气隙长度铁心长度铁心、气隙中的磁感应强度(1)不计铁心中的磁位降：气隙磁场强度磁势电流(2)考虑铁心中的磁位降：铁心中查表可知：铁心磁位降1-4图示铁心线圈，线圈A为100匝，通入电流，线圈B为50匝，通入电流1A，铁心截面积均匀，求PQ两点间的磁位降。
解：由题意可知，材料的磁阻与长度成正比，设PQ段的磁阻为，则左边支路的磁阻为：1-5图示铸钢铁心，尺寸为左边线圈通入电流产生磁动势1500A。
试求下列三种情况下右边线圈应加的磁动势值：(1) 气隙磁通为Wb时；(2) 气隙磁通为零时；(3) 右边心柱中的磁通为零时。
解：(1)查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势左边磁路的磁势查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(2)查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(3) 由题意得由(1)、(2)可知取则查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势查磁化曲线得已知，假设合理右边线圈应加磁动势第二章变压器2-1 什么叫变压器的主磁通，什么叫漏磁通？空载和负载时，主磁通的大小取决于哪些因素？答：变压器工作过程中，与原、副边同时交链的磁通叫主磁通，只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。
电机学第五版课后答案
第一章磁路电机学1-1磁路的磁阻如何计算？磁阻的单位是什么？答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的导磁性能有关，计算公式为，单位：1-2铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪些因素有关？答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化，磁畴间相互摩擦引起的损耗。
经验公式。
与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关；涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流（涡流），通过电阻产生的损耗。
经验公式。
与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。
1-3图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为（铁心由的DR320硅钢片叠成），叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为，不计漏磁，试计算：(1) 中间心柱的磁通为Wb，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流；(2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。
解：磁路左右对称可以从中间轴线分开，只考虑右半磁路的情况:铁心、气隙截面(考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数)气隙长度铁心长度铁心、气隙中的磁感应强度(1)不计铁心中的磁位降：气隙磁场强度磁势电流(2)考虑铁心中的磁位降：铁心中查表可知：铁心磁位降1-4图示铁心线圈，线圈A为100匝，通入电流，线圈B为50匝，通入电流1A，铁心截面积均匀，求PQ两点间的磁位降。
解：由题意可知，材料的磁阻与长度成正比，设PQ段的磁阻为，则左边支路的磁阻为：1-5图示铸钢铁心，尺寸为左边线圈通入电流产生磁动势1500A。
试求下列三种情况下右边线圈应加的磁动势值：(1) 气隙磁通为Wb时；(2) 气隙磁通为零时；(3) 右边心柱中的磁通为零时。
解：(1)查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势左边磁路的磁势查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势 (2)查磁化曲线得查磁化曲线得右边线圈应加磁动势(3) 由题意得由(1)、(2)可知取则查磁化曲线得气隙中的磁场强度中间磁路的磁势查磁化曲线得已知，假设合理右边线圈应加磁动势第二章变压器2-1 什么叫变压器的主磁通，什么叫漏磁通？空载和负载时，主磁通的大小取决于哪些因素？答：变压器工作过程中，与原、副边同时交链的磁通叫主磁通，只与原边或副边绕组交链的磁通叫漏磁通。
电机学第6章答案
由式6-12可得凸极同步发电机的等效电路，如图6-21所 示。
说明：
E0、 ψ0 的公式同样适用于隐极电机，只要令
Xd = Xq = Xt 公式中 U、I、E 均为相值； φ 性质：滞后φ >0 、超前φ <0； 公式可直接改为标幺值的形式。其基值选定如下：
容量基值 Sb = mU N Φ I N Φ
空载： I=0 ，If≠0 , n=nN 电磁关系 If Ff=NfIf Bf Φf Φ0 Φfσ E0
6.2 空载和负载时同步发电机的磁场
一、空载运行
当转子以同步转速旋转时，主磁场将在气隙中形成一个旋 转磁场，在定子绕组内感应出对称三相电动势（激磁电动势）
空载特性是同步电机的一条基本特性。如图6—11所示
6-9
不计磁饱和时
E ad 和 E aq 可以用相应的负电抗压降来表示
6-10 将式(6-10)代入式(6-9)，并考虑 I I I ， d q 可得
式中，Xd 和Xq 分别称为直轴同步电抗和交轴同步电抗， 它们是表征对称稳态运行时电枢漏磁和直轴或交轴电枢反 应的一个综合参数。上式就是凸极同步发电机的电压方程。 图6-19表示与上式相对应的相量图。 引入虚拟电动势 ，使 可得 6-12 由式6-12相量图如图6-20所示。由图6-20不难确定
0
1
Fad
0
Fa
I
E0
返回
3. 隐极同步电机的电枢反应特点
其结构特点是气隙均匀，故同一电枢磁势作用在圆周气隙上 的任何位置所产生的气隙磁场和每极磁通量都是相同的，没 必要象凸极转子一样分解成交、直两个分量，可以整体考虑 电枢反应的影响，具体过程如下： 当磁路不饱和时，采用叠加原理求解，即： Φδ= Φ0+ Φa ; E δ=E0+Ea
华中科技大学_电机学_第六章_同步电机(完美解析)
对电动机是轴上输出的额定机械功率
PN 3U N I N cos N N
额定转速nN：电机额定运行时的转速
额定频率f (Hz) 额定励磁电流IfN(A) 额定励磁电压UfN(V)
10
6.2 同步电机的运行原理
同步发电机空载运行 同步电机的电枢反应 隐极同步发电机的负载运行
凸极同步发电机的负载运行
Ra I
E
U
由 得到：
Xd=Xσ+Xad Xq=Xσ+Xaq
27
四、凸极同步发电机的负载运行
2. 考虑饱和
计及饱和后，叠加原理不能应用，气隙合成磁场由合成磁动 势来决定，即交、直轴各自的合成磁动势及感应电动势可分别根 据实际饱和情况由空载特性求取。 ' E If Fd Ff d d ' F I d ad E I ' F E I q aq aq aq
U＝U Nφ，必须增加 If △AEF称为特性三角形，其中：
AE IX σ AF I f 为等效励磁电流
I 不变， 特性三角形不变
33
四、外特性及电压调整率
n=nN、If=常数、cos =常数时， U= f (I) 的关系曲线称为外特性。 电流 I 引起电压 U 变化的原因： 定子漏阻抗压降影响 电枢反应影响 电压调整率：
1. 定义
If Ff 随转子旋转 转速为 n
基波
E0（
）
接三相对称负载
三相对称电流 iabc(f)
旋转磁势基波 (电枢磁势)
与
在空间相对静止，联合建立气隙磁场 Bδ 电枢绕组感应电动势 E δ
Фδ
电枢反应：电枢电流产生的磁动势对励磁磁场的影响
第6章 同步电机
即
1.功率方程和电磁功率
由图6—27可见 故同步电机的电磁功率亦可写成
上式的第一部分与感应电机的电磁功率 表达式相同，第二部分则是同步电机常用的。 对于隐极同步电机，由于EQ＝E0，故有
图6-27 从相量图导出 Ecosψ=Ucosφ+IRa
2.转矩方程
把功率方程(6—18)除以同步角速度，可得转矩方程
和 E 可以用相应的负电抗压降来表示 E ad aq
（6-15） 式中，Xad和Xaq分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，将 I I ，可得 式(6-15)代入式(6-13)，并考虑I
d q
式中，Xd和Xq分别称为直轴同步电抗和交轴同步电抗，它们是表征对 称稳态运行时电枢漏磁和直轴或交轴电枢反应的一个综合参数。上式就 是凸极同步发电机的电压方程。图6-20表示与上式相对应的相量图。
1.不考虑磁饱和
采用发电机惯例，以输出电流作为电枢电流的正方向时，电枢的电压 方程为 (6—6) 因为电枢反应电动势Ea正比于电枢反应磁通Φa，不计磁饱和时，Φa 又正比于电枢磁动势Fa和电枢电流I，即
与I 滞后于 Φ 以90°电角度，若不计定子铁耗,Φ 在时间相位上， E a a a 以90°电角度，于是亦可写成负电抗压降的 同相位，则 E 将滞后于 I a 形式，即
1.双反应理论
图6-19 凸极同步电机的气隙比磁导和直轴、交轴电枢反应 a)电枢表面不同位置处的气隙比磁导 b)直轴电枢磁动势所产生的直轴 电枢反应 c)交轴电枢磁动势所产生的交轴电枢反应
2.不考虑磁饱和时凸极同步发电机的电压方程和相 量图
不考虑磁饱和时同步发电机负载运行时物理量的关系：
If
电机学 课后答案 第六章
6-1一台三相同步发电机，P N ＝6600kW，U N ＝6.3kV。
Y 接、cns ψN ＝0.8滞后、2p ＝2，Z ＝36，双层短距绕组，y l ＝15，N c ＝6，a ＝1试求额定电流时：(1)线圈磁动势基波幅值；(2)一相磁动势基波幅值；(3)三相合成磁动势基波的幅值、转速及转向。
解：(1)I N =P/u n cosφn =6600/*6.3*0.8=757A33每个元件I a =I N /a=I N /1=757Aτ=z/2p=36/2=18q=z/2pm=36/2*3=6α=60°/q=10°K y1=sin90°*y 1/τ=sin90°*15/18=0.9659K q1=sin(q*α/2)/[q*sin(α/2)]=sin(6*10°/2)/[6*sin(10°/2)]=0.9561K w1=K q1*K y1=0.9561*0.9659=0.9235W=2pq*W y /α=2*6*6/1=72F c1=0.9*I a *W y *K y1/p=0.9*757*6*0.9659/1=3948(2)F Φ1=0.9*I N *W*K w1/p=0.9*757*72*0.9235=45.3*103(3)F 1=3/2F Φ1=1.5*45.3*103=68.0*103正向旋转，圆形趋势n 1=60f/p=60*5/1=3000r/min 6-2三相汽轮发电机，2500kVA,6.3kV,Y 接法，同步电抗x s =10.4欧，电枢电阻r a =0.071欧。
试求额定负载且功率因数为0.81滞后时的感应电动势，功角及电压变化率。
解:额定电流I N =s N /U N =6300/=3627(V)33利用电压方程式可求孔在电动势E0和功角。
θ电势E 0=UN+IN(r a +jx s )=3637+229.4-36.8。
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第六章 同步电机6．1 同步电机和异步电机在结构上有哪些区别？同步电机：转子直流励磁，产生主磁场，包括隐极和凸极异步电机：转子隐极，是对称绕组，短路，绕组是闭合的，定子两者都一样。
6．2 什么叫同步电机？怎样由其极数决定它的转速？试问75r/min 、50Hz 的电机是几极的？同步电机：频率与电机转速之比为恒定的交流电机601f pn =，16060507540f n P ⨯===（极）6．3 为什么现代的大容量同步电机都做成旋转磁极式？∵励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便，而电枢绕组电压高 ，电流大，放在转子上使结构复杂，引出不方便，故大容量电机将电枢绕组作为定子，磁极作为转子，称为旋转磁极式。
6．4汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是什么？为什么有这样的特点？气轮发电机：转速高，一般为一对极，min 3000r n =，考虑到转子受离心力的作用，为很好的固定励磁绕组，转子作成细而长的圆柱形，且为隐极式结构。
转子铁心一般由高机械强度和磁导率较高的合金钢锻成器与转轴做成一个整体，铁心上开槽，放同心式励磁绕组。
水轮发电机：n 低，2P 较多，直径大，扁平形，且为立式结构，为使转子结构和加工工艺简单，转子为凸极式，励磁绕组是集中绕组，套在磁极上，磁极的极靴行装有阻尼绕组。
6．6 为什么水轮发电机要用阻尼绕组，而汽轮发电机却可以不用？水轮发电机一般为凸极结构，为使转子产生异步转矩，即能异步起动，加阻尼绕组。
汽轮发电机一般为隐极结构，它起动时的原理与异步机相同，∴不必加起动绕组。
6．7 一台转枢式三相同步发电机，电枢以转速n 逆时针方向旋转，对称负载运行时，电枢反应磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的转速又是多少？对电枢的转速为n ，为定子的转速为0，方向为顺时针。
原因是：要想产生平均转矩，励磁磁势与电枢反应磁势必然相对静止，而现在励磁磁势不变。
∴电枢反应磁势对定子也是相对静止的，而转子逆时针转，∴它必须顺时针转，方能在空间静止。
6．11 试述交轴和直轴同步电抗的意义。
为什么同步电抗的数值一般较大，不可能做得很小？请分析下面几种情况对同步电抗有何影响？ （1）电枢绕组匝数增加； （2）铁心饱和程度提高； （3）气隙加大；（4）励磁绕组匝数增加。
d X ，q X 表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为1A 时，三相联合产生的总磁场（包括在气隙中的旋转电枢反应磁场和漏磁场）在电枢绕组中每相感应的电动势气隙大，同步电抗大，短路比大，运行稳定性高，但气隙大或同步电抗小，转子铜量大，成本增加，∴同步电抗不能太小。
d ad X X X σ=+ q aq X X X σ=+（1）电枢绕组匝数增加，产生的直轴交轴电枢反应磁通增大，∴d X ，q X 增加，（∵E N ∝∴,ad aq E E ↑电流不变,ad aq X X ↑）（2）铁心饱和程度提高，μ↓磁阻增大，∴d X ，q X 减小。
（3）气隙加大，磁阻增大，d X ，q X 减小。
（4）同步电抗反应的是电枢电流产生的磁场性质与励磁绕组无关，不管什么电抗都有，2a lX WNμ=6．12 试根据不饱和时的电动势相量图证明下列关系式。
（1）隐极同步发电机 ϕϕψcos sin tan U IR U IX a t ++=ψψθsin cos cos 0t a IX IR U E ++= （2）凸极同步发电机ϕϕψcos sin tan U IR U IX a q ++=ψψθsin cos cos 0d a IX IR U E ++=其中，ϕ为I &滞后于U &的夹角，即功率因数角；ψ为I &滞后于0E &的夹角；θ为U &滞后于0E &的夹角，且有ϕψθ-=。
6．13 试证明不考虑饱和时ad X 和aq X 的公式为 d N adk p k N k l mf X 21204δπτμδ=q N aqk pk N k l mf X 21204δπτμδ=6．15 为什么d X 在正常运行时应采用饱和值，而在短路时却采用不饱和值？为什么q X 一般总只采用不饱和值？正常运行时d 轴是饱和的，∴用d X 的饱和值，而在短路时，由于d I 的去磁作用，使d 轴不饱和，∴用不饱和值。
6．16 测定同步发电机空载特性和短路特性时，如果转速降为N n 95.0，对实验结果将有什么影响？如果转速降为N n 5.0，则实验结果又将如何？∵0E n ∝，当0.95N n n =，则'000.95E E =同步电抗与频率成正比也降为0.95倍，∴短路电流0dE k X I =不变。
当0.05N n n =时，∵0E 和d X 都与转速成正比减小，而a R 与转速无关，∴a IR 在电动势方程中所占分量已较大，不能忽略∴随n ↓，k I ↓6．17 为什么同步发电机三相对称稳态短路特性为一条直线？∵短路时，电极磁势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁势，即''f ad F F F δ=-合成电动势E jIx σσ=&&所以起对应的气隙合成磁通很大，电机磁路不饱和，而'F E I δδ∝∝ adF I ∝ ∴''f ad F F F I δ=+∝ ∴()k f I f I =是一条直线。
6．18 什么叫短路比？它的大小与电机性能及成本的关系怎样？为什么允许汽轮发电机的短路比比水轮发电机的小一些？同步发电机在额定转速下运行时，产生空载额定电压与产生额定稳态短路电流所需的励磁电流之比，它等于在产生空载额定电压的励磁电流下三相稳态短路电流的标么值，即000()()f N k fk k N NI U U I c I I I I k ====c k 小，U ∆大，稳定度较差，但电机造价较便宜，增大气隙，可减小d X使短路比增大，电机性能变好，但转子用铜量增大，造价高。
气轮机的c k 小一些，水轮机0.8 1.8c k =:∵水电站输电距离长，稳定问题较严重。
6．19 一台同步发电机的气隙比正常气隙的长度偏大，d X 和U ∆将如何变化？δ↑ d X ↓ U ∆↓6．20 同步发电机发生三相稳态短路时，它的短路电流为何不大？同步稳态短路时，短路电流主要由直轴同步电抗d X 限制，而d X 值一般较大，即去磁作用的电枢反应磁动势较大，使气隙合成磁动势较小，气隙电动势较小，∴短路电流不是很大。
6．21 同步发电机供给一对称电阻负载，当负载电流上升时，怎样才能保持端电压不变？电阻负载，说明输出为有功功率，要增大负载电流，端电压不变，而增大有功功率输出，∴应增加原动机的输入功率。
6．22 为什么从开路特性和短路特性不能测定交轴同步电抗？凸极同步发电机的电势平衡方程式：0a d d q qE U IR jI X jI X =+++&&&&& 当0U =时，a R X = ∴ 0d d q q E jI X jI X =+&&&是纯感性的，即90ψ=o 0qI =& d I I =& ∴0d d d E jI X jIX =+&&& ∴由空载特性测出0E 和短路特性测出I 可求出直轴同步电抗dX （不饱和值），而此时0q I = ∴不能从空载和短路特性求出q X6．24 三相同步发电机投入并联运行的条件是什么？如果不满足条件会产生什么后果？①相序一致②频率相同③电压大小相等，相位相同。
如不满足条件，在发电机和电网间产生环流，导致发生电磁冲击和机械冲击。
6．33 试证明在计及定子电阻时，隐极发电机的输出功率2P 、电磁功率em P 和功率角θ的关系式各为()ρρθsin sin 202tt Z U m Z U mE P -+=()ρρθsin sin 200tt em Z E m Z U mE P +-=式中，ta X R arctan =ρ；t Z 为同步阻抗的模，即22t a t X R Z +=。
6．64 一台汽轮发电机，8.0cos =ϕ（滞后），0.1=*t X ，电枢电阻可以忽略不计。
该发电机并联在额定电压的无穷大电网上。
不考虑磁路饱和程度的影响，试求：（1）保持额定运行时的励磁电流不变，当输出有功功率减半时，定子电流标幺值*I 和功率因数ϕcos 各等于多少？解：设10U *=o 136.87N I *=-o & 0.8emN P *=1(0.80.6) 1.60.8 1.7926.56ON N t E U jI X j j j ****=+=+-=+=o &&& 输出有功功率减半时，有120.80.4em P *=⨯=**00.411.791sin 0.223t em P X E U θ**⨯⨯=== 12.89θ=o ∴*0 1.7912.89E =o & ∴**0*1.79(cos12.89sin12.89)1*0.3990.7540.84561.83t E Uj jjX Ij -⨯+-===-=o o &&o &∴定子电流标么值：0.845I *= 61.83ϕ=ocos cos 61.830.472ϕ==o（2）若输出有功功率仍为额定功率的一半，逐渐减小励磁到额定励磁电流的一半，问发电机能否静态稳定运行？为什么？此时*I 和ϕcos 又各为多少？12f fN I I =时，'*10020.895E E *== '*0*'sin t E UemX P θ**='0.410.8951sin 0.447θ⨯⨯=='26.5590θ=<o o 能稳定运行 '***0*0.89526.5510.895(0.8950.447)10.80.41't E Uj j j j jjX I --⨯+-+-====o&& =0.40.20.44726.57j =+=ocos cos 26.570.894ϕ==o6．65 一台汽轮发电机并联于无穷大电网，额定负载时功率角︒=20θ，现因外线发生故障，电网电压降为N U %60，问：为使θ角保持在︒25，应加大励磁使0E 上升为原来的多少倍？6．67 一台50000kW 、13800V （Y 联接）、8.0cos =N ϕ（滞后）的水轮发电机并联于一无穷大电网上，其参数为0≈a R ，15.1=*d X ，7.0=*q X ，并假定其空载特性为一直线，试求：（1）当输出功率为10000kW 、0.1cos =ϕ时发电机的励磁电流*f I 及功率角θ；3I ==100000.85000010.16P NI II I *⨯⨯==== *sin 100.160.711cos ar 6.39qU I X U ctgarctg ϕϕ***+⨯+⨯⨯ψ===o 6.39θψϕ=-=o *******0cos cos sin 1cos 6.390.16sin 6.39 1.15 1.014d d d E U I X U I X θθψ=+=+=⨯+⨯=o o 00**0 1.014f fNNI E f I E I E ==== ∵空载特性为一直线。