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 。
7. 答 减小
8. ★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 δs i n 2)X 1X 1(mU d
q 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 D
2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =?，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 C
3. 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 B
4. ★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 >>>>。
答 D
5. 同步补偿机的作用是（ ）。
A 补偿电网电力不足；
B 改善电网功率因数；
C 作为用户的备用电源；
D 作为同步发电机的励磁电源。
答 B
三、判断
1. ★负载运行的凸极同步发电机，励磁绕组突然断线，则电磁功率为零 。 （ ） 答 错
2. 同步发电机的功率因数总是滞后的 。 （ ） 答 错
3. 一并联在无穷大电网上的同步电机，要想增加发电机的输出功率，必须增加原动机的输入功率，因此原动机输入功率越大越好 。 （ ） 答 错
4. 改变同步发电机的励磁电流，只能调节无功功率。 （ ） 答 错
5. ★同步发电机静态过载能力与短路比成正比，因此短路比越大，静态稳定性越好。（ ） 答 对
6. ★同步发电机电枢反应的性质取决于负载的性质。 （ ） 答 错
7. ★同步发电机的短路特性曲线与其空载特性曲线相似。 （ ） 答 错
8. 同步发电机的稳态短路电流很大。 （ ） 答 错
9. 利用空载特性和短路特性可以测定同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。（ ） 答 错
10. ★凸极同步电机中直轴电枢反应电抗大于交轴电枢反应电抗。 （ ） 答 对
11. 与直流电机相同，在同步电机中，U E >还是U E <是判断电机作为发电机还是电动机运行的依据之一。 （ ） 答 错
12. ★在同步发电机中，当励磁电动势0
E 与I 电枢电流同相时，其电枢反应的性质为直轴电枢反应 。
（ ）
答 错 四、简答
1. ★测定同步发电机的空载特性和短路特性时，如果转速降至0.951n ，对试验结果有什么影响？
答 因空载电势0E 和转速成正比，如果转速降为195.0n ，则0E 也降低到额定转速下的95.0倍。同步电抗与频率成正比，也降低到95.0倍，所以短路电流d k X E I 0=不变。
2. ★为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不用电枢旋转式？
答 由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较方便。电枢绕组电压高、容量大，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，为旋转磁极式。
3. ★为什么同步电机的气隙要比容量相同的感应电机的大？
答 感应电机的励磁电流由电源供给，需要从电网吸取感性无功功率，如果气隙大，则励磁电流大，电机的功率因数低，因此在机械允许的条件下，气隙要尽量小一些。同步电机的气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励，从同步电机运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，短路比大，运行稳定性高。但气隙大，转子用铜量增大，制造成本增加。气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制造成本这两方面的要求。
4. ★同步发电机电枢反应性质由什么决定?
答 电枢磁动势的基波与励磁磁动势同转速、同转向，在空间上始终保持相对静止的关
系，但电枢反应的性质取决于这两个磁动势幅值的相对位置，而这一位置与励磁电动势0
E 和电枢电流I 之间的相位差，即角度ψ有关，角ψ由决定于负载的性质。当0
E 与I 同相时， 0=ψ，电枢反应为交轴电枢反应，交轴电枢反应使气隙合成磁场幅值增加，而其轴线从
主极轴线逆转子转向后移一个锐角。当I 滞后0E
90时，电枢反应为直轴电枢反应，其性质完全是去磁的。当I 超前0E
90时，，也为直轴电枢反应，其性质完全是助磁的。一般情况下， 900<<ψ，此时的电枢反应兼有直轴去磁作用和交磁作用。
5. 试述直轴和交轴同步电抗的意义？如何用试验方法来测定？
答 在凸极同步电机中，由于气隙不均匀为了计算方便，将电枢磁动势a F 分解为ad F 和aq F ，分别除以直轴磁阻和交轴磁阻，可得到ad Φ和aq Φ，它们分别在定子绕组感应电动势ad E 和aq E ，写成电抗压降形式，即
ad d ad X I j E -= ， aq
q aq X I j E -= 和分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，它们分别反映出上述直轴和记者电枢反应磁通的强弱。
直轴同步电抗为 σX X X ad d +=
交轴同步电抗为 σX X X ad d +=
d X 和q X 表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为A 1时，
三相总磁场在电枢绕组中每
相感应的电动势。
利用空载和短路特性可测定的d X 不饱和值；利用空载和零功率因数负载特性可测定d X 的饱和值；利用转差法可测定d X 和q X 的不饱和值。
6. ★凸极同步电机中，为什么直轴电枢反应电抗ad X 大于交轴电枢反应电抗aq X ？
答 在凸极电机中沿电枢圆周的气隙是很不均匀的，分析其电枢反应时，要用双反应理论，
即 把 电枢反应磁动势分解成垂直和平行于电动势0E 的两个分量ad F 和aq F ，它们分别产生
直轴电枢反应磁通ad Φ和交轴电枢反应磁通aq Φ，相应的电流也分解成两个分量。因此 ad ad ad d E F I ∝Φ∝∝ 或 ad d ad X I E =，d ad d I E X =
ad ad ad d E F I ∝Φ∝∝ 或 aq q aq X I E =，q aq q I E X =
由于直轴磁路的磁导比交轴磁路的磁导要大得多，同样大小的电流产生的磁通和相应的电动势也大德多，所以电抗aq ad X X > 。
7. ★为什么同步发电机的短路特性是一条直线？
答 同步发电机稳态短路时，电枢磁动势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁动势，气隙
合成磁动势为ad f F F F '-='δ，合成电动势为σ
δX I j E ≈，即合成电动势只等于漏抗压降。所以其对应的气隙合成磁通很小，电机的磁路处于不饱和状态，由于气隙合成磁动势
I E F ∝∝'δδ，而I F k F ad ad ad
∝='，所以励磁磁动势ad f F F F '+'=δ必然正比于I ，故短路特性)(f k I f I =是一条直线。
8. ★为什么从空载特性和短路特性不能测定交轴同步电抗？为什么从空载特性和短路特性不能准确测定直轴同步电抗？
答 凸极同步发电机的电动势方程式为
q
q d d a X I j X I j R I U E +++=0 三相短路时0=U ，由于发电机的电枢电阻远小于同步电抗，短路电流可认为是纯感性的，
即 90=ψ，0=q I ，d I I =，d
d d X I j X I j E ==0，所以由空载特性测出0E 和短路特性测出I 可求出直轴同步电抗d X 。由于短路情况下电枢磁动势基基本上是一个纯去磁作用的直轴磁动势，使气隙合成磁动势很小，对应的气隙合成磁通很小，电机磁路处于不饱和状态，这时求出的是d X 的不饱和值。由于0=q I ，不能从空载和短路特性求出q X 。
9. ★在直流电机中，U E >还是U E <是判断电机作为发电机运行还是电动机运行的依据之一，在同步电机中，这个结论还正确吗？
答 在同步电机中，励磁电动势0
E 和电机端电压U 都是电压相量，不能根据它们的大
小来判断电机的运行状态，而应该根据气隙合成磁场轴线与主磁极轴线的相对位置来决定。当主磁极场轴线超前合成磁场轴线时，为发电机状态；重合时为调相机状态；滞后时为电动机状态。
10. ★什么是同步电机的功角特性？θ角有什么意义？
答 当电网电压U 和频率f 恒定，参数d X 和q X 为常数、励磁电动势0E 不变时，同步
电机的电磁功率只决定于0
E 与U 的夹角θ，θ称为功率角，)(θf P em =为同步电机的功角特性。
由于电机的漏阻抗远小于同步电抗，从空间上看，功率角θ可近似认为时主磁极轴线与
气隙合成磁场轴线之间的夹角；从时间上，功率角θ励磁电动势0
E 与电压U 之间的夹角。
11. ★一般同步发电机三相稳定短路，当N k I I =时的励磁电流fk I 和额定负载时的励磁电流fN I 都已达到空载特性的饱和段，为什么前者d X 取未饱和值而后者取饱和值？为什么q X 一般总是采用不饱和值？
答 短路时由于电枢反应的去磁作用使气隙磁通很小，电机磁路处于不饱和状态，此时对应的是d X 的不饱和值。额定负载运行时，气隙磁通较大，直轴磁路处于饱和状态，此时对应的是d X 的饱和值。交轴磁路的气隙大磁阻大，磁路不饱和，故q X 一般取不饱和值。
12. ★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 空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是由转子绕组中的直流电流激励的。负载后，定子三相电流产生旋转磁动势，其基波以同步速度旋转，与转子相对静止。气隙磁场是由转子绕组中直流电流和定子绕组中三相交流电流共同激励产生的。
13. ★同步电机转子表面气隙磁通密度分布的波形是怎样的?转子表面某一点的气隙磁通密
度大小随时间变化吗?定子表面某一点的气隙磁通密度随时间变化吗?
答：凸极同步电机转子表面气隙磁通密度分布的波形接近于正弦波，其中含有一系列 奇数次谐波；隐极同步电机转子表面气隙磁通密度分布的波形是接近正弦的阶梯状波，其 中也含有一系列奇数次谐波．
转子表面某一点的气隙磁通密度大小不随时间变化(电枢电流为零时)，但由于转子 是旋转的，因此定子表面某一点的气隙磁通密度是随时间变化的．
五、计算
1. ★有一台三相汽轮发电机，P N =25000kW ，U N =10.5kV ，Y 接法，8.0cos =N ?（滞后），作单机运行。由试验测得它的同步电抗标么值为13.2*
=s X 。电枢电阻忽略不计。每相励磁电动势为7520V ，试求分下列几种情况接上三相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质：
(1) 每相是Ω52.7纯电阻；
(2) 每相是Ω52.7纯电感；
(3) 每相是Ω-)52.752.7(j 电阻电容性负载。
解 阻抗基值 Ω=Ω???====Φ53.31025000108.05.10cos 336
22N
N N N N N N N P U I U I U Z ? 同步电抗 Ω=Ω?==52.753.313.2*N s s Z X X
（1） 纯电阻负载时
电枢电流 A A j jX R E I s 4570752
.752.7075200-∠=+∠=+= 电流滞后于0E 的角度为
45=ψ，故电枢反应是直轴去磁兼交磁作用。 （2） 纯电感负载时
电枢电流 A A j X X j E I s 90500)
52.752.7(07520)(0-∠=+∠=+= 此时为 90=ψ，故电枢反应是直轴去磁作用。
（3） 阻容性负载且s X X =时，电枢电流
A A X X j R E I s 0100052
.707520)(0∠=∠=-+= 此时为
0=ψ，故电枢反应是交磁作用。
2. ★有一台P N =25000kW ，U N =10.5kV ，Y 联接，8.0cos =?（滞后）的汽轮发电机，1
3.2*=s X ，电枢电阻略去不计。试求额定负载下励磁电动势0E 及0
E 与I 的夹角ψ。 解
845.2)13.216.0(8.0)sin ()cos (222***2**0=?++=++=s X I U U E ??
故
kV
kV E E 25.1735
.10845.235.10*00=?==4425.187
.36cos 87.36sin 1554.01cos sin tan =?+?=+=
N N U U IX ??ψ 因 281.0845.28.0cos cos *0
===E U ?ψ 得 67.73=ψ
3. ★有一台kW P N 725000=，kV U N 5.10=，Y 接法，8.0cos =N ?（滞后）的水轮发
电机，0*=a R ，1*=d X ，554.0*=q X ，试求在额定负载下励磁电动势0E 及0
E 与I 的夹角。
解 8.0c o s =N ?
87.36=?
故 27.55=ψ
有 822.027.55sin 1sin **=?== ψI I d 令 01*∠=I
87.361*∠=U 则 73.34822.09027.55822.0*-∠=-∠=d
I 又 57.027.55cos 1cos **=?== ψI I q
则 27.5557.0*∠=q
I *****0q
q d d X I j X I j U E ++= 544.027.5557.073.34822.0187.361?∠+-∠?+∠= j j
27.55771
.1∠= 故 kV kV U E E N 74.1035.10771.1*00=?==
4.1887.3627.55=-=-=?ψθ
4. ★★有一台三相1500kW 水轮发电机，额定电压是6300V ，Y 接法，额定功率因数
8.0cos =N ?（滞后）
，已知额定运行时的参数：Ω=2.21d X ，Ω=7.13q X ，电枢电阻可略去不计。试计算发电机在额定运行时的励磁电势。 解：Ω===17.21cos 321N
N N N N
N P U I U Z ? 11**==N
d d Z X X 646.01**==N q q Z X X 43.20481.1)87.3690(646.01****∠=-∠+=+=q
Q X I j U E 则 3.5743.20=+=N ??
将参考向量改为Q
E ，则有 349.0937.043.201*j U
-=-∠= 90842.0sin *-∠=-=?j I d
54.0cos *==?q
I
则 ******0q
q d d X I j X I j U E ++= 78.1646.054.0842.0349.0937.0=?++-=j j
故 V V U E E N 4.64743
630078.13*00=?== 5. ★★有一台凸极同步发电机，其直轴和交轴同步电抗标幺值分别等于
1.0,0.6d q X X **==，电枢电阻可以忽略不计。试计算发电机的额定电压，额定容量，
cos 0.8φ=（滞后）时发电机励磁电动势*0E 。
解：（方法一） 令 * 1.00U =∠
1*cos 0.836.871.036.87I
φ-==∴=∠-
计算电动势
**** 1.00 1.036.870.60.48 1.44219.44Q q
E E jI X j j =+=∠+∠-?=1.36+=∠ **0
19.4436.8756.31I E ψ =+= 与的夹角
直轴电枢电流 **sin 1sin56.310.832d I I ψ==?=
励磁电动势 *****0() 1.4420.832(10.6) 1.775Q d d q E E I X X =+-=
+-= （方法二） ***sin 0.60.6arctan arctan arctan1.556.31cos 0.8
q I X U U φ
ψφ++==== 直轴电枢电流 **sin 1sin56.31d I I ψ==?
励磁电动势 ****0cos() 1.0cos(56.3136.87)0.83211.775d d E U I X ψφ=-+=?-+? =0.943+0.832=
6、一电所的容量为2000kVA ，变电所本来的负荷为1200kW ，功率因数cos φ＝0.65（滞后），今该厂欲增加一台额定功率为500kW ，功率因数cos φ＝0.8（超前），效率η＝95％的同步电动机，问当该同步电动机满载时，全厂的功率因数是多少？变电所是否过载？
7、一台同步电动机，在额定电压，额定频率，额定负载下运行时，功角为30°，设在励磁保持不变的情况下，运行情况发生了下述变化，试用公式说明功角有何变化（定子电阻和凸极效应忽略不计）：⑴电网频率下降5％，负载转矩不变；⑵电网频率下降5％，负载功率不变；⑶电网电压和频率各下降5％，负载转矩不变。
8、当cosφ＝0.5（滞后）时，用户需要1000kW，决定：⑴供给此用户的发电机的千伏安容量；⑵如果添设一台调相机能完全补偿无功功率，求它的容量；⑶如果只将发电机的功率因数提高到0.8（滞后），求调相机的容量。
同步发电机习题二 一、填空题 1、我国生产的72500千瓦的水轮发电机，其转速为125转／分，那么，极对数p=__________________(24) 2、三相同步发电机带有纯电感负载时，如不计电枢电阻的作用，则电枢反应作用是_________________(直轴去磁) 3、装在用户附近的一台调相机，在负载比较小的夜间为改善长线末端的电压应使调相机处于 状态。（欠励） 4、调节同步发电机励磁电流就能改变发电机输出的________ 。（无功功率） 5、同步发电机用暗灯法并联合闸，当频率不等时所出现的现象___________ 。（三相灯出现同时暗，同时亮的交替变化现象） 9．同步发电机内功率因数角ψ=90时的电枢反应为________________。_(直轴去磁) 10、同步发电机用暗灯法并联合闸，当电压不等时所出现的现象 ___________ 。（一个相灯没有绝对熄灭的时侯，在最亮和最暗范围内闪烁） 11．同步发电机处于“欠励磁”状态时发出无功的性质为___________.（容性） 12．并联于无限大电网的运行的同步发电机，要改变有功功率输出，只需调节______________________.（原动机的转速） 13．同步发电机气隙增大，其同步电抗将 。（减小） 14．同步发电机内功率因数角ψ=0时的电枢反应为________ 。（交轴电枢反应） 15、同步发电机在过励时从电网吸收 容性无功功率 ，产生 直轴去磁的电枢反应 电枢反应 16、同步电机的功角δ有双重含义，一是 和 之间的夹角；是 和 空间夹角。（电动势和电压；励磁磁动势和气隙磁动势） 17．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 2q d mU 11()sin22X X δ-Ω 18、一台并网运行的同步发电机，按发电机惯例，已知原运行点的功率因数是超前的，则电机运行在______励状态，此时电机从电网吸收_____性质的无功功率；若不调节原动机输出而将励磁电流单方向调大，则电机可变化到_____励状态，此时电机向电网发出_______无功功率。（欠励，感性，过励，感性） 19、同步发电机按转子结构分，有 , ；按原动机类型分，主要有 , ；（凸极式和隐极式；汽轮层峦叠嶂电机和水轮发电机） 20、同步电机空载运行指仅有_____________输出，________________输出为零(无功功率输出，有功功率) 二、单项选择题
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 δs i n 2)X 1 X 1( mU d q 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 D 2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =?，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 C 3. 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 B 4. ★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 >>>>；
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=40 14-4 I N=14.43A，P N=8kW，Q N=6 kvar
15-1 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。 16-4 有一台两极三相汽轮同步发电机，电枢绕组Y 接法，额定容量S N =7500kV A ，额定电压U N =6300V ，额定功率因数cos φN =0.8（滞后），频率f =50Hz 。由实验测得如下数据： 空载实验 短路实验测得N k I I =时，A 208fk =I ，零功率因数实验I =I N ，U =U N 时测得A 433fN0=I 试求：（1）通过空载特性和短路特性求出X d 非和短路比；（2）通过空载特性和零功率因数特性求出X σ和I fa ；（3）额定运行情况下的I fN 和u ?。 16-5 一台15000kV A 的2极三相Y 联接汽轮发电机， kV 5.10N =U ，8.0cos N =?（滞 09.2*** （2）额定负载时的励磁电流标么值。
同步电机 一、填空题: 1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于 __________________________。 电枢磁动势;励磁磁动势;内功率因数角ψ 2. 同步发电机当?=0°时,除产生____________________电枢反应外,还产生__________________________ 电枢反应。 交轴电枢反应;直轴去磁电枢反应 3. 利用同步发电机的_____________与_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗,利用______ ______与_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性;短路特性;空载特性;零功率因数负载特性 4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗与交轴同步电抗。 转差法 5. 同步发电机与电网并联运行的条件就 是:(1) ;(2) ;(3) ;(4) 。 发电机的频率等于电网的频率;发电机的电压幅值等于电网电压的幅值且波形一致;发电机的电压相序 与电网的电压相序相同;在合闸时,发电机的电压相位与电网电压的相位一样 6. ★同步电机的功率角θ有双重物理含义,在时间上就是 与 之间的夹角;在空间上就是 与 之间的夹角。 励磁电动势0E &;电压U &;励磁磁动势1 f F &;等效合成磁动势F δ'& 7. 同步发电机静态稳定的判据就是___________,隐极同步发电机静态稳定极限对应的功率角 θ= 。 0dT d θ >,90? 8. 同步发电机并联在无穷大容量电网上运行时,要调节输出的有功功率,必须调节___________________ ________;如果只调节其输出的无功功率,可通过调节______________实现。 原动机的输入功率(或输入转矩);励磁(电流) 9. 一台并联在无穷大容量电网上运行的同步发电机,功率因数就是超前的,则电机运行在______状态,此时 发电机向电网发出__________的无功功率;若不调节原动机的输入功率而使励磁电流单方向调大,当发 出的无功功率为零时,励磁状态为 状态;进一步增大励磁电流,电机变化到_____状态,此 时发电机向电网发出_______无功功率。 欠励;超前(或容性);正常励磁;过励;滞后(或感性) 10. 凸极同步发电机功角特性的表达式就是_________________________________________。 20sin sin 22d q M d d q X X E U P m mU X X X θθ-=+ 11. ★凸极同步发电机与电网并联,如将发电机励磁电流减为零,则发电机电磁转矩为 。
重庆大学 电机学（1） 第4次课堂测验 2012~2013学年 第一学期 考试方式： 闭卷 测验日期：2012.12.28 测验时间： 45 分钟 一、 单项选择题（每小题2分，共20分） 1．同步发电机的额定功率指额定状态下 B 。 A ．电枢端口输入的电功率； B ．电枢端口输出的电功率； C ．转轴上输入的机械功率； D ．转轴上输出的机械功率。 2．同步发电机带三相对称负载稳定运行时，转子励磁绕组 D 。 A ．感应低频电动势； B ．感应基频电动势； C ．感应直流电动势； D ．不感应电动势。 3．同步发电机稳态运行时，若所带负载性质为感性，则其电枢反应的性质 为 C 。 A ．交磁电枢反应； B ．直轴去磁电枢反应； C ．直轴去磁与交磁电枢反应； D ．直轴增磁与交磁电枢反应。 4．同步电抗表征同步电机三相对称稳定运行时 C 。 A ．电枢反应磁场的一个综合参数； B ．气隙合成磁场的一个综合参数； C ．电枢反应磁场和电枢漏磁场的一个综合参数； D ．励磁磁场和励磁漏磁场的一个综合参数。 5．在对称稳态运行时，凸极同步发电机电抗大小的顺序排列为 D 。 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 >>>>。 6．判断同步发电机是过励磁运行状态的依据是 D 。 A ．0E ? 超前于U ?； B ．0E ?滞后于U ?； C ．I ?超前于U ?； D ．I ?滞后于U ? 。 7．一台并联于无穷大电网的同步发电机，若保持励磁电流不变，在cos 0.8 ?=滞后的情况下，减小输出的有功功率，此时 A 。 A ．功率角减小，功率因数下降； B ．功率角增大，功率因数下降； C ．功率角减小，功率因数增加； D ．功率角增大，功率因数增加。 8．并联于无穷大电网的同步发电机，欲提高其静态稳定性，应 B 。 A ．减小励磁电流，减小发电机的输出功率； B ．增大励磁电流，减小发电机的输出功率； C ．减小励磁电流，增大发电机的输出功率； D ．增大励磁电流，增大发电机的输出功率。 9．一台运行于无穷大电网的同步发电机，在电流超前于电压一相位角时，原动机转矩不变，逐渐增加励磁电流，则电枢电流 D 。 A ．渐大； B ．先增大后减小； C ．渐小； D ．先减小后增大。 10．同步补偿机的作用是 B 。 A ．补偿电网电力不足； B ．改善电网功率因数； C ．作为用户的备用电源； D ．作为同步发电机的励磁电源。 二、 填空题（每空1分，共20分） 1．汽轮发电机转子一般为 隐极 式，水轮发电机转子一般为 凸极 式。 2．同步发电机内功率因数角Ψ0=0°时，电枢反应的性质为 交轴电枢反应 ，此时电磁转矩将对转子产生 制动 作用。 3．在隐极同步电机中，同步电抗X s 的大小正比于 电枢绕组每相串联匝数的平方 、 主磁路的磁导 和 电枢电流的频率 。 4．在不计磁路饱和的情况下，如增加同步发电机的转速，则空载电压 增大 ；如增加励磁电流，则空载电压 增大 。如励磁电流增加10%，而速度减小10%，则空载电压 不变 。 5．同步发电机并网的条件是：（1） 发电机相序与电网一致 ；（2） 发电机频率与电网相同 ；（3） 发电机的激磁电动势与电网电压大小相等、相位相同 。 6．同步发电机在过励时向电网发出 滞后的 无功功率，产生直轴 去磁的 电枢反应；同步电动机在过励时向电网吸收 超前的 无功功率，产生直轴 增磁的 电枢反应。 7．与其它旋转电机类似，同步电机运行是可逆的，它即可作 发电机 运行，又可作 电动机 运行，还可作 补偿机 运行。 三、 简答题（共30分） 学院 电气工程学院 专业、班 年级 学号 姓名 公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊 封 线 密
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I fN 都已达到空载特性的饱和段，为什么前者X d 取不饱和值而后者取饱 和值？为什么X q 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。由试验测得它的同步电抗标么值为X* ＝2.13。电枢电 t 阻忽略不计。每相励磁电动势为7520V，试分析下列几种情况接上三相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质：
同步电机 一、填空题： 1. 同步电机_____________对_____________的影响称为电枢反应。同步发电机电枢反应的性质取决于__________________________。 电枢磁动势；励磁磁动势；内功率因数角ψ 2. 同步发电机当?=0°时，除产生____________________电枢反应外，还产生__________________________电枢反应。 交轴电枢反应；直轴去磁电枢反应 3. 利用同步发电机的_____________和_____________曲线可以测量同步发电机的同步电抗，利用______ ______和_____________曲线可以测量同步发电机的定子漏电抗。 空载特性；短路特性；空载特性；零功率因数负载特性 4. 利用_________可以同时测量凸极同步发电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗。 转差法 5. 同步发电机与电网并联运行的条件是：（1） ； （2） ； （3） ； （4） 。 发电机的频率等于电网的频率；发电机的电压幅值等于电网电压的幅值且波形一致；发电机的电压相序与电网的电压相序相同；在合闸时，发电机的电压相位与电网电压的相位一样 6. ★同步电机的功率角有双重物理含义，在时间上是 和 之间的夹角；在空间上是 和 之间的夹角。 励磁电动势0E &；电压U &；励磁磁动势1 f F &；等效合成磁动势F δ'& 7. 同步发电机静态稳定的判据是___________，隐极同步发电机静态稳定极限对应的功率角= 。 0dT d θ>，90 8. 同步发电机并联在无穷大容量电网上运行时，要调节输出的有功功率，必须调节___________________ ________；如果只调节其输出的无功功率，可通过调节______________实现。 原动机的输入功率（或输入转矩）；励磁（电流） 9. 一台并联在无穷大容量电网上运行的同步发电机，功率因数是超前的，则电机运行在______状态，此时发电机向电网发出__________的无功功率；若不调节原动机的输入功率而使励磁电流单方向调大，当发出的无功功率为零时，励磁状态为 状态；进一步增大励磁电流，电机变化到_____状态，此时发电机向电网发出_______无功功率。 欠励；超前（或容性）；正常励磁；过励；滞后（或感性） 10. 凸极同步发电机功角特性的表达式是_________________________________________。 20sin sin 22d q M d d q X X E U P m mU X X X θθ-=+ 11. ★凸极同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，则发电机电磁转矩为 。
重庆大学 电机学（1） 课堂测验五 2011~2012学年 第一学期 考试方式： 闭卷 测验日期：2011.12.30 测验时间： 45 分钟 一、 单项选择题（每小题2分，共20分） 1．凸极同步发电机的电抗大小排列顺序为 D 。 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 >>>>。 2．当同步发电机的负载减少时，其转速和功率角的变化情况是 C 。 A ．转速不变，功率角增加； B ．转速下降，功率角下降； C ．转速不变，功率角下降； D ．转速增加，功率角增加。 3．三相同步发电机稳定运行，外接纯电阻性负载，则该电机的电枢反应性质为 D 。 A ．交轴电枢反应； B ．直轴去磁电枢反应； C ．直轴增磁与交轴电枢反应； D ．直轴去磁与交轴电枢反应。 4．保持同步发电机的激磁电流不变，增加其有功功率的输出，则激磁电动势将 B 。 A ．变大； B ．不变； C ．变小； D ．无法确定。 5．凸极同步发电机带感性负载运行，电枢绕组感应的电动势由 D 产生。 A ．转子主极磁动势和直轴电枢磁动势共同； B ．转子主极磁动势和交轴电枢磁动势共同； C ．交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同； D ．转子主极磁动势、交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同。 6．一台并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变，减小励磁电流，发现其电枢电流减小，则发动机原来的运行状态为 A 。 A ．过励； B ．正常励磁； C ．欠励； D ．无法确定。 7．同步补偿机的作用是 B 。 A ．补偿电网电力不足； B ．改善电网功率因数； C ．作为用户的备用电源； D ．作为同步发电机的励磁电源。 8．已知一台隐极同步发电机额定运行时的功率因数为0.8(滞后)，定子电流直轴分量与交轴分量之比为2.8，则该发电机的过载能力最接近于 C 。 A ．1.6； B ．1.7； C ．1.8； D ．1.9。 9．一台同步发电机在额定负载时增加励磁电流，则 A 。 A ．电磁功率不变，功率角下降； B ．电磁功率下降，功率角下降； C ．电磁功率增加，功率角增加； D ．电磁功率不变，功率角增加。 10．同步电动机带某一负载运行时功率因数为1，在不改变励磁电流的情况下撤去负载，则此时该电机的电枢电流为 B 。 A ．0； B ．容性电流； C ．感性电流； D ．纯有功电流。 二、 填空题（每空1分，共20分） 1．同步发电机并网的条件是：(1) 发电机的相序与电网的相序要一致 ；(2) 发电机的频率应与电网相同 ；(3) 发电机的激磁电动势应与电网电压大小相等、相位相同、波形相同 。 2．同步发电机在过励时向电网发出 滞后 无功功率，产生 直轴去磁 电枢反应；同步电动机在过励时从电网吸收 超前 无功功率，产生直轴增磁电枢反应。(超前或滞后；直轴去磁或增磁) 3．同步电机功率角的物理意义在时间上为 励磁电动势与电压夹角 ；在空间上为 主极轴线与气隙合成磁场轴线夹角 。 4．在不考虑磁路饱和的情况下，如增加转速，则同步发电机空载电压 增大 ；如增加励磁电流，则空载电压 增大 。如励磁电流增加10%，而速度减小10%，则同步发电机的空载电压 不变 。(减小、不变或增加) 5．一台同步电动机拖动一恒转矩负载，额定运行时的功率因数为0.8(超前)，在其他条件不变的情况下增大励磁电流，则带来以下变化：电机的电枢电流 增大 ，电磁转矩 不变 ，激磁电动势 增大 ，功率因数 减小 。(减小、不变或增加) 6．某公司电力设备的总功率为6000kW ，cos φ=0.75(滞后)。由于发展需要增添一台1500kW 的同步电动机，并使系统的功率因数提高到0.8(滞后)，则该同步电动机 吸收 (吸收或发出)的无功功率为 333.5 kVar ；功率因数为 0.9798 ；容量为 1531 kV A 。 学院 电气工程学院 专业、班 年级 学号 姓名 公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊 封 线 密
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 p n = ，1 606050 7540f 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 ↑）
第六章 同步电机习题课 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 励磁电动势，电压，主极轴线，气隙合成磁场轴线 5. 凸极同步电机转子励磁匝数增加使q X 和d X 将 。 答 不变 6. 凸极同步电机气隙增加使q X 和d X 将 。 7. 答 减小 8. ★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 2 1 q d m U 11( )s i n 2 2X X δ- Ω 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 D 2. ★同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性8.0cos =?，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 C 3. 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 B 4. ★对称负载运行时，凸极同步发电机阻抗大小顺序排列为（ ）。
第二章交流电机练习 一、判断题（对的打√，错的打×） 1、三相异步电动机不管其转速如何改变，定子绕组上的电压、电流的频率及转子绕组中电势、电流的频率总是固定不变的。（×） 2、交流电动机由于通入的是交流电，因此它的转速也是不断变化的，而直流电动机则其转速是恒定不变的。（×） 3、单相电机一般需借用电容分相方能起动，起动后电容可要可不要。（√） 4、异步电机转子的转速永远小于旋转磁场的转速。（×） 5、三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路保护。（×） 6、转差率S是分析异步电动机运行性能的一个重要参数，当电动机转速越快时，则对应的转差率也就越大。（×） 7、三相异步电动机在起动时，由于某种原因，定子的一相绕组断路，电动机还能起动，但是电动机处于很危险的状态，电动机很容易烧坏。（√） 8、异步是指转子转速与磁场转速存在差异。（√） 9、三相异步电动机为交流电机，同步电机为直流电机。（×） 10、正在运行的三相异步电动机突然一相断路，电动机会停下来。（×） 二、填空题 1、笼型异步电机的降压起动方法有：定子绕组串自耦变压器（电阻、电抗）、星三角、延边三角形的降压起动。 2、三相同步电动机所带的负载越轻，转子转速不变。同步电动机的常用启动方法是异步起动，同步运行。 3、电机转子转速和旋转磁场的转速的差称为转差。当三相异步电动机的转差率S=1时，电动机处于停止状态，当S趋近于零时，电动机处于同步状态。 4、三相异步电动机的调速方法有：改变电源频率调速、改变转差率调速、改变极对数调速。 5、反接制动时，当电机接近于转速为零时，应及时退出反接制动防止电机反转。 6、三相异步电动机的制动方法列举出三种方法：反馈制动、能耗制动、反接制动。 7、三相异步电动机进行变极调速时，将定子绕组串联时，磁极对数大（大或小），电动机可
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=10kVA，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=40 14-4 I N =14.43A ，P N =8kW ，Q N=6 kvar 1 / 9
2 / 9 15- 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) E 0 =2.236 ， (2) I =0.78 ( 补充条件： Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) E 0 =1.771, E 0 =10.74kV ， 18.4 15-11 E 0 2.2846 , E 0 13.85kv ， 32.63 15-12 E 0 12534.88v ， 57.42 ， I d 387.61A ， I q 247.7A 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Ｘ d 非 和 Kc 的方法。 16-4 有一台两极三相汽轮同步发电机，电枢绕组 Y 接法，额定容量 S N =7500kV A ，额定 电压 U N N 短路实验测得 k N 时， fk ，零功率因数实验 I=I N ，U=U N 时测得 fN0 试求：（1）通过空载特性和短路特性求出 X d 非和短路比；（2）通过空载特性和零功率因数特性 求出 X σ和 I fa ；（3）额定运行情况下的 I fN 和 u 。 16-5 一台 15000kVA 的 2 极三相 Y 联接汽轮发电机， U N 10.5kV ，cos N 0.8（滞 * *d p a 1（2）额定负载时的励磁电流标么值。
（一）填空题： 1. 同步发电机的短路特性为一直线，这是因为在短路时电机的磁路处于不饱和状态。 2. 同步发电机正常情况下并车采用准同期法，事故状态下并车采用自同期法。 3. 同步调相机又称为同步补偿机。实际上就是一台空载运行的同步电动机，通常工作于过励状态。 4. 同步发电机带负载时，如0o<Ψ<90o，则电枢反应磁动势F a可分解为 F ad=F a sinΨ，F aq=F a cosΨ。其中F ad电枢反应的性质为去磁性质，F aq电枢反应的性质为交磁性质。 5. 同步发电机与无穷大电网并联运行，过励时向电网输出感性无功功率，欠励时向电网输出容性无功功率。 6. 一台汽轮发电机并联于无穷大电网运行，欲增加有功功率输出，应增大进汽量，欲增加感性无功功率输出，应增加励磁电流。（填如何调节） 7. 汽轮发电机气隙增大时，则同步电抗X t减小，电压调整率?U减小，电机制造成本增加，增加静态稳定性能增加。 8. 当同步电机作发电机运行时，在相位上，超前于；作电动机运行时，滞后于。 （二）判断题： 1. 凸极同步发电机由于其电磁功率中包括磁阻功率，即使该电机失去励磁，仍可能稳定运行。（√） 2. 采用同步电动机拖动机械负载，可以改善电网的功率因数，为吸收容性无功功率，同步电动机通常工作于过励状态。 （√） 3. 同步发电机过励运行较欠励运行稳定，满载运行较轻载运行稳定。（×） 4. 同步发电机采用准同期法并车，当其他条件已满足，只有频率不同时，调节发电机的转速，使其频率与电网频率相等时，合上并联开关，即可并车成功。（×） 5. 汽轮同步发电机与无穷大电网并联运行，只调节气门开度，既可改变有功功率又可改变无功功率输出。（√）
第六章同步电机 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I fN都已达到空载特性的饱和段，为什么前者X d取不饱和值而后者取饱和值？为什么X q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。由试验测得它的同步电抗标么值为X*t＝2.13。电枢电
第六章 同步电机的稳态分析 ?同步电机亦是一种常用的交流电机。与感应电机相比较，同步电机的特点是转子的转速n 与电网频率f 之间具有固定不变的关系,即p f n n s /60==(单位为转/分），转速s n 称为同步转速。若电网的频率不变,则同步电机的转速恒为常值与负载的大小无关。 从原理上看，同步电机即可用作为发电机，亦可用作为电动机或补偿机。现代发电站中的交流发电机几乎全部都是同步发电机。在工矿企业和电力系统中,同步电动机和补偿机用的也不少。 ?本章先简要地介绍同步电机的结构，然后说明空载和负载时同步发电机内的电磁过程，并导出其基本方程。再进一步讨论同步发电机的运行特性、并联运行及同步电动机和同步补偿机,最后分析同步发电机的不对称运行和特种同步电动机。 6.1 同步电机的基本结构和运行状态 ?先说明同步电机的基本结构和运行状态，并简要介绍同步电机的励磁方式和额定值。 一、 同步电机的基本结构 按照结构型式，同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。前者的电枢装设在转子上，主磁极装设在定子上。这种结构在小容量同步电机中得到一定的应用。对于高压、大容量的同步电机,长期的制造和运行经验表明，采用旋转磁极式结构比较合理。由于历次部分的容量和电压常较电枢小的多，把电枢装设在定子上,主磁极装设在转子上，电刷和集电环的负载就大为减轻。工作条件得以改善。所以目前旋转磁极式结构已
成为中、大型同步电机的基本结构形式。 ?在旋转磁极式电机中,按照转子主级的形状,同步电机又可分为隐极式和凸极式两种基本型式。如图6-1所示。隐极式转子做成圆柱形，气隙均匀;凸极式转子有明显的凸出的磁极，气隙不均匀。对于高速的同步电机（30０0ｒ/ｍiｎ),从转子机械强度和妥善地固定励磁绕组考虑,采用励磁绕组分布于转子表面槽内的隐极式结构较为可靠。对于低速电机（10００r/ｍin及以下)，由于转子的圆周速度较低、离心力较小,故采用制造简单,励磁绕组集中安放的凸极式结构较为合理。 大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动,前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。由于汽轮机是一种高速原动机，所以汽轮发电机一般采用隐极式结构。水轮机则是一种低速原动机，所以水轮发电机一般都是凸极式结构。同步电动机、由内燃机拖动的同步发电机以及同步补偿机，大多做成凸极式,少数二极的高速同步电动机亦有做成隐极式的。 ?隐极同步电机：以汽轮发电机为例来说明隐极同步电机的结构。现代的汽轮发电机一
第六章同步电机的稳态分析 6.1 同步电机的基本结构和运行状态 一、同步电机的基本结构 按照结构型式，同步电机可以分为旋转电枢式和旋转磁极式两类。 旋转电枢式——电枢装设在转子上，主磁极装设在定子上。这种结构在小容量同步电机中得到一定的应用。 旋转磁极式——主磁极装设在转子上，电枢装设在定子上。对于高压、大容量的同步电机，通常采用旋转磁极式结构。由于励磁部分的容量和电压常较电枢小得多，电刷和集电环的负载就大为减轻，工作条件得以改善。目前，旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构型式。 在旋转磁极式电机中，按照主极的形状，又可分成隐极式和凸极式，如图6-l所示。 隐极式——转子做成圆柱形，气隙为均匀； 凸极式——转子有明显凸出的磁极，气隙为不均匀。 对于高速的同步电机(3000r／min)，从转子机械强度和妥善地 固定励磁绕组考虑，采 用励磁绕组分布于转 子表面槽内的隐极式 结构较为可靠。对于低 速电机(1000r／min及 以下)，转子的离心力
较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构较为合理。大型同步发电机通常采用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。由于汽轮机是一种高速原动机，所以汽轮发电机一般采用隐极式结构。水轮机则是一种低速原动机，所以水轮发电机一般都是凸极式结构。同步电动机、由内燃机拖动的同步发电机以及同步补偿机，大多做成凸极式，少数两极的高速同步电动机亦有做成隐极式的。 隐极同步电机 以汽轮发电机为例来说明隐极同步电机的结构。现代的汽轮发电机一般都是两极的，同步转速为3000r／min(对50Hz的电机)。由于转速高，所以汽轮发电机的直径较小，长度较长。汽轮发电机均为卧式结构，图6-2表示一台汽轮发电机的外形图。汽轮发电机的定子由定子铁心、定子绕组、机座、端盖等部件组成。定子铁心一般用厚0.5mm的DR360硅钢片叠成，每叠厚度为3-6cm，叠与叠之间留有宽0.8～lcm的通风槽，整个铁心用非磁性压板压紧，固定在机座上。 图6-2汽轮发电机的外形图图6-3 汽轮发电机的转子
电机学第三版课后习题答案 变压器 1-1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率 答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流I 0， 产生励磁磁动势F 0， 在铁芯中产生交变主磁通ф0, 其频率与电源电压的频率相同， 根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e 1和e 2, 且有 dt d N e 0 1 1φ-=, dt d N e 0 2 2φ-=, 显然，由于原副边匝数不等, 即N 1≠N 2，原副边的感应电动势也就不等, 即e 1≠e 2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U 1≈E 1, U 2≈E 2,故原副边电压不等,即U 1≠U 2, 但频率相等。 1-2 变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗 答：不会。因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零， 不会在绕组中产生感应电动势。 1-3变压器的空载电流的性质和作用如何 答：作用：变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后者属有功性质，称为空载电流的有功分量。 性质：由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感性无功性质，它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。 1-4一台220/110伏的变压器，变比22 1 ==N N k ，能否一次线圈用2匝，二次线圈用1匝，为什么
答：不能。由m fN E U Φ=≈11144.4可知，由于匝数太少，主磁通m Φ将剧增，磁密m B 过大,磁路过于饱和，磁导率μ降低，磁阻m R 增大。于是，根据磁路欧姆定律m m R N I Φ=10可知, 产生该磁通的激磁电流0I 必将大增。再由3.12 f B p m Fe ∝可知，磁密m B 过大, 导致铁耗Fe p 大增， 铜损耗12 0r I 也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。 1-5有一台S-100/三相电力变压器，kV U U N N 4.0/3.6/21=，Y ，yn （Y/Y 0） 接线，铭牌数据如下： I 0%=7% P 0=600W u k %=% P kN =2250W 试求：1。画出以高压侧为基准的近似等效电路，用标么值计算其参数，并标于图中；2。当变压器原边接额定电压，副边接三相对称负 载运行，每相负载阻抗438.0875.0* j Z L += ，计算变压器一、二次侧电流、二次端电压及输入的有功功率及此时变压器的铁损耗及激磁功率。 解：1、 045.0100 5 .4* *== =k k U z 0225.0* * == =N kN kN k S P P r 039.02*2 **=-= k k k r Z x 24 .14225.1) 100/7(10006.0)100 7()(28.141007112*2**220 2*0* 0** *=-======== m m m N m m r Z x S P I P r I Z 1-6 三相变压器的组别有何意义，如何用时钟法来表示 答：三相变压器的连接组别用来反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应的线电动势（线