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 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 错
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0E 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0
E
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0
E
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 aq 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0
E 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
d 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，kW P N 25000=，kV U N 5.10=，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幺值为13.2*
=s X 。电枢电阻忽略不计。
每相励磁电动势为V 7520，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 33
6
22
N 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0
E 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kW P N 25000=，kV U N 5.10=，Y 联接，8.0cos =?（滞后）的汽轮发
电机，13.2*=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 25.173
5.10845.23
5.10*
0=?
==4425.187
.36cos 87.36sin 1554.01cos sin tan =?+?=+=
N N U U IX ??ψ
因 281.0845.28
.0cos cos *
===
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 32
1N
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
6300
78.13
*
0=?
== 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*
E 。 解：（方法一） 令 *
1.00U =
∠
1*
cos 0.836.87
1.036.87
I 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+=∠ **
019.4436.8756.31
I E ψ =+=与的夹角
直轴电枢电流 **
sin 1sin 56.310.832d I I ψ==?=
励磁电动势 *****
0() 1.4420.832(10.6) 1.775
Q d d q E E I X X =+-=+-= （方法二） ***sin 0.60.6
arctan
arctan
arctan1.556.31cos 0.8
q I X U U φψφ
++==== 直轴电枢电流 **
sin 1sin 56.31d I I ψ==?
励磁电动势
****0cos() 1.0cos(56.3136.87)0.8321
1.775
d d E U I X ψφ=-+=?-+? =0.943+0.832=
6. ★有一台25000N P kW =，10.5N U kV =，Y 接法，20.8Cos ?=（滞后）的汽论发
电机，其同步电抗标么值为* 2.13t x =，*
0a r =。试求额定负载下发电机的励磁电势0E ，
0E 与U 的夹角以及0E 与I 的夹角。
解：以U 作参考向量，*
1N U =，00.836.87arcCos ?==
*0136.87I =∠-
由*
0t E U jIx =+得
****0001 2.13 2.84536.8736.8t E U jI x j =+=+∠-=∠
所以
0 2.84517.25E ==kV 0E 与?
U 的夹角036.8θ=
0E 与?
I 的夹角00036.836.8773.67?θφ=+=+=
7. ★有一台P N ＝72500kw ，U N ＝10.5kV ，Y 接，0.8N Cos ?= 滞后的水轮发电机，参数
为：1d x *=，0.554q x *
=，忽略电枢电阻。试求额定负载下发电机励磁电势0E 和0E 与
U 的夹角。
解：先以?
U 为参考，*
1U =，则*
0136.87I =∠-
所以***
00
10.554 1.40436.8718.4q Q E U jI j x *=+=+∠-=∠
0E 与U 的夹角018.4θ=
再以0E ?
为参考向量，则055.27?θφ=+=
*010.9490.31618.4U j =∠-=-
*0.822d I jSin j ?=-=- *0.57
q I C o s ?== 所以
0.9490.3160.8220.570.554 1.771d
q d
q j j j j U x x E I I ?
?
?
?
*
**
***=++=-++?=
故00 1.77110.74E E *=== kV 8. ★★有一台汽轮发电机数据如下：31250N KVA S =，U N ＝10.5kV （Y 接法），
0.8N Cos ?=（滞后），定子每相同步电抗7.0t x =Ω，而定子电阻忽略不计，此发电
机并联运行于无穷大电网。试求：
（1） 当发电机在额定状态下运行时，功率角N θ，电磁功率em P 。
（2） 若维持上述励磁电流不变，但输入有功功率减半时，N θ，电磁功率em P ，
N Cos ?将变为多少？
（3） 发电机原来在额定运行时，现仅将其励磁电流加大10％，N θ，em P ，N Cos ?，
I 将变为多少？
解：（1
） 1.718N KA I =
== 由于不计a r ，所以cos em N N P S ?=
312500.825000em P kW =?=
因为0t N N j U x E I ?
?
?
=+ 所以每相
007.0 1.718 6.06212.02653.133
16.4035.9N N E j kV ?=
+?∠=+∠ =∠ 故0
35.9N θ=；k m ＝
1
1.704N
Sin θ=倍
（2）若I f 不变，输入有功减半时，0.512500em emN P P kW ==
因为
em emN N
Sin P Sin P θθ= 所以 0
1
1035.917.052em emN
Sin Sin P Sin
Sin P θθ--=== 因为 0()em mUICos m ICos P E ??θ==+ 所以
00
2.017.05U tg ctg ctg Sin E ?θθ=-
=-=
故
447.0=?Cos （滞后）
（3）仅将I f 加大10％时，'25000em emN P P == kV
不考虑饱和影响时，'0(110%)18.04oN E E =+= （kV ） 因为
'
'0em emN on N
Sin P E Sin P E θθ=＝1
所以 0
'
1
10
'
35.932.211.1oN N Sin Sin E Sin Sin E θθ--=== 因为 ''
''0'()em mUICos m ICos E P ??θ==+
''0
''00.95732.21U tg ctg ctg Sin E ?θθ
=-
== 故
'0.722Cos ?=
因为
'
'em
mUICos P ?= 所以
3
''1903em
P I mUCos ?=== A 9. ★★一台Y 接法水轮发电机进行转差率试验，数据如下：
max 3300U V =，min 182I A =，min 3100U V =，max 250I A =，阻抗基值为13.9Ω。试求：
（1） 直轴同步电抗和交轴同步电抗的标幺值；
（2） 额定负载且功率因数为0.8（滞后）时的励磁电动势和功角： 解：（1）直轴同步电抗为
max max 10.5d U X I =
==Ω *10.5
0.75613.9
d d N X X Z =
== 交轴同步电抗为
min max 7.16q U X I =
==Ω *7.16
0.51613.9
q q
N
X X Z =
=
= （2）先求功角θ
**00
1136.80.516
1.3717
Q q E U jIX j =+=+∠-? =∠
017θ=，00036.81753.8ψ?θ=+=+=
直轴电流
*
*0sin 1sin 53.80.807d I I ψ==?=
交轴电流
**0cos 1cos53.80.59q I I ψ==?=
励磁电势
****00
cos cos170.8070.756 1.566
d d
E U I X θ=+ =+?=
10. ★★一台隐极同步发电机，在额定电压下运行，*
2s X =，0a R ≈，试求：
（1） 调节励磁电流使用额定电流时，cos 1?=，空载电动势*
0E 是多少？ （2） 保持上述*
0E 不变，当cos 0.866?=（滞后）时，*
I 是多少？ 解：（1）当cos 1?=时，有
*
0 2.236E ===
（2）当cos 0.866?=时，0
30?=（滞后），则
*0E
2.236=
** 1.56s I X =
得 *
*1.56 1.56
0.782
s I X =
== 11. ★★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*
1.0d X =，
*
0.6q X =，
电枢电阻可以忽略不计。试计算发电机发出额定电压，额定千伏安，cos 0.8?=（滞后）时发电机的励磁电动势*
0E ，并作出相量图。 解：方法一
令
*01.00U =∠
0arccos 0.836.87?==
*01.036.87I =∠-
则计算电动势
****000
1.00 1.036.870.6
1.360.48 1.44219.44
Q q E E jI X j j =+=∠+∠-? =+=∠
*I 与*
E 的夹角 00019.4436.8756.31ψ=+=
直轴电枢电流
*
*0sin 1sin 56.310.832d I I ψ==?=
励磁电动势
*****0()
1.4420.832(10.6) 1.775
Q d d q E E I X X =+- =+?-=
方法二：
***0
sin arctan
cos 0.60.6
arctan arctan1.556.310.8
q I X U U ?
ψ?+=+ ===
直轴电枢电流
**0sin 1sin 56.310.832d I I ψ==?=
励磁电动势
****
000cos()1cos(56.3136.87)0.83210.9430.832 1.775
d d
E U I X ψ?=-+ =?-+? =+= 对应的相量图如下图所示
题11相量图
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=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。
同步电机练习题及标准答案
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 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 >>>>；
同步电机习题答案
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 。
同步电机习题答案
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 。
同步电机习题与答案
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：
(仅供参考)同步电机习题
第五章同步电机 5-1什么是同步电机？极数是怎样决定它的转速的？75r/min、50Hz 的电机有几极？ 答：同步电机是一种交流电机。其特点是转子的旋转速度必须与旋转磁场旋转速度(即同步转速）严格同步。在频率一定时，其转速为一系列固定值。同步电机的转速与电流频率成f 正比，与极对数p 成反比，满足关系p f 60n n 1==。当75r/min、50Hz 时，4075 50 60n f 60p =?== 。因此该电机有2p=80极。5-2汽轮发电机和水轮发电机的主要特点是什么？为什么具有这样的特点？ 答：汽轮发电机的主要特点是：转速较高，一般都是一对极，转速为 min /r 30001 50 60p f 60n n 1=?== =。原因是：考虑到转子受离心力的作用并为了很好地固定励磁绕组，将转子做成细而长的圆柱形，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且与转轴做成一个整体。转子铁心上开槽，槽中嵌放同心式的励磁绕组。 水轮发电机的主要特点是：转速较低，极对数较多，为凸极同步发电机。 电机直径很大，呈扁平形。有立式和卧式两种类型。为了使转子结构和加工工艺简单，转子一般做成凸极结构。励磁绕组是集中绕组，套在薄钢板叠成的磁极上。磁极的极靴上一般装有阻尼绕组。 5-4悬式和伞式发电机各有何优缺点？ 答：悬式发电机 优点：转子重心在推力轴承下方，机组运行稳定性好，并且推力轴承在发电
机层，安装维护方便，轴承损耗小，适用于高水头电站。 缺点：要求上机架和机座强度要高，使机组长度增加和厂房高度增加。 伞式发电机 优点：充分利用水轮机和发电机之间的空间，结构紧凑，降低厂房高度，节省电站投资适用于低转速，大容量的低水头电站。 缺点：转子重心在推力轴承上方，机组稳定性差，推力轴承直径大，损耗大。 5-7一台转枢三相同步发电机，以转速逆时针旋转，主磁极对电枢是什么性质的磁场？对称负载运行时，电枢反应对电枢的转速和转向如何？对定子上主磁极的相对转速又是多少？主极绕组感应出电势吗？ 答：转枢三相同步发电机是指主磁极在定子，电枢在转子的同步电机。此时转枢式三相同步发电机，电枢以转速n逆时针方向旋转，假定电枢（转子）不动，则主磁场对电枢来说是旋转磁场，转速为n，旋转方向为与电枢（转子）的旋转方向相反，即顺时针。 负载时，电枢绕组会有三相对称的电枢电流产生，电枢电流对应的电枢反应磁场的转向与转速决定于感生它的磁场，即定子上的主磁场。因为主磁场相对于电枢是顺时针旋转，所以电枢反应磁动势的也是相对于电枢顺时针旋转的，其转速也是n。 对定子上静止的主磁极转速，即电枢反应磁动势的绝对转速等于电枢反应磁动势相对于电枢的转速（转速为n，顺时针）加上电枢转速（即电枢相对于定子的转速，大小为n，方向为逆时针），相对转速和电枢转速大小相等、方向相反，因此电枢磁动势相对于主磁动势的相对转速为0，即相对静止。 因为电枢反应磁动势相对主极绕组是静止的，因此不能产生感应电动势。 5-8同步发电机的电枢反应主要取决于什么？在下列情况下电枢反应是助磁还是去磁？（1）三相对称电阻负载。（2）纯电容性负载； (3)纯电感性负载。
同步发电机习题二-(有答案)
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 二、单项选择题 1、并联于大电网上的同步发电机，当运行于cos =1.0的情况下，若逐渐减小励磁电流， 则电枢电流是（ A ） A ．逐大 B ．逐小 C ．先增大后减小 D ．先减小 后增大 2、 同步发电机电枢反应性质取决于( C ) A ．负载性质 B 发电机本身参数
同步发电机习题
三、作图题 1、当一台隐极同步电机发出有功功率，同时发出纯感性无功功率时，分别按电动机惯例和发电机惯例画出电动势相量图 2、作出凸极发电机的电动势相量图 P252 3、画出隐极同步发电机的电动势相量图和等效电路图。P247] 4、作出同步发电机的外特性和调整特性。P267 5、作出同步发电机的V形曲线，并说明其特点。P293 四、简答题 1、简述同步发电机的工作原理。 2、简述同步发电机用相灯法并网时，条件不满足时所呈现的现象，应采取的措施。频率不等时，三个相灯将呈现着同时暗，同时亮的交替变化现象。这时，只要调节原动机的转速；电压不等时，相灯没有绝对熄灭的时候，而是在最亮和最暗范围闪烁。这时，只要调节发电机的励磁电流，使它们的电压相等；相序不等时，相灯不一样明暗，并出现旋转现象。这时，只要把发电机接到并联开关的任两根线互相对调一下接头：相角不等时，相灯不会熄灭，这时，只要把发电机和原动机转速稍为调节一点，直到三个相灯都熄灭。 3、简述同步发电机用灯光旋转法并网时，条件不满足时所呈现的现象，应采取的措施。 3、简述同步发电机采用自同步法合闸的操作过程。 事先校验好发电机的相序，启动发电机后，把转速调到接近同步速。不加励磁（励磁绕组经限流电阻短路），合上并联刀闸，，再立即加励磁，靠定转子之间的电磁力，自动牵入同步。这种方法的优点是操作简单迅速，不需增加复杂的并联装置，缺点是合闸后，有电流冲击。 4、同步发电机并联合闸的条件？若四个条件中有某一个不符合时，应采取什么措施使之满足并联条件。 并联运行的四个条件是发电机和电网的频率，电压幅值，电压相序及电压的初相角分别相同，并联条件中的某一个不符合时，并网时会产生很大的电流冲击。 发电机和电网的频率不等时应调节原动机的转速，电压大小不等时应调节发电机的励磁电流，相序不一致时应将发电机接至并联开关的任意两根线互相对调初相角不同时，应调节原动机的转速。 5、一台并联于无限大电网运行的同步发电机，其电流滞后电压，若逐渐减小其 励磁电流，试问电枢电流如何变化？ 并联运行时，若电枢电流滞后于电压，则发电机发出感性无功功率。减小励磁电流if时，发电机发出的有功功率不变（不计电枢电阻）。因此，电枢电流I 变化的轨迹是垂直于U的直线。随着if的减小，I由滞后于U变为与U同相；若进一步减小if，I将超前于U。I的有效值，在I滞后于U时随if减小而变小；在I超前于U时，则随if的减小而增大。 6、一台与电网并联运行的同步发电机，仅输出有功功率，无功功率为零，这时发电机电枢反应磁动势的性质是什么？ 此时sinφ=0，即φ=0 I 与U 同相画出电动势相量的图可知此时电枢反应的磁动势性质为直轴去磁磁动势和交轴磁动势。 为什么当 cos滞后时，电枢反应在发电机的运行里显示出去磁作用；而在电动
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=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。
同步电机练习题
一、填空题 1.一台三相两极汽轮发电机:Q 1=60,y I =5/6τ, 采用60°相带双层叠绕组，该绕组的每极每相槽数 ,槽距角 电角度，线圈节距 槽。 2. 十极三相交流电机电枢60槽，相邻两槽相距 空间电角度，上层边在第1槽的整距线圈下层边在第 槽。 3．交流电机定子一相集中整距绕组通交流电流产生的磁势是______________。 4.交流电机定子绕组漏磁通分为______________、______________和______________。 5． 频率为50Hz 的二十四极交流电机，其旋转磁势的同步转速为 r/min ，如果频率降为40Hz ，同步转速为 r/min 。 6．隐极同步发电机励磁磁势的波形是___________，凸极发电机励磁磁势的波形是___________。 7.同步发电机并联合闸的准确同步法有___________和___________。 8．隐极同步发电机功角特性的表达式为______________________。 9．从同步电动机V 形曲线看出，如果功率因数为落后时，励磁处于 励磁情况，若略减少其励磁电流，其功率因数会 ，电枢电流会 。 二、判断题。 1. 交流电机定子绕组采用双层分布短距绕组可以改善绕组产生的磁动势和电动势波形，使之更加接近于正弦波。（ ） 2．同步发电机的时空相-矢图中，励磁磁势的基波分量1?f F 始终滞后空载电势 900? E 空间电角度。（ ） 3. 三相交流电机通入三相对称电流产生的磁势具有幅值大小固定不变及旋转速度为p f n 601=（r/min ）的特点。（ ） 三、选择题。 1. 2．频率为60Hz 的十二极交流电机，其旋转基波磁动势的转速为（ ）。 A. 1800r/min B. 1200r/min C. 600r/min D. 300r/min 3．从汽轮发电机的特点来看，通常是（ ）。 A.隐极式，立式，转速高； B.隐极式，卧式，转速低； C.凸极式，立式，转速高。 D.凸极式，卧式，转速低。 4．并列与无穷大电网的同步发电机，仅向电网输出有功功率，不输出无功功率，这时发电机的励磁电流处于（ ）。 A ．过励状态； B ．欠励状态； C ．正常励磁 D.零励磁。 5．判断一台并列于无穷大电网的同步电机运行在电动机状态的依据是（ ）。
电机学第三版课后习题答案解析
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
20101128同步电机计算题
第六章 同步电机 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0 E 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0 E 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 +=
第四篇同步电机习题解答
第四篇 同步电机习题解答 15-1 一台三相隐极同步发电机，25000kW N P =,10.5kV N U =,Y 接，cos 0.8 N ?=滞后，已知7.52, 0t a x R =Ω≈，每相励磁电动势07520V E =。求下列几种情况下的电枢电流，并说明其电枢反应的性质：（1）每相接7.52Ω的三相对称纯电阻负载；（2）每相接7.52Ω的三相对称纯电感负载；（3）每相接15.04Ω的三相对称纯电容负载；（4）每相接7.547.54j -Ω的三相对称电阻电容负载。 解：0a t L a t L t E U IR jIx IZ IR jIx IZ jIx =++=++≈+ 0L t E I Z jx =+ , 令0075200V E =∠ （1）7.52L Z =Ω 00075200701.145(A)7.527.52 L t E I Z jx j ∠===∠++ 为直轴和交轴电枢反应； （2）7.52L Z j =Ω 0007520050090(A)7.527.52 L t E I Z jx j j ∠===∠-++ 为直轴去磁电枢反应； （3）15.04L Z j =-Ω 000 75200100090(A)15.047.52 L t E I Z jx j j ∠===∠+-+ 为直轴增磁电枢反应； （4）7.527.52L Z j =-Ω 000 7520010000(A)7.527.527.52 L t E I Z jx j j ∠===∠+-+ 为交轴电枢反应。 15-2 一台凸极同步发电机，72500kW N P =,10.5kV N U =，Y 接， c o s 0.8N ?=滞后，1, 0.554, 0 d q a x x R * *==≈。试求额定负载下运行时发电机的0, , d q I I E ψ及。 解：Y 接，0cos 0.8, 36.87N N ??==
同步电机习题
同步电机习题 1.一台f=50Hz ，n=3000r/min 的汽轮发电机极数是多少？一台f=50Hz ，P=50水轮发电机转速是多少？ 解答：根据p f n 60=计算 2.一台三相同步发电机S N =10kV A ，cos ?=0.8（滞后），U N =400V ，求其额定电流I N 、额定有功功率P N 和额定无功功率Q N 。 解答：N N N I U S 3= A 4.143==N N N U S I W 8000cos ==?N N S P var 6000sin ==?N N S Q P193-3.某台同步发电机的转速为额定转速，将电枢三相短路，调节励磁电流为2A 时，电枢相电流为额定值40A ；保持励磁电流不变，而将电枢电路开路，测得开路相电压为90V 。求该台同步发电机的同步电抗等于多少？ 解答：同步发电机单相（比如A 相）短路时电路图如下： 依题V 900=E ，t IX E =0，Ω===25.2A 40V 900I E X t P193-4.为什么在调节原动机转矩以调节发电机输出有功功率的同时，无功功率也会跟着变化？ 解答：θ?sin 3cos 30t X UE UI P ==，t t X U X UE UI Q 2 03cos 3sin 3-==θ? 若励磁电流不变，则E 0不变；若发电机并联在无限大电网上，则U 也不变。在调节原动机转矩使P 变化时，θ将变化，因此Q 也跟着变化。 P193-5.同步发电机单机运行，给对称负载供电，其功率因数由什么决定？当它并联在无限大容量电网上，其功率因数又由什么决定？ A E
解答：同步发电机单机运行，给对称负载供电，其功率因数由负载决定。 同步发电机并联在无限大容量电网上，其功率因数由励磁电流决定。在正常励磁时，1cos =?；在过励磁时，1cos
同步电机的习题共25页word资料
说明：打“*”的题目有一定的难度。 1． 一台三相星形联结的隐极同步发电机，空载时使端电压为 220V 所需的 励磁电流为3A ，当发电机接上每相5Ω的星形联结纯电阻负载时，要使端电压仍为220V ，所需的励磁电流为3.8A 。不计电枢电阻，试求该发电机的同步电抗（不饱和值）是多大？ 解：空载时，励磁电流为3A ，每相励磁电动势为 )(1273 2200V E == 则负载时，每相励磁电动势为 )(87.1601273 8 .3'0V E =?= 接上每相5Ω的对称电阻后，每相电流为 4.255 127 == I （A ） 根据相量图中的几何关系，有 222'0)(s IX U E += 所以，有 Ω=-=-= 887.34 .2512787.1602 22 2'0I U E X s 2．一台三相星形联结、1500kW 的水轮发电机，额定电压6300V ，额定功率因数8.0cos =N φ（滞后），已知它的参数7.13,3.21==q d X X ，忽略电枢电阻，试求： （1）X d 和X q 的标幺值； （2）画出相量图； （3）计算额定负载时的电动势E 0。
解：（1）先求阻抗基值。 N N N N N N N S U I U I U z 2 3/= ==ΦΦ 而 )(18758 .01500 cos kVA P S N N N ===φ 所以 )(168.2110187563003 2Ω=?=N z 故 006.1168.213.21* ===N d d z X X ，647.0168 .217.13* ===N q q z X X （2）额定负载时的相量图如图 其中 ο32.578 .016 .01647.01cos sin arctan =??+?= +=****n N q U U X I φφψ ο87.368.0arccos ==N φ （3）8417.032.57sin 1sin ** =?==οψI I d 7838 .1)87.3632.57cos(1006.18417.0) cos(****0=-?+?=-+=ο οN d d U X I E φψ 相电动势为 )(2.64883 63007838.13 * 0V U E E N =? == 3*．一台三相汽轮发电机，Y 联结，额定数据如下：功率kW P N 25000=， 电压U N =6300，功率因数8.0cos =N φ（滞后），电枢绕组漏电抗 Ω=0917.0σX ，忽略电枢绕组电阻，空载特性如下表：
同步电机习题和答案解析
同步电机习题与答案 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] 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] 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] 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] 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，对试验结果有什么影响 [答案见后] 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] 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] 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]
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] 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] 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] 同步电动机与感应电动机相比有何优缺点 [答案见后] 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] 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] 有一台三相汽轮发电机，P N ＝25000kW，U N ＝，Y接法，cosφ N ＝（滞后），作 单机运行。由试验测得它的同步电抗标么值为X* t ＝。电枢电阻忽略不计。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： （1）每相是Ω的纯电阻； （2）每相是Ω的纯感抗； （3）每相是Ω的纯容抗；
同步电机练习题及答案
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 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 σ X 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