华电电机学课后同步电机习题答案
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
电机学作业及答案(同步电机)
同步电机章节作业：1. 有一台TS854-210-40的水轮发电机，P N =100兆瓦，U N =13。
8千伏，9.0cos =N ϕ，f N =50赫兹，求（1）发电机的额定电流；（2）额定运行时能发多少有功和无功功率？（3）转速是多少？解：（1）额定电流A U P I NN N N 6.46489.0108.13310100cos 336=⨯⨯⨯⨯==ϕ（2）有功功率MW P N 100=无功功率 var 4.48)9.0tan(arccos 100tan M P Q N N =⨯==ϕ （3）转速 min /15020506060r p f n N N =⨯==2.同步发电机的电枢反应性质主要决定于什么？在下列情况下（忽略电机自身电阻），电枢反应各起什么作用？1） 三相对称电阻负载；2） 电容负载8.0*=c x ，发电机同步电抗0.1*=t x ； 3） 电感负载7.0*=L x答： 电枢反应的性质取决于内功率因数角ψ，而ψ角既与负载性质有关，又与发电机本身的参数有关。
由等效电路图可知（忽略电枢绕组电阻r a ）： ①当负载阻抗为Z L =R 时，阻抗Z=jx t +R ，其阻抗 角ψ在900>ψ>00范围内，即空载电动势.0E 和电枢电流。
I 之间的相位角ψ在900>ψ>00范围内，所以电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应；②当负载阻抗为Z L =-jx c 时，阻抗Z=jx t -jx c ，由于x t *=1.0>x c *=0.8, 阻抗角ψ=900，即空载电动势.0E 和电枢电流。
I 之间的相位角ψ=900，所以电枢反应为直轴去磁电枢反应；③当负载阻抗为Z L =jx L 时，阻抗Z=jx t +jx L 的阻抗角为ψ=900，即空载电动势.0E 和电枢电流。
I 之间的相位角ψ=900，所以电枢反应为直轴去磁电枢反应。
3. 试述直轴和交轴同步电抗的意义。
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1f 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。
华北电力大学电机学习题集及答案
原方额定线电流及相电流，副方额定线电流；
如原方每相扰组有960匝，文副方每相绕组有几匝？每匝的感应电动势为多少？
如铁心中磁密最大值为1.4T，求铁心截面积；
二、计算题
1.一铁环的平均半径为0.3m，铁环的横截面积为一直径等于0.05m的圆形，在铁环上绕有线圈，当线圈中的电流为5A时，在铁心中产生的磁通为0.003Wb，试求线圈应有的匝数。
铁环所用的材料为铸铁，其磁化曲线有如下数据：
H 100( )
5
10
20
30
40
50
60
80
110
B 0.1(T)
6
11.0
（1）线圈中感应电动势的时间表达式；
（2）感应电动势的最大值及出现最大值的位置；
（3）感应电动势的有效值。
2.线圈匝数尺寸同图3，位于均匀的恒定磁场中，磁通密度B=0.8T，设在线圈中通以10安电流且按顺时针流动，求：
用的方向如何？作用在该线圈上的转矩为多少？
(a)What is the magnitude of the current?
(b)What voltage is induced in the closed loop?
图4
习题二磁路计算
一、思考题
1 .试比较磁路和电路的相似点与不同点，并叙述磁路计算的一般方法。
2.电机和变压器的磁路常采用什么材料制成，这种材料有哪些主要特性。
（2）当线圈平面与磁力线平行时，线圈各边所受的力是多少？作用的方向如何？作用在该线圈上的转矩为多少？
（3）线圈受转矩后便要转动，试求线圈在不同位置时转矩的表达式。
电机学答案第6章《同步电机》
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。
电机习题与解答（同步电机）
电机习题与解答（同步电机）6.1 三相同步发电机基本⼯作原理和结构6-1-1 同步发电机是怎样发出三相对称正弦交流电的？答：同步发电机的转⼦上绕有励磁绕组，通以直流电励磁，产⽣磁场，并由原动机带动旋转，使定⼦三相对称绕组不断切割转⼦磁场⽽感应出三相交流电动势。
（1）波形：由于感应电动势的波形主要取决于转⼦磁场在⽓隙空间分布的波形，制造时使转⼦磁极的磁场在⽓隙空间尽可能按正弦波分布，三相绕组的Y 形连接和采⽤短距、分布绕组，便得到正弦波形的感应电动势；（2）⼤⼩：由于定⼦三相绕组对称，它们切割同⼀个转⼦磁场，三相感应电动势也对称，⼤⼩均为01144.4Φ=W K fN E（3）相位差和相序：由于定⼦绕组在空间位置上互差1200电⾓度，转⼦旋转磁场切割定⼦三相绕组在时间上有先后顺序，定⼦的三相感应电动势在时间相位上就互差1200电⾓度，如果将先切割的⼀相定义为A 相，则后切割的那两相就为B 相和C 相，因此三相电动势的相序与转⼦转向⼀致，其由转⼦转向决定；（4）频率：转⼦转过⼀对磁极，感应电动势就经历⼀个周期的变化，若电机有p 对磁极，转⼦以每分钟n 转旋转，则每分钟内电动势变化pn 个周期，即频率为：60pn f =也就是当电机的磁极对数p ⼀定时，频率f 和转速n 有严格不变的关系。
6-1-2 什么叫同步电机？其感应电动势频率和转速有何关系？怎样由其极数决定它的转速？答：转⼦的转速恒等于定⼦旋转磁场的转速的电机称为同步电机，其感应电动势的频率与转速之间的关系是：60pnf =，当电机的磁极对数p ⼀定时，f ∝n ，即：频率f 与转速n 之间保持严格不变的关系。
6-1-3 说明汽轮发电机的基本结构，为什么汽轮发电机的转⼦采⽤隐极式，⽽⽔轮发电机的转⼦采⽤凸极式？答：汽轮发电机的基本结构由定⼦、转⼦两部分组成，定⼦由定⼦铁⼼、电枢绕组、机座及端盖等部件组成；转⼦由转⼦铁⼼、励磁绕组、护环、集电环、中⼼环、阻尼绕组和风扇等组成。
第六章 同步电机习题
第六章 同步电机一、填空1. 同步发电机的定子铁心槽中嵌入着 绕组，转子励磁绕组通入的是 电流。
2. 两极同步发电机就以 r/min 旋转，才能发出50Hz 的交流电，当它以 旋转时，将发出60Hz 的交流电。
3. 汽轮同步发电机的转子采用 结构，水轮同步发电机的转子采用 结构。
4. 同步发电机输出三相电压的相序由 决定，如果改变原动机的旋转方向，则三相电压的相序将 。
5. 按结构形式分，同步电机可分为旋转磁极式和旋转电枢式两种，大型同步发电机采用结构形式，小容量同步电机采用 结构形式。
6. 同步发电机的“同步”含义是指 与 同步。
7. 同步发电机运行时，气隙中有两个旋转磁场，分别是 和 。
8. 同步发电机励磁电动势与电枢电流的相位差角Ψ，称为 ；端电压与电枢电流的相位差角Φ，称为 。
9. 同步发电机额定运行，若带感性负载，E 0比U ；若带容性负载，则E 0比U 。
10. 同步发电机，当0<Ψ<90o 时，电枢反应性质为 ；当-90o <Ψ<0时，电枢反应性质为 。
11. 电枢电抗是反映 的等效电抗，同步电抗是反映 的等效电抗。
12. 同步发电机带感性负载时端电压将下降，这是由于 和 引起的。
13. 同步发电机并网的条件是：（1） ；（2） ；（3） 。
14. ★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。
二、选择1. 改变同步发电机的相序，需要（ ）A 改变励磁绕组所接直流电压的极性B 增大励磁电流C 互换定子绕组任意两相的出线端标志D 改变发电机的转向2. 将同步发电机的电枢置于转子，定子为磁极固定不动，则通过转子上的三个滑环可获得 （ ）A 直流电压B 三相交流电压C 直流磁动势D 交流磁动势3. 在同步发电机中，电枢反应的性质由（ ）决定。
A Ψ角B Φ角C δ角D Fa 的大小4. 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。
同步电机习题和答案解析讲课教案
6.26设有一台三相、Y接法凸极同步发电机，测得各种参数如下：Xd=1.45Ω, Xq=1.05Ω,X-=0.599Ω, X0=0.20Ω。电机每相空载电势E0=220V时，试求：
(1)三相稳态短路电流；
(2)两相稳态短路电流；
(3)单相对中点稳态短路电流；
[答案见后]
参考答案见后
6.1答：空载时，定子绕组中没有电流，气隙磁场是转子绕组中直流电流激励的。负载以后，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的。
[答案见后]
6.14试述直流同步电抗Xd、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，PN＝25000kW，UN＝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：
[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0.95nN，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Ik=IN时的励磁电流Ifk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？