本文格式為Word版，下載可任意編輯——第六章同步電機綜合習題第六章同步電機

一、填空

1.★在同步電機中，只有存在電樞反應才能實現機電能量轉換。答交軸

2.同步發電機并網的條件是：（1）；（2）；（3）。答發電機相序和電網相序要一致，發電機頻率和電網頻率要一致，發電機電壓和電網電壓大小要相等、相位要一致

3.★同步發電機在過勵時從電網吸收，產生電樞反應；同步電動機在過勵時向電網輸出，產生電樞反應。答超前無功功率，直軸去磁，滯后無功功率，直軸增磁

4.★同步電機的功角δ有雙重含義，一是和之間的夾角；二是和空間夾角。

答主極軸線，氣隙合成磁場軸線，勵磁電動勢，電壓

5.凸極同步電機轉子勵磁匝數增加使Xq和Xd將。答增加

6.凸極同步電機氣隙增加使Xq和Xd將。

7.答減小

8.★凸極同步發電機與電網并聯，如將發電機勵磁電流減為零，此時發電機電磁轉矩為。答mU(211?)sin?2XqXd二、選擇

1.同步發電機的額定功率指（）。

A轉軸上輸入的機械功率；B轉軸上輸出的機械功率；

C電樞端口輸入的電功率；D電樞端口輸出的電功率。答D

2.★同步發電機穩態運行時，若所帶負載為感性cos??0.8，則其電樞反應的性質為（）。

A交軸電樞反應；B直軸去磁電樞反應；

C直軸去磁與交軸電樞反應；D直軸增磁與交軸電樞反應。答C

3.同步發電機穩定短路電流不很大的原因是（）。

A漏阻抗較大；B短路電流產生去磁作用較強；C電樞反應產生增磁作用；D同步電抗較大。答B

4.★對稱負載運行時，凸極同步發電機阻抗大小順序排列為（）。

AX??Xad?Xd?Xaq?Xq；BXad?Xd?Xaq?Xq?X?；CXq?Xaq?Xd?Xad?X?；DXd?Xad?Xq?Xaq?X?。答D

5.同步補償機的作用是（）。

A補償電網電力不足；B改善電網功率因數；

C作為用戶的備用電源；D作為同步發電機的勵磁電源。答B

三、判斷

1.★負載運行的凸極同步發電機，勵磁繞組突然斷線，則電磁功率為零。（）答錯

2.同步發電機的功率因數總是滯后的。（）答錯

3.一并聯在無窮大電網上的同步電機，要想增加發電機的輸出功率，必需增加原動機的輸入功率，因此原動機輸入功率越大越好。（）答錯

4.改變同步發電機的勵磁電流，只能調理無功功率。（）答錯

5.★同步發電機靜態過載能力與短路比成正比，因此短路比越大，靜態穩定性越好。（）答對

6.★同步發電機電樞反應的性質取決于負載的性質。（）答錯

7.★同步發電機的短路特性曲線與其空載特性曲線相像。（）答錯

8.同步發電機的穩態短路電流很大。（）答錯

9.利用空載特性和短路特性可以測定同步發電機的直軸同步電抗和交軸同步電抗。（）答錯

10.★凸極同步電機中直軸電樞反應電抗大于交軸電樞反應電抗。（）答對

11.與直流電機一致，在同步電機中，E?U還是E?U是判斷電機作為發電機還是電動機運行的依據之一。（）答錯

?與I?電樞電流同相時，其電樞反應的性質為直軸12.★在同步發電機中，當勵磁電動勢E0電樞反應。

答錯

（）

四、簡答

1.★測定同步發電機的空載特性和短路特性時，假使轉速降至0.95n1，對試驗結果有什么影響？

答因空載電勢E0和轉速成正比，假使轉速降為0.95n1，則E0也降低到額定轉速下的0.95倍。同步電抗與頻率成正比，也降低到0.95倍，所以短路電流Ik?E0Xd不變。2.★為什么大容量同步電機采用磁極旋轉式而不用電樞旋轉式？

答由于勵磁繞組電流相對較小，電壓低，放在轉子上引出較便利。電樞繞組電壓高、容量大，放在轉子上使結構繁雜、引出不便利。故大容量電機將電樞繞組作為定子，磁極作為轉子，為旋轉磁極式。

3.★為什么同步電機的氣隙要比容量一致的感應電機的大？

答感應電機的勵磁電流由電源供給，需要從電網吸取感性無功功率，假使氣隙大，則勵磁電流大，電機的功率因數低，因此在機械允許的條件下，氣隙要盡量小一些。同步電機的氣隙磁場由轉子電流和定子電流共同鼓舞，從同步電機運行穩定性考慮，氣隙大，同步電抗小，短路比大，運行穩定性高。但氣隙大，轉子用銅量增大，制造成本增加。氣隙大小的選擇要綜合考慮運行性能和制造成本這兩方面的要求。4.★同步發電機電樞反應性質由什么決定?

答電樞磁動勢的基波與勵磁磁動勢同轉速、同轉向，在空間上始終保持相對靜止的關

?和系，但電樞反應的性質取決于這兩個磁動勢幅值的相對位置，而這一位置與勵磁電動勢E0?之間的相位差，即角度?有關，角?由決定于負載的性質。當E?與I?同相時，電樞電流I0??0?，電樞反應為交軸電樞反應，交軸電樞反應使氣隙合成磁場幅值增加，而其軸線從

?滯后E?90時，電樞反應為直軸電樞反應，其性主極軸線逆轉子轉向后移一個銳角。當I0??超前E?90時，質完全是去磁的。當I，也為直軸電樞反應，其性質完全是助磁的。一般情0?況下，0???90，此時的電樞反應兼有直軸去磁作用和交磁作用。5.試述直軸和交軸同步電抗的意義？如何用試驗方法來測定？

答在凸極同步電機中，由于氣隙不均勻為了計算便利，將電樞磁動勢Fa分解為Fad和

??Faq，分別除以直軸磁阻和交軸磁阻，可得到?ad和Φaq，它們分別在定子繞組感應電動勢Ead和Eaq，寫成電抗壓降形式，即

???jI?X???jI?X，EEaddadaaq和分別稱為直軸電樞反應電抗和交軸電樞反應電抗，它們分別反映出上述直軸和記者電樞反

應磁通的強弱。

直軸同步電抗為Xd?Xad?X?交軸同步電抗為Xd?Xad?X?

三相總磁場在電樞繞組中每Xd和Xq表征了當對稱三相直軸或交軸電流每相為1A時，

相感應的電動勢。

利用空載和短路特性可測定的Xd不飽和值；利用空載和零功率因數負載特性可測定Xd的飽和值；利用轉差法可測定Xd和Xq的不飽和值。

6.★凸極同步電機中，為什么直軸電樞反應電抗Xad大于交軸電樞反應電抗Xaq？答在凸極電機中沿電樞圓周的氣隙是很不均勻的，分析其電樞反應時，要用雙反應理論，

?的兩個分量F和F，即把電樞反應磁動勢分解成垂直和平行于電動勢E0adaq它們分別產生

直軸電樞反應磁通?ad和交軸電樞反應磁通?aq，相應的電流也分解成兩個分量。因此

??Id?Fad??ad?Ead或Ead?IdXad，Xd?EadId

Id?Fad??ad?Ead或Eaq?IqXaq，Xq?EaqIq

由于直軸磁路的磁導比交軸磁路的磁導要大得多，同樣大小的電流產生的磁通和相應的電動勢也大德多，所以電抗Xad?Xaq。

7.★為什么同步發電機的短路特性是一條直線？

答同步發電機穩態短路時，電樞磁動勢基本上是一個純去磁作用的直軸磁動勢，氣隙

??jI?X，即合成電動勢只等于漏抗壓降。?，合成電動勢為E合成磁動勢為F???Ff?Fad??所以其對應的氣隙合成磁通很小，電機的磁路處于不飽和狀態，由于氣隙合成磁動勢

??kadFad?I，所以勵磁磁動勢Ff?F???Fad?必然正比于I，故短F???E??I，而Fad路特性Ik?f(If)是一條直線。

8.★為什么從空載特性和短路特性不能測定交軸同步電抗？為什么從空載特性和短路特性

不能確鑿測定直軸同步電抗？

答凸極同步發電機的電動勢方程式為

??U??I?R?jI?X?jI?XE0add三相短路時U?0，由于發電機的電樞電阻遠小于同步電抗，短路電流可認為是純感性的，

??jI?X?jI?X，所以由空載特性測出E和短路特性即??90?，Iq?0，I?Id，E00ddd測出I可求出直軸同步電抗Xd。由于短路狀況下電樞磁動勢基基本上是一個純去磁作用的直軸磁動勢，使氣隙合成磁動勢很小，對應的氣隙合成磁通很小，電機磁路處于不飽和狀態，這時求出的是Xd的不飽和值。由于Iq?0，不能從空載和短路特性求出Xq。

9.★在直流電機中，E?U還是E?U是判斷電機作為發電機運行還是電動機運行的依

據之一，在同步電機中，這個結論還正確嗎？

?都是電壓相量，不能根據它們的大?和電機端電壓U答在同步電機中，勵磁電動勢E0小來判斷電機的運行狀態，而應當根據氣隙合成磁場軸線與主磁極軸線的相對位置來決定。當主磁極場軸線超前合成磁場軸線時，為發電機狀態；重合時為調相機狀態；滯后時為電動機狀態。

10.★什么是同步電機的功角特性？?角有什么意義？

答當電網電壓U和頻率f恒定，參數Xd和Xq為常數、勵磁電動勢E0不變時，同步

?的夾角?，?稱為功率角，P?f(?)為同步電機的功角?與U電機的電磁功率只決定于Eem0特性。

由于電機的漏阻抗遠小于同步電抗，從空間上看，功率角?可近似認為時主磁極軸線與

?之間的夾角。?與電壓U氣隙合成磁場軸線之間的夾角；從時間上，功率角?勵磁電動勢E0

11.★一般同步發電機三相穩定短路，當Ik?IN時的勵磁電流Ifk和額定負載時的勵磁電流IfN都已達到空載特性的飽和段，為什么前者Xd取未飽和值而后者取飽和值？為什么

Xq一般總是采用不飽和值？

答短路時由于電樞反應的去磁作用使氣隙磁通很小，電機磁路處于不飽和狀態，此時對應的是Xd的不飽和值。額定負載運行時，氣隙磁通較大，直軸磁路處于飽和狀態，此時對應的是Xd的飽和值。交軸磁路的氣隙大磁阻大，磁路不飽和，故Xq一般取不飽和值。12.★同步電機的氣隙磁場，在空載時是如何鼓舞的？在負載時是如何鼓舞的？

答空載時，定子繞組中沒有電流，氣隙磁場是由轉子繞組中的直流電流鼓舞的。負載后，定子三相電流產生旋轉磁動勢，其基波以同步速度旋轉，與轉子相對靜止。氣隙磁場是由轉子繞組中直流電流和定子繞組中三相交流電流共同鼓舞產生的。

13.★同步電機轉子表面氣隙磁通密度分布的波形是怎樣的?轉子表面某一點的氣隙磁通密

度大小隨時間變化嗎?定子表面某一點的氣隙磁通密度隨時間變化嗎?

答：凸極同步電機轉子表面氣隙磁通密度分布的波形接近于正弦波，其中含有一系列奇數次諧波；隱極同步電機轉子表面氣隙磁通密度分布的波形是接近正弦的階梯狀波，其中也含有一系列奇數次諧波．