同步电机测试题（含答案）（重庆大学）

重庆大学试卷 同步电机 第 1 页 共 3 页

名姓 号密学 弊 作 绝 拒 、 纪 级考年肃 严 、 信 守 实封 诚 、 班争、竞业平专公 院学程工气线电 院学重庆大学 电机学（1） 第4次课堂测验

2012~2013学年 第一学期

考试方式：

测验日期：2012.12.28 测验时间： 45 分钟 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 得 分

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．X??Xad?Xd?Xaq?Xq； B．Xad?Xd?Xaq?Xq?X?； C．Xq?Xaq?Xd?Xad?X?； D．Xd?Xad?Xq?Xaq?X?。 6．判断同步发电机是过励磁运行状态的依据是 D 。

A．E??0超前于U； B．E????0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Xs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）

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1．简述同步发电机功率角δ、功率因数角?、内功率因数角的含义，它们三

者之间的关系是什么？(15分)

答：同步发电机的功率角δ有双重含义，一是主极磁场B0轴线和电枢合成磁场B?u轴线之间的空间夹角（3分），二是激磁电动势E?0相量和端电压U相量之间的时间相位差（3分）；功率因数角?是端电压U?和负载电流I?之间的时间相位差（3分）；内功率因数角?0是激磁电势E?流I?0和负载电

之间的时间相位差（3分）；三者之间的关系?0为：?0????（3分）。

2．一台隐极同步发电机与无穷大电网并联运?E0?行，输出额定功率时调节励磁电流使发电jIXs机的cos?=1，忽略定子电阻，相量图如右所示。求：

I?U?（1）保持有功功率不变，试画出发电机在过励时的相量图。（7分） （2）若保持励磁电流不变，试画出增大有功功率输出时的相量图。（8分） 答：(1) 保持有功功率不变，则Pe、P2不变。为了保持PUe?mE0Xsin?不变、sP2?mUIcos?不变，由于m、Xs与U不变，则E0sinδ与Icos?不变，

因此E0和I的终点轨迹分别为一条直线（3分）。在过励情况下，励磁电流增大，E0增大、电流I的无功分量增大，相量图如图a所示（4分）。

(2) 励磁电流不变，则E0不变，因此E0的终点轨迹应为一个圆（2分）。

增大有功功率输出时，由于m、Xs、U与E0不变，由PE0Ue?mXsin?和

sP2?mUIcos?可知，sinδ增大、Icos?增大，此外，随着功率角δ增大，

同步电抗压降增大，电流I按比例增大（2分），相量图如图b所示（4分）。

?E''0?E??0E'0jI''XsjI?X?sjI'X?sE0jI?Xs?''I?U?I??I'IU? 图a 图b

四、 计算题（共30分）

一台汽轮发电机接无穷大电网，已知I*N=1.0 ，U*N=1，cos?N=0.8 (滞后)，X*s=0.8，R*a=0。试求额定状态下：(1)发电机输出有功功率P*N（2分）；

(2)励磁电动势E*0N（3分）；(3)内功率因数角?0N（3分）；(4)功率角?N（2分）；(5)电磁功率P*eN（3分）；(6)最大电磁功率P*e(max)（2分）；(7)过载能力kp(3分)。若调节原动机的输入功率，使发电机有功功率为额定功率的1.1倍，励磁电流保持不变，试求：(8)功率角?(3分)；(9)电枢电流I*(3分)；(10)功率因数cos?(3分)；(11)无功功率Q*(3分)。 ?解：

E*0N???令U*=1?0o，则有I*=1??36.87o。 jIN*X*s?N(1) P*3UNINcos?N?N?3U?cos??N?0.8(2分)

?N0NU*NNINI?*N?(2)

??E*?***0N?UN?jINXs?1?j(0.72?j0.54)?0.8?1.61?23.39o （3分）

E*0N?1.61重庆大学试卷 同步电机 第 3 页 共 3 页

**另解：根据相量图几何关系

E0N?(U*Ncos?N)2?(U*Nsin?N?INX*s)

?(1?0.8)2?(1?0.6?1?0.8)2?1.61*(3) ??arctanUNsin?N?I*NX?s0NU*?arctan1?0.6?1?0.80.8?60.26o （3分） Ncos?N1?(4) ?N??0N??N?60.26o?36.87o?23.39o

（2分） **(5) P*NUNeN?E0X?sin?1.61?1N?sin23.39o?0.8

（3分）

s0.8另解：当R*=0时，P??P?aeNN?cos?N?0.8 ?*(6) 由P*eN?E*0NUNX?sin?知，当??90o时，P*E0NU*Ne(max)?X??2.01（2分）ss?(7) ke(max)p?PP??12.011Nsin????2.52

（3分）

N0.8sin23.39?(8) P*?1.1?P*N?0.88

由P*?P*E?*0Ue?X?sin??E*0NU*N?sin?知，sXssin??P*X?sE**?0.88?0.8?0.44

（3分）

0NUN1.61?1??sin?1(0.44)?26.1o ?(9) E*0?E*0N???1.61?26.1o

?由E*?*?0?UN?jI*X*s知

???E*I*?0?U*N1.61?26.1o?1ojX*??90o?1.05??32.19 （3分）

s0.8?(10) 由I*?1.05??32.19o，知??32.19o（滞后）

cos??0.85

（3分）

第（9）、（10）小问另解：

?E*0N?**??jIXs???U*I*N

由相量图几何关系：E*0Ncos??U*N?I*X*ssin?,且P*?U*NI*cos?，联

立求解得：tan??U*N(E*0Ncos??U*N)1?(1.61?cos26.1o?X*P*?1)0.8?0.88?0.63 s??32.21o（滞后）

I*?P*U*??0.88cos32.21o?1.04 Ncos(11) Q*?3UNI?sin?3U?I*?sin??1.05?0.53?0.56

（3分）

NIN

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