同步电机的习题
（3）A相单相短路时
*3E03?1.0 I?*??2.264 **X??X??X01.0?0.225?0.1*A
21．为什么水轮发电机的转子上有阻尼绕组，而汽轮发电机的转子上不必安装阻尼绕组？
解：对于同步发电机来说，阻尼绕组有助抑制振荡。 汽轮发电机的转子是隐极结构的，转子铁心采用整块合金钢锻造而成。当电机发生 振荡时，铁心中感应的涡流较大，起到了抑制振荡的作用，所以可以不安装阻尼
绕组。
水轮发电机的转子是凸极结构的，转子磁极用1-2mm的钢片叠成。当电机发生 振荡时，铁心中感应的涡流较小，对振荡的抑制不明显，所以要安装阻尼绕组。
22．有一PN?25000，Y接法的汽轮发电机， kW,UN?10.5kV,cos??0.8（滞后）
X?2.13，电枢电阻可忽略不计，试求额定负载下发电机的励磁电动势E0和E0
与I的夹角。
解： 设I?1?0，则U?1?36.8，所以
E0?U?jIXs?1?36.8?j1?0?2.13?2.84?73.6 又，U???????*s?10.53?6.06(kV)，所以
E0?2.84?6.06?17.2(kV) 夹角为73.6度。
23．有一PN?72500，Y接法的水轮发电机， kW,UN?10.5kV,cos??0.8（滞后）
参数为Xd?1.0,Xq?0.554，试求额定负载下发电机的励磁电动势和功率角。
解：设I?1?0，则U?1?36.8，所以
Eq?U?jIXq?1?36.8?j1?0?0.554?1.40?55.2 功率角=55.2-36.8=18.4度
E0?Ucos18.4?IdXd?1?0.948?1?sin55.2?1?1.77
?????**同步电机的习题
励磁电动势为6.06?1.77?10.7(kV)
24．一台直流电动机拖动一台同步发电机并联在大电网上运行，适当减少直流电动机的励磁
电流，整个机组的转速是否能升高？为什么？此时发电机输出的有功功率有什么变 化？
解：机组的转速不能升高。适当减少直流电动机的励磁电流，电机确有加速的趋势，
但是由于同步发电机并联在大电网上，电机的功率角增加，作为制动性质的电磁转矩也增加了，因此转速最终稳定在原来的数值上。
由于功率角增加了，因此发电机输出的有功功率增加了。
25．某厂电力设备的平均有功负载为1200千瓦，功率因数为0.65（滞后）；今新添一台500
千瓦，功率因数为0.8（超前），效率95%的同步电动机。问当电动机满载时全厂的功 率因数是多少？
解：同步电动机添置前
P?1200kW,Q? 同步电动机添置后
1200?(1?0.652)?1402(kW) 0.65500500 P'?1200??1726(kW),Q'?1402?0.95?(1?0.82)?1007(kW)
0.950.8 现在全厂的功率因数为 cos??'17261726?100722?0.86
26．为何单相同步发电机通常都在转子上装阻尼作用较强的阻尼绕组？
解：单相同步发电机的电枢磁势是脉振磁势，把这个脉振磁势分解为正序旋转磁势和 负序旋转磁势。当转子上的阻尼作用较强时，阻尼绕组感应较强的去磁电流，大大
削弱了气隙中的负序旋转磁场，使电机的运行性能得到改善。
27．同步发电机三相突然短路时，在什么情况下某相的非周期电流最大？为什么？
解：当转子直轴运行到与某相相轴重合时，如果发生突然短路，则该相的非周期电流 最大。
同步发电机的短路周期电流的相位落后于励磁电动势相位90度，当转子直轴运行到
与某相相轴重合时，该相的励磁电动势瞬时值为0，则该相的短路周期电流瞬时值为最大值。由于电流不能突变，因此绕组中必然会产生一个方向相反的非周期电流
来抵消短路瞬时的周期电流。
同步电机的习题
28．有一台汽轮发电机，同步电抗为7.52Ω，电枢电阻忽略不计。单机运行时，空载相 电压为7520V。请根据下列情况分别求出相电流的大小：
（1） 每相负载为纯电阻7.52Ω； （2） 每相负载为纯电感7.52Ω； （3） 每相负载为纯电容15.04Ω。
解：电枢回路等效电路如图：
（1）I??E07520??707??45(A)
jXs?RL7.52?j7.52?? 即相电流为707A。 （2）I??E07520??500??90(A)
jXs?jXLj7.52?j7.52? 即相电流为500A。 （3）I??E07520??1000?90(A)
jXs?jXcj7.52?j15.04 即相电流为1000A。
29．试述同步电抗的物理意义，并分析下列情况对同步电抗的影响（要说明理由）： （1）电枢绕组匝数增加； （2）气隙增大；
（3）铁心饱和程度增加； （4）励磁绕组匝数增加。
解： 同步电抗的表达式：Xs?Ea。它表示当隐极同步电机电枢绕组相电流的 I有效值为1安培时， 电枢绕组旋转磁势在一相绕组中所产生的感应电动势 的有效值大小。
Xs??N
即同步电抗与电机的主磁路的磁导成正比，与电机的每相串联匝数的平方成
2同步电机的习题
正比。
（1） 由上述可得，当电枢绕组匝数增加，同步电抗增大。 （2） 气隙增大，则主磁路磁导减少，所以同步电抗减少。
（3） 铁心饱和程度增加，则主磁路磁导减少，所以同步电抗减少。 （4） 同步电抗与励磁绕组匝数无关，所以同步电抗不变。
30．填空
（1）一台同步电机与大电网并联运行发电，适当增大电机输入的机械功率，则 电机的功率角将______（减少，不变，增大）；增大电机的励磁电流（输入功率 保持不变），则电机的功率角将______（减少，不变，增大）。（答案：增大；减少） （2）一台同步发电机并联在大电网上运行。过励时电机输出______（感性，容性， 零）无功功率；欠励时电机输出______（感性，容性，零）无功功率；正常励磁 时电机输出______（感性，容性，零）无功功率。（答案：感性；容性；零） （3）一台同步发电机并联在大电网上运行，当电机过励时其直轴电枢反应______ （去磁，增磁，没有）。（答案：去磁）
（4）一台同步发电机单独带感性负载运行，则电机的直轴电枢反应______（去磁， 增磁，没有）。（答案：去磁）
（5）一台同步电机，电枢三相绕组串联后接单相电源，励磁绕组短接，转子以同步速
旋转 ，此时电枢绕组所呈现的电抗是______（正序电抗，负序电抗，零序电抗）。 （答案：零序电抗）
（6）一台同步电机并联在电网上运行，按照发电机惯例，电流相位滞后电压相位 90度，该电机的运行状态是______（发电机，电动机，补偿机）；励磁情况是 ______（过励，欠磁，正常励磁）。（答案：补偿机；过励）
31．有一无穷大电网，受电端的线电压为6kV，供电给一个线电流为1200A，功率因数
为0.80（滞后）的三相负载。今欲加装同步补偿机以把线路的功率因数提高到0.95 （滞后），问此时补偿机将输出多少滞后的无功电流？
解：加装前，线路上的有功电流和无功电流分别为：
?1?0.8?720(A) Ip?1200?0.8?960(A),Iq?1200 加装后，线路上的有功电流和无功电流分别为： Ip?960(A),Iq?''2960?1?0.952?315(A) 0.95 则补偿机输出的无功电流为
?Iq?Iq?Iq?720?315?405(A)
32．判断下面说法的对错，并说明理由：
（1）通过改善散热条件，可以适当提高同步发电机的发电能力。 解：说法正确。
同步发电机发电能力的提高，意味着电枢电流的增大，则电机的铜损耗增大，
电机的温升有上升的趋势。通过改善散热条件，可以在一定程度上遏止住电 机温度的上升，使电机在增大输出功率的同时能够长期安全运行。
'同步电机的习题
（2）汽轮发电机的转子铁心是由整块合金钢制成的，所以转子上无需安装阻尼绕组。 解：说法正确。
对于同步发电机来说，阻尼绕组的作用是当电机转速发生振荡时通过感应涡流
来抑制振荡。汽轮发电机的转子铁心是由整块合金钢制成的，当电机发生振荡
时会感应较强的涡流，产生较强的阻尼作用。因此，不需要再另外装设阻尼绕 组。
（3）感应电动机的功率因数总是滞后的，同步电动机的功率因数总是超前的。 解：前半句正确，后半句错误。
感应电动机由于需要从电源吸收滞后的无功功率来励磁，所以它的功率因数总
是滞后的；同步电动机由于转子侧采用直流电流励磁，因此定子边的功率因数是可以调节的。当同步电动机过励时，它的功率因数是超前的；当同步电动机欠励时，它的功率因数是滞后的。
（4）对于同步电动机，阻尼绕组可以帮助起动；对于同步发电机，阻尼绕组可以抑制振荡。 解：说法正确。
同步电动机的异步起动法就是利用阻尼绕组产生起动转矩的；对于同步发电机来
说，当电机转速发生振荡，阻尼绕组会产生异步转矩来抑制振荡。
33．画出隐极同步发电机带阻感型负载的相量图，并标出功率因数角?，内功率因数角
?0和功率角?。
解：图略。
34．画出凸极同步发电机带阻感型负载的相量图，并标出功率因数角?，内功率因数角
?0和功率角?。
解：图略。
35．为什么同步发电机的稳态短路电流并不大，而突然短路电流却很大？
解：同步发电机稳态短路时，励磁电动势主要靠同步电抗上的压降来平衡，而同步电机
的同步电抗很大，所以同步电机的稳态短路电流并不大。
同步发电机突然短路时，励磁电动势主要靠瞬态同步电抗（转子上没有阻尼绕组）或 超瞬态同步电抗（转子上有阻尼绕组）上的压降来平衡，而这两个电抗都很小，所以 同步发电机的突然短路电流很大。另外，同步发电机突然短路时，有的相的绕组中还
会产生非周期电流，当突然短路发生半个周期后，非周期电流和周期电流的方向变得相同而叠加，使电机的瞬时电流变得更大。
36．有一个大电网，受电端线电压为6kV，供电给一个线路电流1200A，功率因数0.8滞后
的三相负载。为提高线路的功率因数，现在负载附近加装同步补偿机，已知补偿机输出225A的无功电流，问线路的功率因数是多少？
解：加装前线路的电流
ip?1200?0.8?960(A),iq?1200?1?0.8?720(A)
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