同步电机章节作业：
1. 有一台TS854-210-40的水轮发电机，PN=100兆瓦，UN=13。8千伏，cos?N?0.9，fN=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？
（1）额定电流4648.6A
（2）有功功率PN?100MW
无功功率48.4MVar （3）转速 150rpm
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；
**x?0.8x2） 电容负载c，发电机同步电抗t?1.0；
3） 电感负载xL?0.7
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。
①电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应； ②电枢反应为直轴去磁电枢反应； ③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。X d和X q的大小与哪些因素有关？
答：直轴（交轴）同步电抗是表征对称稳态运行时直轴（交轴）电枢反应基波磁场和漏磁场综合效应的电磁参数。与气隙大小、电源频率、绕组匝数、铁心几何尺寸、材质及磁路的饱和程度有关。
4. 有一台70000kVA、60000kW、13.8kV(Y接)的三相水轮发电机，交、直轴同步电抗的标幺值分别为Xd*?1.0,Xq*?0.7，试求额定负载时发电机的激磁电动势E0*（不计磁饱和与定子电阻）(1.732)
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 5.同步发电机短路特性曲线为什么是直线？当
*Ik?IN时，这时的激磁电流已处于空载特性
曲线的饱和段，为什么此时求得的d却是不饱和值，而在正常负载下却是饱和值？
答：因xσ很小，故气隙电动势很小，用来感应气隙电动势的气隙磁通很小，所以短路时，电机磁路不饱和，E0∝If，而E0∝Ik，因此Ik∝If，所以短路特性是一条过原点的直线。 尽管当Ik=IN 时励磁电流已于空载特性的饱和段，但其E0取之于空载特性曲线的气隙线，而且短路时电机磁路又处于不饱和状态，所以求得的xd为不饱和值。在正常负载下，电机磁路处于饱和状态，所以xd为饱和值。
6.同步发电机的功角在时间和空间上各有什么含义？
xU之间的相位角为功角δ。 答： 时间相位角：发电机空载电动势E0与端电压.空间相位角：δ是感应空载电动势主磁通
..?0的主磁极轴线和产生端电压的定子等效假想合
.?成磁通（忽略电阻下，主磁场、电枢反应磁场和漏磁场的合成）u的磁极轴线之间的夹角。 7有一台Xd*?0.8,Xq*?0.5三相水轮发电机与电网并联运行，已知发电机的端电压和负
载为U*?1.0,I*?1.0，cos??0.8（滞后），试求发电机的激磁电动势E0*、?N和
P*emax（不计定子电阻）(1.603；72.257；2.126)
8有一台同步电动机在额定电压、额定频率和额定负载下（功率因数超前）运行时，功率角
?N=25°，现因电网故障，电网频率下降5%，负载转矩不变，问功率角如何变化（设励磁
不变，电枢电阻、凸极与饱和效应忽略）（变为23.67°）
9某工厂电力设备的总功率为4500kW，cos??0.7（滞后）。由于生产发展，想添置一台
1000kW的同步电动机，并使得工厂的总功率因数提高到0.8（滞后），问此电动机的容量及其功率因数为多少？（电动机的损耗忽略不计）（1103.2kVA；0.9064超前） %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 感应电机章节作业
1 试述“同步”和“异步”的含义？何谓异步电动机的转差率？如何根据转差率的不同来
区别各种不同运行状态？
?N?0.8，nN?14502. 一台三相异步电动机，PN=4.5千瓦，380/220伏，cos?N?0.8，
转/分，试求：
（1） 接成Y形或Δ形时的定子额定电流；（10.68A；18.45A）
（2） 同步转速n1及定子磁极对数P；（1500rpm, 2）
（3） 带额定负载时转差率sN；(0.0333)
3. 当异步电动机1450rpm接入50HZ电网运行时，定子电动势的频率是多少？转子电动势的频率为多少？由定子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切定子，又以什么速度截切转子？由转子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切转子，又以什么速度截切定子？，它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？
答： f1；f2=s f1 ；以n1的速度截切定子，又以n1-n的速度截切转子。以n2?sn1的速度截切转子，又以n2?n?n1的速度截切定子，它与定子旋转磁动势的相对速度为
(n2?n)?n1?0 。
1?s'r24. 异步电动机等效电路中的附加电阻s的物理意义是什么？能否用电感或电容来代
替，为什么？ 答：异步电动机等效电路中的附加电阻实为代表机械负载（严格地说还包括机械损耗等） 的一个虚拟电阻，用转子电流在该电阻所消耗的功率轴上输出的机械功率和机械损耗等）.
因输出的机械功率及机械损耗等均属有功性质，因此，从电路角度来模拟的话，只能用有功元件电阻，而不能用无功元件电感或电容来等效代替。
5 为什么说异步电动机的功率因数总是滞后的，而变压器呢？
答： 异步电动机定，转子间的电磁关系尤如变压器，定子电流I1也由空载电流I0和负载分量电流I1L两部分组成：
1） 维持气隙主磁通和漏磁通，需从电网吸取一定的滞后无功电流（即为I0）； 2） 负载分量电流取决于转子电路；
由等效电路可知，电动机轴上输出的机械功率（还包括机械损耗等）只能用转子电流流
.'2I21?s'r2s来等效代替总机械功率（包括
。.
1?s'r2过虚拟的附加电阻s所消耗的功率来等效代替（因输出的机械功率是有功的，故只能
用有功元件电阻来等效代替）。再加上转子绕组的漏阻抗，故转子电流只可能是滞后无功电流，则与转子平衡的定子负载分量也只能是滞后的无功电流，因此异步电动机的功率因数总是滞后的。
变压器却不一定。与异步电动机相同的一点是其空载电流总是滞后无功电流，而变压器所带的电气负载有阻、感、容性的(而异步电动机在电路中模拟机械负载的只能是阻性的有功元件)，当其负载容抗若大于变压器的感抗时，其功率因数就会超前。
6．一台六极异步电动机，额定功率PN=28千瓦，UN=380伏，f1=50Hz，nN=950转/分，额定负载时，cos?1?0.88，pcu1+pFe=2.2千瓦，pmec=1.1千瓦，pad=0，计算在额定时的sN、pcu2、ηN、I1和f2 。(0.05；1.532kW；85.3%；56.68A；2.5Hz)
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
7. 异步电动机带额定负载运行时，且负载转矩不变，若电源电压下降过多，对电动机的Tmax、Tst、Φ1、I1、I2、s及η有何影响，为什么？
答： Tmax减小；Tst减小：φ0减小： S增大，η降低，I1、I2增大
8. 一台50Hz、380V的感应电动机，若运行于60Hz、380V的电源上，当输出转矩不变时，下列各量是增大还是减小？请解释原因（1）激磁电抗、激磁电流、定子功率因数；（2）转速、同步转速；（3）sm和最大转矩；（4）起动电流和起动转矩；（5）效率。 答：（1）激磁电流也变为原来的5/6，负载下定子功率因数会升高。由于频率增大及磁路饱和程度降低，激磁电抗增大。
（2）由于频率增大，同步转速成比例增大，电机转速也增加。 （3）频率增加时sm减小；最大转矩减小。
（4）频率增加使定、转子漏抗增大，所以起动电流和起动转矩均减小。 （5）效率增加。
9.有一台三相4极（2p=4）?联结的绕线式异步电动机，f1=50Hz，PN=150kW，
UN=380V。额定负载时测得转子铜损耗pcu2=2210W，机械损耗p?=2640W，杂散损耗
''
p?=1000W。已知电机参数为R1=R2=0.012?，X1=X2=0.06?，忽略励磁电流，求：
（1） 额定运行时的电磁功率Pe，转差率sN，以及额定转子转速nN。（155850W；
0.01418,1478rpm）
（2） 当电磁转矩不变时，在转子每相绕组回路中串入电阻Rs=0.1?（已折合到定子侧）后的转差率s。0.1306
10.普通鼠笼异步电动机在额定电压下起动，为什么起动电流很大，而起动转矩却不大？
'1?s'r2?0答：起动初瞬，n=0，s=1，附加电阻s，相当于短路运行状态，此时起动电
Ist?流：
U1'2(r1?r2')2?(x1?x2)?
由于定，转子绕阻的漏阻抗即很小，故起动电流很大。
U1Zk'T?C?I?2 T02cos（2） em?2?arctan其一：功率因数角
x2r2大，功率因数cosψ2就很低，其二，由于起动电流大，E14.44f1N1Kw1小，基于此两原因，所以异步电动机起动转
?0?定子绕组漏阻抗压增大，
矩就不大。
11 绕线式异步电动机在转子回路中串电阻起动时，为什么既能降低起动电流，又能增大起动转矩？
答：绕线式异步电动机在转子回路串电阻增加了转子回路阻抗，由式
Ist?U1'2(r1?r2'?r2'st)2?(x1?x2)
可见，起动电流随所串电阻r2st’增大而减小，转子回路串电阻同时，还减小转子回路阻
?2?arctan抗角
有功分量，从而增大了起动转矩。
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 直流电机章节作业
1. 一台Z2型直流发电机，额定功率为PN=145千瓦，额定电压UN=230伏，额定转速nN=1450转/分，求该发电机的额定电流？
x2r2?r2st，从而提高转子回路功率因数cosψ2，其结果增大了转子电流的
PN145?103IN???630.4AU230N解：额定电流
2. 把一以他励发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（激磁电阻保持不变）？若是一
台并激发电机，则电压升高得多还是少（激磁电阻保持不变）？ 答：
U0?Ea?Ce?n If?UfRf?C , 即?=C，
① 他励发电机：
'''U?E?C?n?Ce?(1.2n)?1.2Ce?n?1.2U0，空载电压增加1.2倍。 ae故 0If?②并励发电机：若?=C情况同上，空载电压Uo增加1.2倍，但由于Uo增加的同时，
也相应加，从而导致?也增大。所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发电机大。 3. 何谓直流电机的电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？公式
U0Rf和
Ea?Ce?nTem?CT?Ia中的?应是什么磁通？
答：直流电机在空载运行时,气隙磁场仅有励磁磁动势产生,而负载运作时,气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的,显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应.
电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强. 公式中的?为每个极面下的气隙磁通,它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的.
4. 一台四极82kW，230V、970rpm的他励直流发电机，如果负载时每极的合成磁通量恰好等于空载额定转速下产生额定电压时每极磁通量，请计算电机输出额定电流时的电磁转矩。
解：807.7Nm 5.一台并励直流发电机，
PN?35kW,UN?115V,nN?1450r/min，电枢回路电阻
Ra?0.0243?，一对电刷压降2?Ub?2V，励磁回路电阻Rf?20.1?，求额定时的电
磁功率和电磁转矩？（38605.23W；254.2NM）
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6 试解释他激和并激发电机的外特性为什么是一条下倾的曲线？ 答： 讨论他励和并励发电机
aaa
他励发电机：稍下倾曲线（端电压U随负载电流I增大稍有下降），原因有：
U?E?IR①负载增大，电枢反应去磁效应增强，气隙磁通减小，使电枢电动势
Ea减小。
②负载增加，电枢绕组电阻压降aa增大。
并励发电机：原因是：除①、②两原因与他励发电机相同外，由①、②原因引起U减小，致使f减小（他励发电机f不变），磁通?减小，a进一步减小，致使端电压下降幅度较大。
7并激直流发电机正转能自激，反转能否自激？为什么？如果反接励磁绕组，电机并以额定转速反转，这种情况能否自激建压？ 答：不能自激，能自激建压
8并激直流电动机的起动电流取决于什么？正常工作时的电枢电流又决定于什么？ 答：起动时：起动电流大小取决于外加电压和电枢回路电阻。
正常工作时，由于反电动势Ea的作用，电枢电流大小却取决于负载转矩的大小。 9 一台并励直流电动机，
IRIIEPN?17kW,UN?220V,nN?3000r/min,IN?88.9A，R?0.114?，
电枢回路总电阻a励磁回路电阻f，忽略电枢反应的影响，求： （1）电动机的额定输出转矩？54.1Nm （2）额定负载时的电磁转矩；58.63Nm （3）额定负载时的效率；0.869
（4）在理想空载时（Ia?0）的转速；3143rpm
（5）当电枢回路中串入一电阻R=0.15Ω时，在额定转矩下的转速。2812rpm
10. 一台17kW、220V的串励直流电动机，串励绕组电阻为0.12欧，电枢总电阻为0.2欧，在额定电压下运行时，电枢电流65A，转速为670rpm。试确定因负载增大而使得电枢电流增大到75A时，电动机的转速和电磁转矩（假设磁路线性） 解：571.3rpm；245.82Nm
R?181.5?