2025年同步電機測試題和答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.關(guān)于同步電機的分類，以下描述錯誤的是（）A.按結(jié)構(gòu)分為凸極式和隱極式B.按原動機分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和同步電動機C.隱極式電機適用于高轉(zhuǎn)速場合，因轉(zhuǎn)子機械強度更高D.凸極式電機的交軸同步電抗大于直軸同步電抗答案：D（凸極式電機交軸磁路磁阻大，故交軸同步電抗小于直軸同步電抗）2.同步發(fā)電機正常運行時，若勵磁電流突然消失，電機將（）A.立即停機B.進入異步發(fā)電機狀態(tài)C.保持同步轉(zhuǎn)速但輸出無功為零D.轉(zhuǎn)速上升并失步答案：D（勵磁消失后，電磁轉(zhuǎn)矩消失，原動機拖動轉(zhuǎn)子加速，與氣隙磁場失步）3.同步電機功角特性曲線中，電磁功率的最大值與（）無關(guān)A.空載電動勢B.端電壓C.直軸同步電抗D.交軸同步電抗答案：D（隱極電機最大功率僅與直軸電抗有關(guān)，凸極電機需考慮交直軸電抗差異，但題目未明確類型時默認隱極）4.同步電動機失步的根本原因是（）A.負載轉(zhuǎn)矩超過最大電磁轉(zhuǎn)矩B.電源頻率波動C.勵磁電流過大D.電樞繞組短路答案：A（當負載轉(zhuǎn)矩超過功角特性的最大值時，無法維持同步）5.同步發(fā)電機帶感性負載時，電樞反應(yīng)的主要作用是（）A.去磁B.增磁C.交磁D.無影響答案：A（感性負載電流滯后，電樞反應(yīng)磁動勢與主磁場反向，表現(xiàn)為去磁）6.同步電機的異步啟動過程中，阻尼繞組的作用是（）A.產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩B.產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩C.抑制轉(zhuǎn)速波動D.提高功率因數(shù)答案：B（啟動時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步速，阻尼繞組感應(yīng)電流與氣隙磁場作用產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩）7.同步發(fā)電機的V形曲線中，最低點對應(yīng)的運行狀態(tài)是（）A.過勵B.欠勵C.正常勵磁（功率因數(shù)為1）D.進相運行答案：C（正常勵磁時電樞電流最小，對應(yīng)V形曲線最低點）8.同步電機阻尼繞組通常采用（）材料A.硅鋼片B.銅條或鑄鋁C.絕緣導(dǎo)線D.永磁體答案：B（需低電阻以增大感應(yīng)電流，常用銅或鑄鋁）9.同步發(fā)電機進相運行時，其功率因數(shù)為（）A.滯后B.超前C.1D.0答案：B（進相運行時發(fā)電機向系統(tǒng)吸收無功，功率因數(shù)超前）10.測量同步發(fā)電機交軸同步電抗的常用方法是（）A.空載特性和短路特性B.零功率因數(shù)負載特性C.轉(zhuǎn)差法D.穩(wěn)態(tài)短路試驗答案：C（轉(zhuǎn)差法通過轉(zhuǎn)子低速旋轉(zhuǎn)，電樞加低壓交流電源，測量交直軸電抗）11.同步電動機的額定功率是指（）A.輸入的電功率B.輸出的機械功率C.電樞繞組的銅損D.勵磁功率答案：B（電動機額定功率為軸端輸出的機械功率）12.同步發(fā)電機穩(wěn)態(tài)短路時，短路電流的大小主要取決于（）A.勵磁電流B.直軸同步電抗C.電樞電阻D.負載性質(zhì)答案：B（穩(wěn)態(tài)短路時電樞反應(yīng)為純?nèi)ゴ?，短路電流I_k≈E_0/X_d，與X_d成反比）13.凸極同步電機的電磁功率由兩部分組成，分別是（）A.勵磁功率和電樞功率B.基本電磁功率和附加電磁功率（磁阻功率）C.有功功率和無功功率D.銅損和鐵損答案：B（凸極電機因交直軸磁阻不同，存在磁阻轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的附加電磁功率）14.同步發(fā)電機與大電網(wǎng)并列時，若電壓幅值不等，并列瞬間會產(chǎn)生（）A.有功沖擊電流B.無功沖擊電流C.直流電流D.高頻振蕩電流答案：B（電壓幅值不等時，并列瞬間通過電樞繞組交換無功，產(chǎn)生無功沖擊）15.同步電機的效率特性曲線中，最高效率通常出現(xiàn)在（）A.空載時B.額定負載附近C.過載50%時D.輕載時答案：B（電機損耗中可變損耗與負載平方成正比，不變損耗固定，額定負載附近總損耗最小）二、填空題（每空1分，共30分）1.同步電機的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率的關(guān)系為n=______（n單位r/min，f單位Hz，p為極對數(shù)）。答案：60f/p2.同步發(fā)電機空載運行時，電樞繞組感應(yīng)電動勢的大小由______和______決定。答案：勵磁電流；主磁極磁通3.同步電機電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于______與______的相位差。答案：電樞電流；空載電動勢4.同步電機的功角δ是指______與______之間的夾角。答案：主磁極軸線；氣隙合成磁場軸線5.同步發(fā)電機的短路比K_c定義為______，其值越大，電機的過載能力越______。答案：空載額定電壓對應(yīng)的勵磁電流與短路額定電流對應(yīng)的勵磁電流之比；強6.同步電動機的V形曲線橫坐標為______，縱坐標為______。答案：勵磁電流；電樞電流7.同步電機阻尼繞組的主要作用是______和______。答案：異步啟動；抑制轉(zhuǎn)速振蕩8.同步發(fā)電機進相運行時，定子端部漏磁增強，可能導(dǎo)致______和______過熱。答案：定子鐵心；金屬部件9.測量隱極同步發(fā)電機直軸同步電抗的方法是______，測量結(jié)果為______（飽和值/不飽和值）。答案：空載特性和短路特性；不飽和值（因短路時電樞反應(yīng)去磁，主磁通小，磁路不飽和）10.同步電動機異步啟動時，需在勵磁繞組中串接______電阻，防止______。答案：約10倍；感應(yīng)過電壓11.同步發(fā)電機的自同期并列是指______，其優(yōu)點是______。答案：轉(zhuǎn)子未加勵磁時先并入電網(wǎng)，再逐步加勵磁牽入同步；并列速度快12.凸極同步電機的直軸同步電抗X_d______（大于/小于）交軸同步電抗X_q，原因是______。答案：大于；直軸磁路磁阻?。ㄖ鞔艠O下磁路飽和，實際X_d可能略小于理論值，但常規(guī)認為X_d>X_q）13.同步電機的效率η=______，提高效率的主要措施是______。答案：輸出功率/輸入功率×100%；降低損耗（如采用高導(dǎo)磁材料、優(yōu)化繞組設(shè)計）三、簡答題（每題5分，共50分）1.簡述同步電機“同步”的含義及其實現(xiàn)條件。答案：“同步”指電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速嚴格相等（n=n_s=60f/p）。實現(xiàn)條件：①定子繞組通入對稱三相電流產(chǎn)生同步速旋轉(zhuǎn)磁場；②轉(zhuǎn)子勵磁繞組通入直流電流產(chǎn)生恒定磁場；③轉(zhuǎn)子初始轉(zhuǎn)速接近同步速，通過電磁轉(zhuǎn)矩牽入同步。2.比較凸極同步電機與隱極同步電機的參數(shù)差異及應(yīng)用場景。答案：參數(shù)差異：凸極電機X_d>X_q（直軸磁阻?。?，隱極電機X_d≈X_q（轉(zhuǎn)子圓柱形，磁路對稱）。應(yīng)用場景：凸極電機適用于低轉(zhuǎn)速（如水輪發(fā)電機、同步電動機），因轉(zhuǎn)子直徑大、極數(shù)多；隱極電機適用于高轉(zhuǎn)速（如汽輪發(fā)電機），因轉(zhuǎn)子機械強度高。3.說明同步電機功角δ的雙重物理意義。答案：①空間角度：主磁極軸線與氣隙合成磁場軸線的夾角；②時間角度：空載電動勢E?與端電壓U的相位差。δ的大小直接決定電磁功率的大?。≒=(mE?U)/(X_d)sinδ+(mU2/2)(1/X_q-1/X_d)sin2δ），是同步電機穩(wěn)定運行的關(guān)鍵參數(shù)。4.分析同步電動機失步的主要原因及預(yù)防措施。答案：原因：①負載轉(zhuǎn)矩超過最大電磁轉(zhuǎn)矩（功角δ>90°）；②勵磁電流過?。‥?降低，最大電磁轉(zhuǎn)矩減小）；③電網(wǎng)電壓或頻率大幅波動。預(yù)防措施：①限制負載突增；②確保勵磁系統(tǒng)可靠，避免欠勵；③加裝失步保護裝置；④設(shè)計時提高短路比以增大過載能力。5.電樞反應(yīng)對同步電機氣隙磁場有何影響？舉例說明不同負載性質(zhì)下的表現(xiàn)。答案：電樞反應(yīng)指電樞電流產(chǎn)生的磁場對主磁場的影響，其效果由電樞電流與E?的相位差決定：①純電阻負載（I與E?同相）：交磁作用，氣隙磁場畸變；②感性負載（I滯后E?）：去磁+交磁，氣隙磁場減弱；③容性負載（I超前E?）：增磁+交磁，氣隙磁場增強。6.簡述同步發(fā)電機V形曲線的特點及工程應(yīng)用。答案：特點：①以勵磁電流I_f為橫坐標，電樞電流I為縱坐標；②每條曲線對應(yīng)固定有功功率P；③最低點對應(yīng)功率因數(shù)cosφ=1（正常勵磁），左側(cè)為欠勵（超前cosφ），右側(cè)為過勵（滯后cosφ）；④隨P增大，曲線右移且最低點上移。應(yīng)用：指導(dǎo)發(fā)電機無功調(diào)節(jié)，避免欠勵失步或過勵過電流。7.阻尼繞組在同步電機異步啟動和抑制振蕩中的作用有何不同？答案：異步啟動時：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步速，阻尼繞組感應(yīng)電流與氣隙磁場作用產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩（類似感應(yīng)電機），拖動轉(zhuǎn)子加速至接近同步速。抑制振蕩時：當轉(zhuǎn)子因擾動偏離同步速（如δ波動），阻尼繞組感應(yīng)電流產(chǎn)生阻尼轉(zhuǎn)矩（與轉(zhuǎn)速偏差反向），抑制振蕩，幫助恢復(fù)同步。8.同步發(fā)電機進相運行的主要限制因素有哪些？答案：①定子端部溫升：進相時定子漏磁增大，端部鐵心和金屬部件渦流損耗增加；②靜態(tài)穩(wěn)定性：欠勵導(dǎo)致E?降低，最大電磁轉(zhuǎn)矩減小，易失步；③廠用電電壓：進相運行吸收無功，可能引起廠用母線電壓下降；④勵磁系統(tǒng)限制：勵磁電流不能低于最小允許值（防止失磁）。9.短路比K_c對同步電機性能有何影響？答案：K_c=I_f0/I_fk（I_f0為空載額定電壓勵磁電流，I_fk為短路額定電流勵磁電流）。K_c大：①電機過載能力強（X_d小，最大電磁轉(zhuǎn)矩大）；②電壓調(diào)整率?。ㄘ撦d變化時端電壓波動?。?；③但電機尺寸大、成本高（勵磁繞組匝數(shù)多，磁極截面積大）。K_c小則反之。10.簡述同步電動機的異步啟動過程及關(guān)鍵步驟。答案：步驟：①勵磁繞組串接10倍左右電阻（防止感應(yīng)過電壓）；②定子繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，阻尼繞組感應(yīng)電流產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子加速至95%~97%同步速；③當轉(zhuǎn)速接近同步速時，切除勵磁繞組串接電阻，通入直流勵磁，利用同步轉(zhuǎn)矩（包括基本電磁轉(zhuǎn)矩和磁阻轉(zhuǎn)矩）將轉(zhuǎn)子牽入同步；④最后調(diào)整勵磁電流，使電機運行于所需功率因數(shù)。四、計算題（共40分）1.一臺隱極同步發(fā)電機，額定容量S_N=1000kVA，額定電壓U_N=400V（Y接法），直軸同步電抗X_d=0.1Ω（不飽和值），額定功率因數(shù)cosφ_N=0.8（滯后）。求：（1）額定電流I_N；（2）額定運行時空載電動勢E?（忽略電樞電阻）。（10分）解：（1）額定電流I_N=S_N/(√3U_N)=1000×103/(√3×400)≈1443.4A（2）額定運行時，φ=arccos0.8=36.87°（滯后），電樞電流滯后端電壓36.87°。端電壓相量U=U_N/√3∠0°=400/√3∠0°≈230.94∠0°V電樞電流相量I=I_N∠-36.87°≈1443.4∠-36.87°A（因滯后，角度為負）隱極電機電動勢方程：E?=U+jIX_djIX_d=j×1443.4×0.1∠-36.87°=144.34∠90°-36.87°=144.34∠53.13°V計算實部和虛部：144.34×cos53.13°≈86.6V（實部）144.34×sin53.13°≈115.47V（虛部）U的實部230.94V，虛部0V，故E?的實部=230.94+86.6=317.54V，虛部=0+115.47=115.47VE?=√(317.542+115.472)≈338.5V（線電動勢為√3×338.5≈586.5V）答案：（1）1443.4A；（2）相電動勢約338.5V（線電動勢約586.5V）2.一臺凸極同步發(fā)電機，X_d=1.2Ω，X_q=0.8Ω，端電壓U=220V（相），勵磁電動勢E?=300V，有功功率P=150kW（三相）。求功角δ（忽略電樞電阻）。（10分）解：三相有功功率P=3×(E?U/X_dsinδ+U2/2×(1/X_q-1/X_d)sin2δ)代入數(shù)據(jù)：150×103=3×[(300×220)/1.2sinδ+(2202/2)×(1/0.8-1/1.2)sin2δ]化簡右側(cè)：3×[(66000/1.2)sinδ+(48400/2)×(0.25)sin2δ]=3×[55000sinδ+6050sin2δ]等式變?yōu)椋?50000=165000sinδ+18150sin2δ令sin2δ=2sinδcosδ，設(shè)x=sinδ，y=cosδ（x2+y2=1），則：150000=165000x+18150×2xy=165000x+36300xy代入y=√(1-x2)，試算x≈0.6（δ≈36.87°）：右側(cè)=165000×0.6+36300×0.6×0.8=99000+17424=116424<150000x≈0.8（δ≈53.13°）：右側(cè)=165000×0.8+36300×0.8×0.6=132000+17424=149424≈150000故δ≈53.13°答案：δ≈53.13°3.一臺同步電動機，額定電壓U_N=380V（Y接法），額定電流I_N=20A，額定功率因數(shù)cosφ_N=0.9（超前），同步電抗X_s=10Ω（隱極）。求額定運行時的勵磁電動勢E?（忽略電樞電阻）。（10分）解：相電壓U=380/√3≈220V，電流I=20A，φ=arccos0.9≈25.84°（超前，故電流相量角度為+25.84°）電動勢方程：E?=U-jIX_s（電動機慣例，電流滯后電動