2025年同步電機(jī)試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.現(xiàn)代大型同步發(fā)電機(jī)的定子繞組多采用分?jǐn)?shù)槽繞組，其主要目的是（）。A.減少繞組端部長度B.削弱諧波電動(dòng)勢C.提高繞組機(jī)械強(qiáng)度D.降低銅耗2.同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組若采用無刷勵(lì)磁方式，其旋轉(zhuǎn)整流器通常安裝在（）。A.定子機(jī)座內(nèi)B.轉(zhuǎn)子大齒表面C.轉(zhuǎn)軸延伸端D.端蓋內(nèi)側(cè)3.當(dāng)同步發(fā)電機(jī)帶感性負(fù)載且電樞電流滯后于端電壓時(shí)，電樞反應(yīng)的性質(zhì)為（）。A.交軸去磁B.直軸增磁C.直軸去磁兼交磁D.交軸增磁4.同步電機(jī)的短路比Kc與直軸同步電抗Xd的關(guān)系為（）。A.Kc=1/XdB.Kc=XdC.Kc=1/(Xd+Xq)D.Kc=Xd/Xq5.同步發(fā)電機(jī)與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，若僅調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入功率，將改變（）。A.輸出有功功率和功角B.輸出無功功率和端電壓C.勵(lì)磁電流和功率因數(shù)D.電樞電流和頻率6.凸極同步電機(jī)的交軸同步電抗Xq小于直軸同步電抗Xd，主要原因是（）。A.交軸磁路磁阻較大B.直軸繞組匝數(shù)更多C.交軸氣隙長度更小D.直軸電樞反應(yīng)更弱7.同步電動(dòng)機(jī)的“失步”現(xiàn)象通常發(fā)生在（）。A.負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于最大電磁轉(zhuǎn)矩B.電源頻率突然升高C.勵(lì)磁電流過大導(dǎo)致過激D.負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過最大電磁轉(zhuǎn)矩8.采用自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的同步發(fā)電機(jī)，其電壓調(diào)整率可降低至（）。A.5%~10%B.1%~3%C.15%~20%D.25%~30%9.同步調(diào)相機(jī)在電力系統(tǒng)中主要用于（）。A.提高線路有功傳輸能力B.補(bǔ)償無功功率改善電壓質(zhì)量C.調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性D.降低輸電線路電阻損耗10.同步電機(jī)的電樞繞組采用短距（節(jié)距y1<τ）后，其基波電動(dòng)勢與整距時(shí)相比（）。A.增大B.不變C.減小D.先增后減二、填空題（每題2分，共20分）1.同步電機(jī)的基本工作原理是基于________與________之間的電磁感應(yīng)作用，通過磁場同步旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。2.隱極同步發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢平衡方程為________（以發(fā)電機(jī)慣例表示）。3.同步電機(jī)的功角特性表達(dá)式為Pem=________（隱極機(jī)，忽略電樞電阻）。4.同步發(fā)電機(jī)的短路特性是一條________曲線，其斜率與________成正比。5.同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線描述了________與________之間的關(guān)系。6.凸極同步電機(jī)采用雙反應(yīng)理論分析時(shí)，需將電樞電流分解為________和________兩個(gè)分量。7.同步電機(jī)的效率特性曲線通常在________負(fù)載附近達(dá)到最大值，此時(shí)________損耗與________損耗相等。8.同步發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)cosφN表示在額定工況下，輸出有功功率與________的比值，一般汽輪發(fā)電機(jī)取0.85~0.9，水輪發(fā)電機(jī)取0.8左右。9.同步電機(jī)的失步保護(hù)通常通過檢測________或________的變化來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)超出整定值時(shí)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。10.現(xiàn)代同步電機(jī)的定子鐵芯多采用________mm厚的硅鋼片疊壓而成，表面涂有絕緣漆以減小________損耗。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述同步發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)的概念及其對氣隙磁場的影響。2.說明同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的條件及不符合條件時(shí)的危害。3.分析同步電動(dòng)機(jī)在欠勵(lì)和過勵(lì)狀態(tài)下的功率因數(shù)特性，并說明其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值。4.解釋同步電機(jī)“短路比”的物理意義，以及其對電機(jī)運(yùn)行性能的影響。5.對比隱極同步電機(jī)與凸極同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)差異，說明各自適用的場合。四、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.一臺(tái)隱極同步發(fā)電機(jī)，額定容量SN=100MVA，額定電壓UN=10.5kV（Y接），額定功率因數(shù)cosφN=0.8（滯后），直軸同步電抗Xd=1.2Ω（歸算至定子側(cè)）。不計(jì)電樞電阻，求：（1）額定電樞電流IN；（2）額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電動(dòng)勢Eq；（3）發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率ΔU%（設(shè)空載電動(dòng)勢Eq=UN時(shí)的端電壓為UN）。2.一臺(tái)凸極同步電動(dòng)機(jī)，額定電壓UN=6kV（Y接），額定電流IN=577A，額定功率因數(shù)cosφN=0.9（超前），直軸同步電抗Xd=6Ω，交軸同步電抗Xq=4Ω，電樞電阻Ra≈0。求：（1）額定運(yùn)行時(shí)的功角δ；（2）最大電磁功率Pem.max；（3）過載能力λ（最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩之比）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.C3.C4.A5.A6.A7.D8.B9.B10.C二、填空題1.定子旋轉(zhuǎn)磁場；轉(zhuǎn)子直流磁場2.Eq?=ū+I?(Ra+jXd)3.(mEqU)/(Xdω)sinδ（或簡化為(mEqU)/Xdsinδ，視公式形式）4.直線；勵(lì)磁電流（或轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁動(dòng)勢）5.電樞電流；勵(lì)磁電流（或I1=f(If)）6.直軸分量（Id）；交軸分量（Iq）7.75%~100%；可變；不變（或銅耗；鐵耗）8.視在功率（或額定容量）9.功角；轉(zhuǎn)速（或頻率偏差）10.0.35~0.5；渦流三、簡答題1.電樞反應(yīng)指同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞電流產(chǎn)生的磁場對主極磁場（氣隙磁場）的影響。其影響取決于電樞電流與端電壓的相位差（即負(fù)載性質(zhì)）：當(dāng)電樞電流滯后于端電壓（感性負(fù)載），電樞反應(yīng)包含直軸去磁分量和交軸分量；若超前（容性負(fù)載），則包含直軸增磁分量；純電阻負(fù)載時(shí)主要為交軸電樞反應(yīng)。最終導(dǎo)致氣隙磁場的大小和波形發(fā)生變化，影響發(fā)電機(jī)的端電壓和輸出特性。2.并聯(lián)條件：①發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓大小相等；②頻率相同；③相位一致；④相序相同。若電壓不等，并網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，損壞繞組；頻率不同會(huì)導(dǎo)致功率周期性振蕩，可能失步；相位不一致會(huì)引發(fā)巨大環(huán)流，燒毀設(shè)備；相序錯(cuò)誤將導(dǎo)致電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，損壞機(jī)械部件。3.欠勵(lì)時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收感性無功（功率因數(shù)滯后），過勵(lì)時(shí)發(fā)出容性無功（功率因數(shù)超前）。電力系統(tǒng)中，許多負(fù)載（如異步電機(jī)）呈感性，需消耗無功，過勵(lì)運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)可向系統(tǒng)提供容性無功，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低線路損耗，改善電壓質(zhì)量；欠勵(lì)狀態(tài)可用于吸收系統(tǒng)過剩的容性無功，維持電壓穩(wěn)定。4.短路比Kc是發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)的勵(lì)磁電流與短路額定電流時(shí)的勵(lì)磁電流之比（或Kc=1/Xd，標(biāo)幺值）。物理意義：反映電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定度和短路時(shí)的電流大小。Kc大則Xd小，靜態(tài)穩(wěn)定度高，短路電流大，電機(jī)體積和成本增加；Kc小則反之，適用于對穩(wěn)定度要求不高但需減小體積的場合（如大型汽輪發(fā)電機(jī)）。5.結(jié)構(gòu)差異：隱極電機(jī)轉(zhuǎn)子呈圓柱形，氣隙均勻，適用于高轉(zhuǎn)速（如汽輪發(fā)電機(jī)，3000r/min）；凸極電機(jī)轉(zhuǎn)子有明顯磁極，氣隙不均勻（極弧下氣隙小，極間氣隙大），適用于低轉(zhuǎn)速（如水輪發(fā)電機(jī)，50~500r/min）。應(yīng)用場合：隱極機(jī)多用于高速原動(dòng)機(jī)（汽輪機(jī)）驅(qū)動(dòng)的大型發(fā)電機(jī)；凸極機(jī)用于低速原動(dòng)機(jī)（水輪機(jī)、柴油機(jī)）驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)或需要調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。四、計(jì)算題1.（1）額定電樞電流IN=SN/(√3UN)=100×10?/(√3×10.5×103)≈5500A（2）額定運(yùn)行時(shí)，φ=arccos0.8=36.87°（滯后），電樞電流滯后端電壓。端電壓標(biāo)幺值U=1，電樞電流標(biāo)幺值I=1，同步電抗標(biāo)幺值Xd=Xd/(UN2/SN)=1.2×100×10?/(10.5×103)2≈1.09（或直接用有名值計(jì)算）。勵(lì)磁電動(dòng)勢Eq=√[(Ucosφ+IRa)2+(Usinφ+IXd)2]，因Ra≈0，故Eq=√[(Ucosφ)2+(Usinφ+IXd)2]。UN=10.5kV/√3≈6062V（相電壓），IN=5500A（線電流，相電流相同）。Eq=√[(6062×0.8)2+(6062×0.6+5500×1.2)2]=√[(4849.6)2+(3637.2+6600)2]=√[4849.62+10237.22]≈11340V（相值），線值約為19640V。（3）電壓調(diào)整率ΔU%=(Eq-UN)/UN×100%=(11340-6062)/6062×100%≈87%（注：若用標(biāo)幺值計(jì)算，Eq=√[(cosφ)2+(sinφ+Xd)2]=√[0.82+(0.6+1.09)2]≈1.87，ΔU%=(1.87-1)/1×100%=87%）。2.（1）相電壓U=6000/√3≈3464V，電樞電流I=577A（相電流）。cosφ=0.9（超前），故φ=25.84°（電流超前電壓）。功角δ=θ-φ，其中θ為內(nèi)功率因數(shù)角（電流與Eq的夾角）。直軸電流Id=Isin(δ+φ)，交軸電流Iq=Icos(δ+φ)（因超前，符號(hào)需調(diào)整）。電動(dòng)勢平衡方程：U=Eqcosδ-IdXd，Usinδ=IqXq。代入Iq=Icos(δ+φ)=I(cosδcosφ-sinδsinφ)，則Usinδ=I(cosδcosφ-sinδsinφ)Xq。整理得：Usinδ=IXqcosδcosφ-IXqsinδsinφUsinδ+IXqsinδsinφ=IXqcosδcosφsinδ(U+IXqsinφ)=cosδ(IXqcosφ)tanδ=(IXqcosφ)/(U+IXqsinφ)代入數(shù)據(jù)：I=577A，Xq=4Ω，cosφ=0.9，sinφ=√(1-0.92)=0.4359，U=3464V。分子=577×4×0.9=2077.2分母=3464+577×4×0.4359≈3464+1000=4464tanδ=2077.2/4464≈0.465，δ≈25°。（2）凸極機(jī)最大電磁功率Pem.max=(mU2)/(2)(1/Xq-1/Xd)+(mUEq)/(Xd)（當(dāng)Eq由勵(lì)磁決定時(shí)），但本題中電動(dòng)機(jī)，Eq=Ucosδ+IdXd，而Id=Isin(δ+φ)=577×sin(25°+25.84°)=577×sin50.84°≈443A，故Eq=3464×cos25°+443×6≈3464×0.9063+2658≈3140+2658=5798V（相值）。Pem.max=(mUEq)/Xd+(mU2/2)(1/X