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：
闭卷 测验日期：2012.12.28 测验时间： 45 分钟
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 ．q aq d ad X X X X X >>>>σ； B ．σX X X X X q aq d ad >>>>； C ．σX X X X X ad d aq q >>>>； D ．σX X X X X aq q ad d >>>>。
6．判断同步发电机是过励磁运行状态的依据是 D 。
A ．0E •
超前于U •； B ．0E •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
ϕ=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X s 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）
学院 电气工程学院 专业、班 年级 学号 姓名
公平竞争、诚实守信、严肃考纪、拒绝作弊
封
线
密
1．简述同步发电机功率角δ、功率因数角ϕ、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B 0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0E •
相量和端电压U •相量之间的时间相位差（3分）；功率因数角ϕ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0ψ是激磁电势0E •
和负载电
流I •
之间的时间相位差（3分）；三者之间的关系0ψ为：0ψδϕ=+（3分）。
2．一台隐极同步发电机与无穷大电网并联运行，输出额定功率时调节励磁电流使发电机的cos ϕ=1，忽略定子电阻，相量图如右所示。
求：
（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P e 、P 2不变。
为了保持δsin 0s
e X U
E m
P =不变、ϕcos 2mUI P =不变，由于m 、X s 与U 不变，则E 0sin δ与ϕcos I 不变，
因此E 0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，E 0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E 0不变，因此E 0的终点轨迹应为一个圆（2分）。
增大有功功率输出时，由于m 、X s 、U 与E 0不变，由δsin 0s
e X U
E m P =和
ϕcos 2mUI P =可知，sin δ增大、ϕcos I 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）。
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 1.0 *N I =，*1N U =，0.8 N cos =ϕ(滞后)，0.8*s X =，0*a R =。
试求额定状态下：(1)发电机输出有功功率*N P （2分）；
(2)励磁电动势*0N E （3分）；(3)内功率因数角0N ψ（3分）；(4)功率角N δ（2
分）；(5)电磁功率*eN P （3分）；(6)最大电磁功率*(max)e P （2分）
；(7)过载能力k p (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δ(3分)；(9)电枢电流*I (3分)；(10)功率因数cos ϕ(3分)；(11)无功功率
*Q (3分)。
解：
令*o
10U =•
∠，则有*
o
136.87I =•
∠-。
(1) *
cos 0.8N N P ϕ===(2分)
(2)
*
*
*o 0*01(0.720.54)0.8 1.6123.391.61
*N N N s
N E U j I X j j E •
•
•
=+=+-⨯=∠= （3分）
s
X I •
另解：根据相量图几何关系
*0 1.61
N E ===
(3) **o 0*
sin 10.610.8
arctan arctan 60.26cos 10.8
N N N s N
N N U I X U ϕψϕ*+⨯+⨯===⨯ （3分） (4) o o o 060.2636.8723.39N N N δψϕ=-=-=
（2分） (5) *
*
*o 0 1.611
sin sin 23.390.80.8
N N eN N s E U P X δ*
⨯=
==
（3分）
另解：当0*
a
R =时，N cos 0.8eN
N
P P ϕ**=== (6) 由*
*
0sin N N eN
s E U P X δ**=知，当o 90δ=时，***0(max) 2.01N N e s
E U P X *
==（2分） (7) (max)
1 2.011
2.52sin 0.8sin 2
3.39e p N
N P k P δ**
=
=
===︒
（3分）
(8) **1.10.88N P P =⨯=
由***
*
*
00sin sin N N e s s E U E U P P X X δδ***
===知，
*
**
00.880.8sin 0.441.611
s
N N P X E U δ*
⨯=
==⨯
（3分）
1o sin (0.44)26.1δ-== (9) **o 00 1.6126.1N E E δ•
=∠=∠
由*
*
*
0*N s E U j I X •••=+知
**o *
o
o
1.6126.11 1.053
2.190.890
N *s E U I jX •
•
•
-∠-===∠-∠ （3分）
(10) 由*
o 1.0532.19I •=∠-，知o 32.19ϕ=（滞后）
0.85cos ϕ=
（3分）
第（9）、（10）小问另解：
*
I
由相量图几何关系：*******0cos sin ,cos N N s N E U I X P U I δϕϕ=+=且，联
立求解得：***o 0**
(cos )1(1.61cos 26.11)
tan 0.630.80.88
N N N s U E U X P δϕ-⨯⨯-===⨯ o 32.21ϕ=（滞后）
**
*o
0.88
1.04
cos cos32.21
N P I U ϕ=== (11) **sin 1.050.530.56Q I ϕ=
=⨯=⨯=
（3分）。
