重庆大学 电机学（1） 课堂测验五2011~2012学年 第一学期考试方式：闭卷 测验日期：2011.12.30 测验时间： 45 分钟一、 单项选择题（每小题2分，共20分）1．凸极同步发电机的电抗大小排列顺序为 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 >>>>。

2．当同步发电机的负载减少时，其转速和功率角的变化情况是 C 。

A ．转速不变，功率角增加； B ．转速下降，功率角下降； C ．转速不变，功率角下降； D ．转速增加，功率角增加。

3．三相同步发电机稳定运行，外接纯电阻性负载，则该电机的电枢反应性质为 D 。

A ．交轴电枢反应；B ．直轴去磁电枢反应；C ．直轴增磁与交轴电枢反应；D ．直轴去磁与交轴电枢反应。

4．保持同步发电机的激磁电流不变，增加其有功功率的输出，则激磁电动势将 B 。

A ．变大；B ．不变；C ．变小；D ．无法确定。

5．凸极同步发电机带感性负载运行，电枢绕组感应的电动势由 D 产生。

A ．转子主极磁动势和直轴电枢磁动势共同； B ．转子主极磁动势和交轴电枢磁动势共同； C ．交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同；D ．转子主极磁动势、交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同。

6．一台并联于无穷大电网的同步发电机，保持有功功率不变，减小励磁电流，发现其电枢电流减小，则发动机原来的运行状态为 A 。

A ．过励； B ．正常励磁； C ．欠励； D ．无法确定。

7．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。

8．已知一台隐极同步发电机额定运行时的功率因数为0.8(滞后)，定子电流直轴分量与交轴分量之比为2.8，则该发电机的过载能力最接近于 C 。

A ．1.6； B ．1.7； C ．1.8； D ．1.9。

9．一台同步发电机在额定负载时增加励磁电流，则 A 。

A ．电磁功率不变，功率角下降；B ．电磁功率下降，功率角下降；C ．电磁功率增加，功率角增加；D ．电磁功率不变，功率角增加。

10．同步电动机带某一负载运行时功率因数为1，在不改变励磁电流的情况下撤去负载，则此时该电机的电枢电流为 B 。

A ．0；B ．容性电流；C ．感性电流；D ．纯有功电流。

二、 填空题（每空1分，共20分）1．同步发电机并网的条件是：(1) 发电机的相序与电网的相序要一致 ；(2) 发电机的频率应与电网相同 ；(3) 发电机的激磁电动势应与电网电压大小相等、相位相同、波形相同 。

2．同步发电机在过励时向电网发出 滞后 无功功率，产生 直轴去磁 电枢反应；同步电动机在过励时从电网吸收 超前 无功功率，产生直轴增磁电枢反应。

(超前或滞后；直轴去磁或增磁)3．同步电机功率角的物理意义在时间上为 励磁电动势与电压夹角 ；在空间上为 主极轴线与气隙合成磁场轴线夹角 。

4．在不考虑磁路饱和的情况下，如增加转速，则同步发电机空载电压 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%，则同步发电机的空载电压 不变 。

(减小、不变或增加) 5．一台同步电动机拖动一恒转矩负载，额定运行时的功率因数为0.8(超前)，在其他条件不变的情况下增大励磁电流，则带来以下变化：电机的电枢电流 增大 ，电磁转矩 不变 ，激磁电动势 增大 ，功率因数 减小 。

(减小、不变或增加)6．某公司电力设备的总功率为6000kW ，cos φ=0.75(滞后)。

由于发展需要增添一台1500kW 的同步电动机，并使系统的功率因数提高到0.8(滞后)，则该同步电动机 吸收 (吸收或发出)的无功功率为 333.5 kVar ；功率因数为 0.9798 ；容量为 1531 kV A 。

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、拒绝作弊封线密三、 简答题（共24分）1．试述直轴同步电抗和交轴同步电抗的意义。

（8分）答：在凸极同步电机中，由于气隙不均匀为了计算方便，将电枢磁动势a F 分解为ad F 和aq F ，分别除以直轴磁阻和交轴磁阻，可得到ad Φ和aq Φ，它们分别在定子绕组感应电动势ad E 和aq E ，写成电抗压降形式，即ad d ad X I j E &&-= ， aqq aq X I j E &&-= 和分别称为直轴电枢反应电抗和交轴电枢反应电抗，它们分别反映出上述直轴和交轴电枢反应磁通的强弱。

直轴同步电抗为 σX X X ad d += 交轴同步电抗为 σX X X ad d +=d X 和q X 表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为A 1时，三相总磁场在电枢绕组中每相感应的电动势。

2．并联于无穷大电网的汽轮发电机，忽略定子电阻，在正常励磁时得到的相量图如下所示。

(1)保持有功功率不变，试画出发动机在欠励情况下的相量图；(2)保持励磁电流不变，试画出增加有功功率时的相量图。

（16分）sX I •答：(1)保持有功功率不变，则P e 、P 2不变。

要保持δsin 0se X UE mP =不变；ϕcos 2mUI P =不变；由于相数m 、X s 与U 不变，则E 0sin δ与ϕcos I 不变。

在欠励情况下，励磁电流减小，E 0减小，从而画出下图：(2)保持励磁电流不变，则激磁电动势E 0大小不变，即E 0轨迹应在一个圆上。

增加有功功率，功率角增加，从而画出下图：四、 计算题（共36分）一台隐极同步发动机，X *s =1，R *a =0，接在U *N =1的电网上，运行工况为I *N =1、cos φN =0.8(滞后)。

试求额定情况下：(1)内功率因数角ψ0N (4分)；(2)功率角δN (4分)；(3)激磁电动势E *0N (4分)；(4)电磁功率P *eN (4分)；(5)最大电磁功率P *eN(max)(4分)；(6)过载能力k p (4分)。

当电网电压下降为U *=0.7时，为了维持有功功率不变，并使功率角保持在不大于300的范围内，试求：(7)激磁电动势E *0(4分)；(8)电枢电流I *(4分)；(9)功率因数cos φ(4分)。

解：sN(1)0*N *N *N 043.638.01116.01arctan cos sin arctan =⨯⨯+⨯=+=*N s N NU X I U ϕϕψ (4分) (2) 087.368.0arccos ==N ϕ000N 056.2687.3643.63=-=-=N N ϕψδ (4分) (3)789.143.63sin 1156.26cos 1sin cos 0N0*N N *N 0=⨯⨯+⨯=⨯+=**ψδsN X I U E（4分）(4) 8.056.26sin 11789.1sin 0N *NN 0=⨯==***δs eNX U E P (4分) 另解：8.08.011cos N *N *N 2=⨯⨯===**ϕI U P P N eN(5) δsin 0****=seX U E P ，取最大值时1sin m =δ，δm =900。

则789.10(max)==****s eN X U E P(4分) (6) 236.256.26sin 1sin 1(max)=︒===**N Ne p P P k δ (4分) (7)保持有功功率不变，则δsin 0****=seX U E P 不变、ϕcos 2***=I U P 不变。

当电网电压为U *=0.7时，为确保δ不大于300，则有：C X U E X U E P N N N ===****δδsin sin s0s 0*e所以：285.230sin 7.056.26sin 1789.1sin sin 0000=⨯⨯⨯==****δδU U E E NN N (4分) (8)-(9)两问I•由向量图知：ϕδsin cos 0****⨯+=s X I U E 则：2789.17.030cos 285.2cos sin 00=-⨯=-=***U E I δϕ （I ） 又由于：C I U I U P ===***N *N *N2cos cos ϕϕ 则：1429.17.08.011cos cos =⨯⨯==****U I U I N N N ϕϕ （II ） 由上述（I ）、（II ）两式可得：119.11429.12789.1cos sin tan ===**ϕϕϕI I 所以：功率因数cos φ=0.6663 (4分)7153.16663.01429.1==*I (4分)。