電氣工程師-專業(yè)基礎(chǔ)（供配電）-電氣工程基礎(chǔ)-4.8同步電機(jī)

電氣工程師-專業(yè)基礎(chǔ)（供配電）-電氣工程基礎(chǔ)-4.8同步電機(jī)[單選題]1.發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓相位不一致時(shí)，將產(chǎn)生沖擊電流，沖擊電流最大值發(fā)生在兩個(gè)電壓相差為()（江南博哥）。[2018年真題]A.0°B.90°C.180°D.270°正確答案：C參考解析：并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓相位和系統(tǒng)電壓的相位不一致時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓差，若在允許的范圍內(nèi)，所引起的無功沖擊電流是允許的，否則壓差越大沖擊電流越大，當(dāng)兩個(gè)電壓相差180°時(shí)，壓差達(dá)到最大，此時(shí)沖擊電流也達(dá)到最大。[單選題]2.一臺(tái)并聯(lián)在電網(wǎng)上運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，若要再保持其輸出的有功功率不變的前提下，減小其感性無功功率的輸出，可以采用的方法是()。[2018年真題]A.保持勵(lì)磁電流不變，增大原動(dòng)機(jī)輸入，使功角增加B.保持勵(lì)磁電流不變，減小原動(dòng)機(jī)輸入，使功角減小C.保持原動(dòng)機(jī)輸入不變，增大勵(lì)磁電流D.保持原動(dòng)機(jī)輸入不變，減小勵(lì)磁電流正確答案：D參考解析：同步發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)曲線如圖4-8-1所示。在輸出的有功功率不變的條件下，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，電樞電流隨之改變，二者的變化關(guān)系是一條V形曲線。若要其輸出的有功功率保持不變，則原動(dòng)機(jī)的功率不變；要減小其感性無功功率的輸出，可以通過減小勵(lì)磁電流來實(shí)現(xiàn)。圖4-8-1[單選題]3.一臺(tái)三角形連接的汽輪發(fā)電機(jī)并聯(lián)在無窮大電網(wǎng)上運(yùn)行，電機(jī)額定容量SN＝7600kVA，額定電壓UN＝3.3kV，額定功率因數(shù)cosφN＝0.8（滯后），同步電抗x0＝1.7Ω，不計(jì)定子電阻及磁飽和，該發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)內(nèi)功率因數(shù)角為()。[2017年真題]A.36.87°B.51.2°C.46.5°D.60°正確答案：B參考解析：當(dāng)電源側(cè)為三角形連接時(shí)，相電壓等于額定線電壓，即：UNφ＝3.3kV。則額定相電流為：功率因數(shù)角：φN＝arccos0.8＝36.87°。設(shè)UNφ＝3.3∠0°kV，則：INφ＝0.7677∠－36.97kA。由電動(dòng)勢(shì)平衡方程可得：在額定運(yùn)行時(shí)，根據(jù)內(nèi)功率因數(shù)角的定義：ψ＝14.34°－（－36.9°）＝51.24°。[單選題]4.一臺(tái)凸極同步發(fā)電機(jī)的直軸電流Id″＝0.5，交軸電流Iq″＝0.5，此時(shí)內(nèi)功率因數(shù)角為()。[2017年真題]A.0°B.45°C.60°D.90°正確答案：B參考解析：畫出如圖4-8-2所示的同步發(fā)電機(jī)的相量圖，其中超前的角度φ為功率因數(shù)角，超前的角度φ為內(nèi)功率因數(shù)角，而超前的角度θ為功率角，簡(jiǎn)稱功角。由該圖可知：ψ＝φ＋θ。由電樞反應(yīng)的相量圖可知：，其中Id＝Isinψ，Iq＝Icosψ。則：tanψ＝Id/Iq＝0.5/0.5＝1，ψ＝45°。圖4-8-2[單選題]5.有兩臺(tái)隱極同步電機(jī)，氣隙長(zhǎng)度分別為δ1和δ2，其他結(jié)構(gòu)諸如繞組、磁路等都完全一樣，已知δ1＝2δ2，現(xiàn)分別在兩臺(tái)電機(jī)上進(jìn)行穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速相同，忽略定子電阻，如果加同樣大的勵(lì)磁電流，哪一臺(tái)的短路電流比較大？()[2016年真題]A.氣隙大電機(jī)的短路電流大B.氣隙不同無影響C.氣隙大電機(jī)的短路電流小D.一樣大正確答案：A參考解析：可對(duì)照凸極同步電動(dòng)機(jī)中氣隙不均勻情況分析，凸極同步電動(dòng)機(jī)直軸氣隙小，交軸氣隙大，則其電樞反應(yīng)電抗關(guān)系為：Xad＞Xaq。同理，兩臺(tái)除氣隙長(zhǎng)度不同的隱極同步發(fā)電機(jī)，由于δ1＝2δ2，氣隙變大，磁阻變大，磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率減小，則隱極同步電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)電抗關(guān)系為：Xa1＜Xa2。由于漏電抗相同，則隱極同步電動(dòng)機(jī)的同步電抗關(guān)系為：Xc1＜Xc2。因此，穩(wěn)態(tài)短路試驗(yàn)中，氣隙大的電機(jī)其短路電流應(yīng)較大。[單選題]6.一臺(tái)三相隱極式同步發(fā)電機(jī)，并聯(lián)在大電網(wǎng)上運(yùn)行，Y接法，UN＝380V，IN＝84A，cosφN＝0.8（滯后），每相同步電抗Xs＝1.5Ω。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)，不計(jì)定子電阻，此時(shí)功角δ的值為()。[2013年真題]A.53.13°B.49.345°C.36.87°D.18.83°正確答案：D參考解析：由題可知，額定線電壓為：UN＝380V，則額定相電壓為：UNφ＝220V，功率因數(shù)角為：φN＝arccos0.8＝36.9°。以為參考向量，則。又，所以空載相電動(dòng)勢(shì)為：即內(nèi)功率因數(shù)角ψ＝55.7°，因此功角δ＝ψ－φN＝18.8°。[單選題]7.有一臺(tái)PN＝72500kW，UN＝10.5kV，Y接法，cosφN＝0.8（滯后）的水輪發(fā)電機(jī)，同步電抗標(biāo)幺值Xd′＝1，Xq′＝0.554，忽略電樞電阻，額定運(yùn)行時(shí)的每相空載電勢(shì)E0為()。[2012年真題]A.6062.18VB.9176.69VC.10500VD.10735.1V正確答案：D參考解析：額定相電壓為：。額定電流為：功率因數(shù)角為：φN＝arccos0.8＝36.9°。直軸同步電抗有名值為：Xd＝Xd′UNφ/IN＝1×6062.2/4983＝1.2166Ω。交軸同步電抗有名值為：Xq＝Xq′UNφ/IN＝0.554×6062.2/4983＝0.674Ω。內(nèi)功率因數(shù)角為：功角為：θN＝ψN－φN＝55.27°－36.9°＝18.37°。直軸電流分量為：Id＝INsinφN＝4983×sin55.27°＝4095A。則空載相電動(dòng)勢(shì)為：E0＝UNφcosθN＋I(xiàn)dXd＝6062.2×cos18.37°＋4095×1.2166＝10735.1V。[單選題]8.一臺(tái)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)原動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩保持不變時(shí)，若減小發(fā)動(dòng)機(jī)的功角，應(yīng)采取的措施是()。[2014年真題]A.增大勵(lì)磁電流B.減小勵(lì)磁電流C.減小原動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩D.保持勵(lì)磁電流不變正確答案：A參考解析：對(duì)于同步發(fā)電機(jī)，原動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩保持不變時(shí)，即輸入的有功功率不變。由同步發(fā)電機(jī)的功角特性表達(dá)式：PM＝（mUE0/XC）sinθ，可知保持電磁功率PM，若要減小功角θ，需增大U或E0，或減小XC。由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式，E0＝4.44fN1Φm，可知道增大勵(lì)磁電流，增加主磁通，可增大電樞繞組電勢(shì)，即滿足上述要求。[單選題]9.一臺(tái)隱極同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，額定容量為7500kVA，cosφN＝0.8（滯后），UN＝3150V，Y連接，同步電抗Xs＝1.6Ω，不計(jì)定子電阻。該機(jī)的最大電磁功率約為()。[2011年真題]A.6000kWB.8750kWC.10702kWD.12270kW正確答案：D參考解析：由題知，額定相電壓為：額定相電流為：額定功率因數(shù)角為：φN＝arcsin0.8＝36.9°；以額定電流為參考向量，即：則有：?？蛰d相電動(dòng)勢(shì)為：功角為θ＝?－φ＝66°－36.9°＝29°，則電磁功率有如下關(guān)系式：P＝mUE0sinθ/Xs≤mUE0/Xs＝3×1818.7×3598/1.6＝12270W。[單選題]10.一臺(tái)并網(wǎng)運(yùn)行的三相同步發(fā)電機(jī)，運(yùn)行時(shí)輸出cosφ＝0.5（滯后）的額定電流，現(xiàn)在要讓它輸出cosφ＝0.8（滯后）的額定電流，可采取的辦法是()。[2011年真題]A.輸入的有功功率不變，增大勵(lì)磁電流B.增大輸入的有功功率，減小勵(lì)磁電流C.增大輸入的有功功率，增大勵(lì)磁電流D.減小輸入的有功功率，增大勵(lì)磁電流正確答案：B參考解析：由于電機(jī)額定電流是固定不變的，設(shè)為IN，忽略損耗，電機(jī)輸入有功功率等于輸出有功功率，則P＝UNINcosφN。圖4-8-3為額定電流I與勵(lì)磁電流If的關(guān)系圖，從圖中可以看出，將cosφ＝0.5（滯后）變?yōu)閏osφ＝0.8（滯后）需減小勵(lì)磁電流，同時(shí)也減小了額定電流。為了使額定電流不變，可增大輸入的有功功率。圖4-8-3[單選題]11.一臺(tái)并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)，在cosφ＝1的情況下運(yùn)行，此時(shí)若保持勵(lì)磁電流不變，減小輸出的有功功率，將引起()。[2008年真題]A.功角減少，功率因素下降B.功角增大，功率因素下降C.功角減少，功率因素增加D.功角增大，功率因素增加正確答案：A參考解析：對(duì)同步發(fā)電機(jī)，忽略定子繞組的電阻后，輸出功率等于電磁功率。由電磁功率公式：PM＝mUE0sinθ/XC。其中，相電壓U由無窮大電網(wǎng)決定，是常量，勵(lì)磁電流不變，則電動(dòng)勢(shì)E0不變，XC對(duì)發(fā)電機(jī)為定值，故輸出功率減小則功角θ減小。已知變化前功率因數(shù)cosφ＝1，已經(jīng)是最大狀態(tài)，所以變化后功率因數(shù)只能下降。[單選題]12.某水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是150r/min，已知電網(wǎng)頻率為f＝50Hz，則其主磁極數(shù)應(yīng)為()。[2008年真題]A.10B.20C.30D.40正確答案：D參考解析：發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，大小決定于電網(wǎng)頻率f和定子繞組的極對(duì)數(shù)，n＝60f/p，則磁極對(duì)數(shù)為：p＝60f/n＝60×50/150＝20，主磁極數(shù)為40個(gè)。[單選題]13.一臺(tái)并聯(lián)在電網(wǎng)上運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，若要在保持其輸出的有功功率不變的前提下，增大其感性無功功率的輸出，可以采用下列哪種辦法()。[2007年真題]A.保持勵(lì)磁電流不變，增大原動(dòng)機(jī)輸入，使功角增加B.保持勵(lì)磁電流不變，減小原動(dòng)機(jī)輸入，使功角減小C.保持原動(dòng)機(jī)輸入不變，增大勵(lì)磁電流D.保持原動(dòng)機(jī)輸入不變，減小勵(lì)磁電流正確答案：C參考解析：同步發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)曲線如圖4-8-4所示。在輸出的有功功率不變的條件下，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，電樞電流隨之改變，二者變化關(guān)系是一個(gè)V形曲線。從圖中可以得到，若要保持其輸出的有功功率保持不變，則要保持原動(dòng)機(jī)的輸入不變，要增大其感性（滯后）無功功率的輸出，可以通過增大勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)。圖4-8-4[單選題]14.三相同步發(fā)電機(jī)在與電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，必須滿足一些條件，在下列條件中，必須先絕對(duì)滿足的條件是下列哪項(xiàng)？()[2005年真題]A.電壓相等B.頻率相等C.相序相同D.相位相同正確答案：C參考解析：同步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)的條件有：①發(fā)電機(jī)應(yīng)有同樣或者十分接近電網(wǎng)的頻率和相位；②發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的電壓應(yīng)相等；③雙方應(yīng)有一致的相序。如果其他條件相同，但相序不同，是絕對(duì)不允許并網(wǎng)的，因?yàn)槿绻嬖谙嘈虿钪祫t發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間會(huì)存在巨大的電位差而產(chǎn)生無法消除的環(huán)流，危害著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。電機(jī)和電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受力變形；電機(jī)和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，會(huì)增加損耗，溫度升高，效率降低等。[單選題]15.一臺(tái)三相汽輪發(fā)電機(jī)，電樞繞組星形接法，額定容量SN＝15000kVA，額定電壓UN＝6300V，忽略電樞繞組電阻，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在U*＝1、I*＝1、X_s*＝1，負(fù)載功率因數(shù)角φ＝30°（滯后）時(shí)，功角δ為()。[2014年真題]A.30°B.45°C.60°D.15°正確答案：A參考解析：由題可知，功率因數(shù)角φ＝30°，故有，sinφ＝1/2。忽略電樞繞組電阻，即有Ra*＝0，則內(nèi)功率因數(shù)角為：所以，功角為：δ＝φ0－φ＝60°－30°＝30°。[單選題]16.三相同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在過勵(lì)狀態(tài)，從電網(wǎng)吸收()。[2012年真題]A.感性電流B.容性電流C.純有功電流D.直流電流正確答案：B參考解析：同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線如圖4-8-5所示。從圖中可以看出三相同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在過勵(lì)磁狀態(tài)時(shí)，功率因數(shù)處于超前狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收容性無功功率，電流也為容性。同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過調(diào)節(jié)電機(jī)的勵(lì)磁電流達(dá)到調(diào)節(jié)無功功率的目的，進(jìn)而改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。當(dāng)勵(lì)磁電流為過勵(lì)狀態(tài)時(shí)，同步電機(jī)從電網(wǎng)吸收容性無功功率，發(fā)出感性無功功率；當(dāng)工作在欠勵(lì)狀態(tài)時(shí)，同步電機(jī)從電網(wǎng)吸收感性無功功率，發(fā)出容性無功功率。圖4-8-5[單選題]17.一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)并聯(lián)于無窮大電網(wǎng)，額定負(fù)載時(shí)功角δ＝20°，現(xiàn)因故障電網(wǎng)電壓降為60%UN。則當(dāng)保持輸入的有功率功率不變繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，且使功角δ保持在25°，應(yīng)加大勵(lì)磁E0使其上升約為原來的()倍。[2010年真題]A.1.25B.1.35C.1.67D.2正確答案：B參考解析：同步發(fā)電機(jī)的功角特性為：PM＝mUE0sinθ/X，設(shè)故障前PM＝mUE0sinδN/X，故障后PM′＝m0.6UNE0′sinδ′/X。因故障前后有功功率不變：PM＝PM′，即mUE0sinδN/X＝m0.6UNE0′sinδ′/X，其中δN＝20°，δ′＝25°。代入數(shù)值可則：E0′＝1.35E0。[單選題]18.一臺(tái)隱極同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，如果不調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)，僅減少勵(lì)磁電流If，將引起()。[2009年真題]A.功角δ減小，電磁功率最大值PMmax減小B.功角δ減小，電磁功率最大值PMmax增大C.功角δ增大，電磁功率最大值PMmax減小D.功角δ增大，電磁功率最大值PMmax增大正確答案：C參考解析：不調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)意味著輸入有功功率不變，即發(fā)電機(jī)輸出的有功功率不變。減少勵(lì)磁電流，則空載電勢(shì)E0減小，m、U和XC為常量，由PMmax＝mE0U/XC可知，PMmax也減小。根據(jù)功角特性的表達(dá)式：Pem＝mE0Usinδ/XC＝PMmaxsinδ，由于空載電勢(shì)E0減小，要保持輸出功率不變，則sinδ增大，即δ增大。[單選題]19.一臺(tái)隱極同步發(fā)電機(jī)，分別在U、I、cosφ1（滯后）和U、I、cosφ2（滯后）兩種情況下運(yùn)行，其中U、I大小保持不變，而cosφ1＞cosφ2，那么兩種情況所需的勵(lì)磁電流相比為下列哪種情況？()[2007年真題]A.If1＞If2B.If1＝If2C.If1＜If2D.無法相比正確答案：C參考解析：如圖4-8-6所示，可用隱極發(fā)電機(jī)的向量圖說明。以U為參考相量，略去電樞電阻，因?yàn)閏osφ1＞cosφ2（滯后），則0＜φ1＜φ2，即第二種狀態(tài)電流滯后的更多，由相量圖可以得出E01＞E02，于是if2＞if1，這是由于在滯后的功率因數(shù)時(shí)，cosφ越小，電樞反應(yīng)去磁作用越強(qiáng)，為了獲得一樣的輸出端電壓，必須增大勵(lì)磁電流，即If1＜If2。圖4-8-6[單選題]20.同步電動(dòng)機(jī)處于過勵(lì)磁狀態(tài)，它從電網(wǎng)吸收()。[2006年真題]A.感性功率B.容性功率C.純有功功率D.純電阻電流正確答案：B參考解析：同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線如圖4-8-7所示。V形曲線的最低點(diǎn)是cosφ＝1的點(diǎn)，在此點(diǎn)上電樞電流全部為有功電流。在此基礎(chǔ)上，增大勵(lì)磁電流，即運(yùn)行在過勵(lì)磁狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)即從電網(wǎng)吸取有功電流，還吸取超前的無功電流，即為容性無功電流；若在此基礎(chǔ)上減小勵(lì)磁電流，即運(yùn)行在欠勵(lì)磁狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)既從電網(wǎng)吸取有功電流，還吸取滯后的無功電流，即感性無功電流。圖4