（答毕#）

4-1-4、船用三相同步发电机铭牌额定容量250kVA，额定电压400V，试问额定电流是多少？

答： ∵Sn=

3Un?In，∴In=Sn/(3Un)=

2500003?400≈360.8（A）

额定电流约为361安。

（答毕#）

§4—2．同步发电机的基本特性 （书P．50．，）

4-2-1、什么是剩磁电压？如何用实验方法测剩磁电压？

答： 同步发电机的剩磁电压是指：同步发电机在额定转速下运行，不加励磁时，主磁极的剩磁

在电枢绕组上感生的空载相电压。用实验方法测量剩磁电压做法是：先断开发电机的励磁电源接线，同时断开其负载，让原动机带动同步发电机在额定转速下运转；然后测量电枢一相绕组的电压，即得同步发电机的剩磁电压。

（答毕#）

4-2-2、什么是电枢反应？有几种典型的电枢反应效应，都在什么条件下发生？

答： 同步发电机的电枢反应是指：当同步发电机接通负载时，三相电枢绕组流经的电流产生的

电枢旋转磁场对主磁极磁场产生的某种确定性的影响。典型的电枢反应效应主要有如下三种，即：①、交轴电枢反应，在E0与Ia同相位时产生（若忽略电枢绕组电抗的影响，发电机相当于带纯阻性负载）；②、直轴去磁电枢反应，在Ia滞后于E0 90°时产生（此时发电机带纯感性负载）；③、直轴增磁电枢反应，在Ia超前于E0 90°时产生（此时发电机带纯容性负载）。 （答毕#） 4-2-3、起动大容量异步电动机时对同步发电机的电压有何影响？为什么？

答： 起动大容量的异步电动机时，将使同步发电机的电压下降。这是因为，异步机起动电流大，

且功率因数低（消耗大量感性无功）。因此大容量异步电动机起动时，同步发电机电枢绕组流过的大电流滞后于空载电势的电角度较大，同步发电机的电枢反应去磁分量较大，从而使发电机气隙的（合成）磁通减小，发电机的端电压下降。此外，电枢电流大，使发电机电枢绕组的漏阻抗产生的压降也大，将近一步使同步发电机的电压下降。

（答毕#） 4-2-4、同步发电机的电压变化率的大小、正负与什么有关？为什么？

答： 同步发电机的电压变化率的大小、正负与发电机所带的负载的大小和性质有关。因为负载

大小影响了电枢反应作用的大小，负载的性质决定了电枢反应的去磁、增磁性质。电枢反应是去磁的话，电压变化率为正；电枢反应是增磁的话，电压变化率为负，电枢反应越强，电压变化率的值就越大（反之亦然）。

（答毕#）

4-2-5、如何根据不同性质的负载调节励磁电流，才能保持同步发电机的电压不随负载而变？

答： 根据对同步发电机的电枢反应的分析（参见4-2-4“答”），或根据同步发电机的调节特性

可知：同步发电机的电压的变化受其所带负载的大小和性质影响。因此若要保持同步发电机的电

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压不随负载而变，则应使励磁电流随负载的大小和性质而得到相应的控制或调节。若能按同步发电机的调节特性，对励磁电流进行控制，则同步发电机的电压将能保持恒定而不随负载而变。 （答毕#）

§4—3．同步发电机的电压、转矩和功率的平衡 （书P．52．，）

4-3-1、同步电抗在电枢电路中的作用有什么物理意义？

答： 同步发电机同步电抗的物理意义就是电枢绕组的自感电抗。它由两部分组成，即：①、磁

路以空气隙为主的漏感电抗；和，②、磁路穿过转子铁心（对气隙磁场产生影响）的电枢反应电抗。由于电枢反应磁通路径的磁阻比漏磁路径的磁阻小，所以同步电抗的大小主要由电枢反应电抗决定。在电枢电路中，同步电抗可用来表示和分析电枢反应作用对同步发电机端电压的影响。 （答毕#） U

4-3-2、画同步发电机有电感性负载时的简化相量图。 jIaXL

答： 参见书P.51.图4-3-3（a）。若将负载也标出，则如右图所示。 IaRL

（答毕#） I 4-3-3、同步发电机的电磁阻转矩的大小是与电枢电流成正比还是与有功功率成正比？

答： 根据书P．52．式4-3-9和式4-3-10， T = 3E0ICosψ/Ω≈3UICosφ/Ω，同步发电机的电

磁转矩（即，阻转矩）的大小与电枢电流的有功分量成正比。也即，与有功功率成正比。这是因为电磁阻转矩反映的是原动机施加在发电机轴上用于产生电磁功率的转矩，也就是原动机对同步发电机做功所施加的转矩。因而该转矩就应与有功功率成正比（无功功率不产生转矩）。而电枢电流不仅包含有功分量，而且包含（能量反复储存释放或变换存储方式所需的）无功分量。因此，同步发电机的电磁阻转矩的大小与电枢电流的有功分量成正比，或有功功率成正比（包含着电枢电流的有功分量）；而不是与电枢电流成正比。

（答毕#） 4-3-4、同步发电机在不对称的负载下运行时对电机有什么影响？

答： 同步发电机在不对称的负载下运行时，流经三相电枢绕组的电流是不对称电流，在气隙产

生的旋转磁场为“椭圆形旋转磁场”。虽然稳定运行时此磁场相对转子无移动，但由于其幅值是变化的，在转子的“阻尼绕组”和“励磁绕组”将感应电势和楞茨电流；从而产生额外损耗，使电机过热。此外，椭圆形磁场还将使电磁转矩出现波动，从而引起转子的振动。这就是同步发电机在不对称的负载下运行时对电机的影响。这些影响都会缩短电机的寿命，因而应尽量避免同步发电机在不对称的负载下运行。

（答毕#）

4-3-5、同步发电机单机独立运行时，它输出的有功功率和无功功率决定于什么？

答： 同步发电机单机独立运行时，它输出的有功功率和无功功率都决定于它所带的负载的大小

和性质。负载的大小和性质变化时，发电机的频率和电压将分别受到影响而变化。原动机的调速机构和发电机的励磁装置将自动根据频率和电压的变化分别调节原动机的油门和发电机的励磁电流，使频率和电压维持不变。所以说，同步发电机单机独立运行时，输出的有、无功功率决定于负载。

（答毕#）

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§4—4．同步发电机的并联运行 （书P．55．，）

4-4-1、所谓无穷大电网的两个基本特点是什么？

答： 无穷大电网的两个基本特点是：①、电网上并联运行的发电机总容量比任意一台发电机的

容量大得多；②、任意一台发电机有、无功功率的变化对电网的电压和频率影响甚微，也就是说电网的频率和电压是不变的恒值。

（答毕#）

4-4-2、如何改变与无穷大电网并联的同步发电机的有功功率和无功功率？

答： 改变拖动同步发电机的原动机的油门，可以改变发电机的输入功率，从而可以改变它向无

穷大电网输出的有功功率。改变发电机的励磁电流可以改变发电机的空载电势E0，由于电网电压不变，可以改变它向无穷大电网输出的电枢电流的相位，从而它向无穷大电网输出的无功功率。 （答毕#）

4-4-3、单独改变两并联同步发电机之一的励磁电流，将会引起什么变化？

答： 改变一台的励磁电流，其空载电势增加，输出电流的无功分量增大。由于两机并联运行，

若负载不改变，则另一台输出的无功电流分量减小，电枢电流相应减小，同步电抗的压降减小，而其空载电势不变。最终结果将使两机并联供电的电压相应增加。 （答毕#）

4-4-4、单独改变两并联同步发电机组之一的原动机油门，将会引起什么变化？

答： 改变一台原动机的油门，该发电机的输入转矩增加，电机转子加速，电磁功率增大，输出

有功增大。若负载不改变，则另一台输出的有功减小，电磁转矩减小。但因原动机油门未变，输入转矩未变，因而未调油门的发电机也将加速。最终结果将使两发电机输出电压的频率增大。 （答毕#）

§4—5．同步发电机的短路与振荡 （书P．57．，）

4-5-1、同步发电机突然三相短路是否都经历三个阶段？突然短路电流与稳态短路电流是否一样？

答： 只有转子装设阻尼绕组的同步发电机，突然三相短路才会经历三个阶段，即：①、超瞬变

（阻尼、励磁绕组都有楞茨电流）阶段；②、瞬变（阻尼绕组无、励磁绕组有楞茨电流）阶段；③、稳态短路（阻尼绕组和励磁绕组都无楞茨电流）阶段。若转子无阻尼绕组，突然三相短路只经历瞬变和稳态短路两个阶段。由于超瞬变和瞬变阶段电枢磁通被挤向磁阻很大的转子漏磁路径，电枢磁通和电枢反应电势远小于其稳态值，∴突然短路电流比稳态短路电流大很多。 （答毕#） 4-5-2、同步发电机突然三相短路对发电机本身有什么影响？

答： 同步发电机突然三相短路对发电机本身的影响较大：①、大的冲击电流可能使电枢绕组端

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部变形或绝缘损坏；②、对转子产生冲击力矩，使发电机遭受机械破坏。 （答毕#）

4-5-3、引起并联运行同步发电机自由振荡的外因和内因是什么？引起强迫振荡的原因是什么？

答： 引起并联运行同步发电机，自由振荡的外因是发电机输入转矩或电磁转矩突然发生变化，

平衡出现破坏，从而引起转子的加、减速；自由振荡的内因是发电机转动部分存在着惯性。当平衡被破坏，转子出现加、减速且达到新的平衡点时，由于存在惯性，加减速不能立即停止，平衡从新被破坏，于是进入自由振荡。引起强迫振荡的原因是活塞式原动机存在着瞬时力矩的周期性波动变化，强迫发电机的转子也随之而波动振荡。

（答毕#）

4-5-4、并联运行发电机功率表指针摆幅越来越大并导致跳闸，试分析故障的可能原因是什么？

答： 并联运行发电机功率表“指针摆动”说明其输出有功功率出现波动，原因很可能是发电机

的转子出现振荡。指针“摆幅越来越大”说明振荡出现共振。“导致跳闸”是由于输出有功功率变为负值，即逆功率保护跳闸。根据上述分析，很可能是原动机存在者某些故障（调速器故障、柴油机个别缸不工作等）使原动机的最低或有效谐波转矩的频率接近于自由振荡频率而共振。因而可适当调高少许电网的频率使其避开谐振。

（答毕#）

4-5-5、单机运行的柴油发电机组能否产生自由振荡？能否产生强迫振荡？能否产生共振？

答： 单机运行的柴油发电机组，由于发电机的电势和电压的频率同时随转子的转速而变化，不

出现振荡式的功角变化，因而不会产生自由振荡。虽然柴油机的瞬时力矩的周期性变化能产生强迫振荡，但由于无自由振荡，因而不会产生自由振荡和强迫振荡之间的共振。 （答毕#）

§4—6．同步电动机 （书P．59．，）

4-6-1、为什么说同步电动机有绝对硬的机械特性？它的转速决定于什么？

答： 由于同步电动机的转速总是等于同步转速，不随负载转矩的变化而变化，因此说它有“绝

对硬的机械特性”。由于“同步转速”决定于电源电压的频率，所以同步电动机的转速也就决定于电源电压的频率。

（答毕#）

4-6-2、为什么同步电动机要借助于外力起动？说明异步起动的原理及操作方法和步骤。

答： 由于同步电动机的转子存在着惯性，若直接接通电源，在电磁转矩为驱动转矩的半个周期

内不可能使转子加速到同步转速，而另半个周期的电磁转矩又变为制动转矩，且一个周期内平均电磁转矩为零，因而同步电动机要借助于外力起动。“异步起动”的操作方法和步骤为：将电动机的负载脱开，转子励磁绕组通过（约为绕组本身电阻值5～10倍的）一个外接电阻短接；然后接通电源。三相交流电源在气隙中产生圆形旋转磁场，装设在电动机转子铁心的起动绕组（也叫

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