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2025年电气工程同步电机基础试题及答案

一、选择题（每题 3 分，共 30 分）
1. 同步电机的转子磁极上装有励磁绕组，由（ ）供电。
A. 直流电源 B. 交流电源 C. 脉动电源 D. 三相电源
答案：A
解析：同步电机转子磁极上的励磁绕组由直流电源供电，以产生磁场。

2. 同步电机的同步转速与（ ）有关。
A. 电源频率 B. 电机极对数 C. 电源电压 D. A 和 B
答案：D
解析：同步转速 n = 60f / p，其中 f 是电源频率，p 是电机极对数。

3. 同步电机的电枢反应是指（ ）。
A. 电枢磁场对主磁场的影响 B. 主磁场对电枢磁场的影响
C. 电枢电流与励磁电流的相互作用 D. 以上都不对
答案：A
解析：电枢反应是电枢磁场对主磁场的影响。

4. 同步发电机带感性负载时，端电压与空载电压相比会（ ）。
A. 升高 B. 降低 C. 不变 D. 不确定
答案：B
解析：带感性负载时，电枢反应有去磁作用，端电压降低。

5. 同步电动机的功率因数可以通过调节（ ）来改善。
A. 电枢电流 B. 励磁电流 C. 电源电压 D. 负载大小
答案：B
解析：调节励磁电流可改善同步电动机的功率因数。

6. 同步电机的短路比是指（ ）。
A. 短路时的电流与额定电流之比
B. 短路时的电压与额定电压之比
C. 空载时产生额定电压所需的励磁电流与短路时产生额定短路电流所需的励磁电流之比
D. 以上都不对
答案：C
解析：短路比是空载时产生额定电压所需的励磁电流与短路时产生额定短路电流所需的励磁电流之比。

7. 同步发电机的额定功率因数一般为（ ）。
A. 0.8（滞后） B. 0.8（超前） C. 0.9（滞后） D. 0.9（超前）
答案：A
解析：同步发电机额定功率因数一般为 0.8（滞后）。

8. 同步电机的阻尼绕组的作用是（ ）。
A. 提高电机的稳定性 B. 改善电机的功率因数
C. 减少电机的损耗 D. 增加电机的效率
答案：A
解析：阻尼绕组可提高同步电机的稳定性。

9. 同步电动机异步启动时，其启动转矩与（ ）有关。
A. 电源电压 B. 电机极对数 C. 转子电阻 D. 以上都是
答案：D
解析：启动转矩与电源电压、电机极对数、转子电阻等都有关。

10. 同步发电机并网运行的条件不包括（ ）。
A. 相序相同 B. 频率相同 C. 电压大小相等 D. 功率因数相同
答案：D
解析：并网条件包括相序相同、频率相同、电压大小相等、电压相位相同。

二、填空题（每题 2 分，共 20 分）
1. 同步电机按结构可分为（ ）和（ ）。
答案：旋转磁极式、旋转电枢式
解析：这是同步电机的两种基本结构类型。
2. 同步电机的电枢绕组是（ ）绕组，转子绕组是（ ）绕组。
答案：交流、直流
解析：电枢绕组通交流，转子绕组通直流。
3. 同步发电机的额定容量是指（ ）。
答案：额定有功功率与额定功率因数下的视在功率
解析：反映发电机在额定运行条件下能输出的最大视在功率。
4. 同步电动机的转速（ ）同步转速，异步电动机的转速（ ）同步转速。
答案：等于、低于
解析：同步电动机转速等于同步转速，异步电动机转速低于同步转速。
5. 同步电机的电枢反应分为（ ）、（ ）和（ ）三种。
答案：交轴电枢反应、直轴去磁电枢反应、直轴增磁电枢反应
解析：根据电枢磁场与主磁场的相对位置不同分类。
6. 同步发电机的短路特性是一条（ ）线。
答案：直线
解析：短路时，短路电流与励磁电流成正比。
7. 同步电动机的最大转矩与（ ）、（ ）等有关。
答案：电源电压、转子电阻
解析：最大转矩受这些因素影响。
8. 同步电机的气隙磁场是由（ ）和（ ）共同建立的。
答案：励磁磁场、电枢磁场
解析：二者共同作用形成气隙磁场。
9. 同步发电机并网时，若电压相位不同，会产生很大的（ ）。
答案：冲击电流
解析：相位不同会引起冲击电流。
10. 同步电机的效率等于（ ）与（ ）之比。
答案：输出功率、输入功率
解析：这是效率的定义。

三、简答题（每题 10 分，共 30 分）
1. 简述同步电机的工作原理。
答案：同步电机的定子绕组通入三相交流电流，产生旋转磁场。转子绕组通入直流电流，产生固定磁场。旋转磁场与固定磁场相互作用，使转子跟随旋转磁场同步转动。定子磁场切割转子导体，产生感应电动势和感应电流，该电流与定子磁场相互作用产生电磁转矩，驱动电机运行。
解析：从磁场相互作用及电磁感应原理阐述工作过程。
2. 说明同步发电机带负载时电枢反应的影响。
答案：同步发电机带负载时，电枢电流产生电枢磁场，电枢磁场对主磁场有影响。交轴电枢反应使气隙磁场发生畸变，直轴去磁电枢反应使气隙磁场减弱，端电压降低；直轴增磁电枢反应使气隙磁场增强，端电压升高。电枢反应还会影响电机的功率因数等性能。
解析：分别说明不同类型电枢反应的影响。
3. 简述同步电动机异步启动的过程。
答案：同步电动机异步启动时，定子绕组接入三相交流电源，产生旋转磁场。转子上的阻尼绕组相当于异步电动机的鼠笼绕组，在旋转磁场作用下产生感应电流，从而产生电磁转矩，使转子启动并加速。当转速接近同步转速时，给转子励磁绕组通入直流励磁电流，使转子磁极被定子旋转磁场磁化，产生同步电磁转矩，将转子牵入同步运行。
解析：按启动过程的先后顺序说明。

四、计算题每题 10 分，共 20 分）
1. 一台三相四极同步发电机，额定容量 Sn = 1000kVA，额定电压 Un = 400V，额定功率因数 cosφN = 0.8（滞后）。求额定电流 In 和额定有功功率 Pn。
答案：额定电流 In = Sn / (√3Un) = 1000×1000 / (√3×400) ≈ 1443.4A。
额定有功功率 Pn = SncosφN = 1000×0.8 = 800kW。
解析：根据额定容量、额定电压求额定电流公式计算电流，再由功率因数求有功功率。
2. 一台同步电动机，额定电压 Un = 380V，额定功率 Pn = 100kW，额定功率因数 cosφN = 0.9（超前）。求额定电流 In 和额定视在功率 Sn。
答案：额定视在功率 Sn = Pn / cosφN = 100 / 0.9 ≈ 111.1kVA。
额定电流 In = Sn / (√3Un) = 111.1×1000 / (√3×380) ≈ 167.3A。
解析：先由有功功率和功率因数求视在功率，再根据视在功率和额定电压求额定电流。

五、论述题（20 分）
论述同步电机在电力系统中的作用及地位。
答案：同步电机在电力系统中具有极其重要的作用和地位。首先，同步发电机是电力系统的主要电源，它将机械能转换为电能，向系统输送大量的有功功率和无功功率，满足用户对电能的需求。通过调节同步发电机的励磁电流，可以控制发电机的端电压和无功功率输出，维持电力系统的电压稳定。同步电机还可作为同步电动机运行，广泛应用于工业、农业、交通运输等领域，拖动各种机械设备。同步电机的转速恒定，能够保证所拖动设备的稳定运行。在电力系统的并列运行中，同步电机严格保持同步，确保电力系统的频率稳定。它是电力系统安全、稳定、经济运行的关键设备之一，对整个电力系统的可靠供电和良好运行起着至关重要的支撑作用。
解析：从发电、调压、拖动负载、频率稳定等多方面阐述同步电机在电力系统中的作用及地位。