专题二十七 同步电机的特点和分类（教案）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题二十七 同步电机的特点和分类（教案）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测 一、考纲解读 1.直流电路分析掌握欧姆定律、基尔霍夫定律及串并联电路计算，理解电源电动势与内阻的关系，能分析复杂直流电路的电压、电流分布，重点关注分压、分流原理的实际应用。 2.交流电路基础理解正弦交流电的三要素（幅值、频率、初相位），掌握单相交流电路中电阻、电感、电容的电压电流关系，能计算功率因数并分析RLC串联电路的谐振特性。 3.变压器原理与应用掌握变压器的电磁感应原理、变比计算及能量守恒关系，理解三相变压器的Yd11等常见连接组特性，能分析变压器的空载与负载运行状态及实际故障排查。 4.安全用电与规范熟悉安全电压等级、接地接零保护原理，掌握电气火灾预防措施及触电急救方法，重点理解中性点不接地系统的特点及应用场景。 二、知识点梳理 同步电机主要由磁极和电枢两部分组成。可以做成磁极固定、电枢旋转的同步电机(转枢式),也可以做成电枢固定而磁极旋转的同步电机(转极式)。 一、同步电机的结构特点 图6-1所示为同步电机的结构原理图。通常三相同步电机的定子是电枢，与三相异步电动机定子绕组相似，转子装有磁极和励磁绕组。当励磁绕组通入直流电后，转子立即建立恒定磁场。当转子在外力拖动下旋转时，转子的恒定磁场就随转子的转动，在气隙中形成旋转磁场。定子导体由于和转子旋转磁场有相对运动而产生交流电动势，此电动势的频率为f,即 式中p——电机的磁极对数；n——转子转速，单位是r/min(转/分)。 可见，交流电动势的频率与电机的磁极对数、转子转数有确定关系。 当在定子绕组内通过三相交流电，定子绕组内便产生一个旋转磁场，这时转子绕组仍通以直流电，则转子所建立的恒定磁场将在定子旋转磁场的带动下，沿定子旋转磁场的转向，以定子旋转磁场的转速旋转，转子的转速为 由上述两种情况可知，同步电机无论作为发电机使用，还是作为电动机使用，其转速与交流电频率之间将保持严格不变的关系，这是同步电机的基本特点。电机的转速与交变电流的频率成正比，与电机的磁极对数成反比。这是同步电机与异步电机的基本差别之一。 我国电力系统规定标准频率为50 Hz。如果电机有一对磁极，其额定转速为3000 r/min,若有两对磁极时，其额定转速为1500 r/min,依此类推，24对磁极的水轮发电机的额定转速为125 r/min。 二、同步电机的分类 同步电机按结构分类，可分为旋转磁极式和旋转电枢式，高压、大容量电机大多采用旋转磁极式。在旋转磁极式电机中，同步电机又分为隐极式和凸极式两种基本形式。从安装结构上可 分为立式和卧式两种。 按防护类型分类，有开启式、防护式和封闭式。 按冷却方式分类，有空气冷却、氢冷与水冷、混合冷却等。 按同步电机的用途分类，有发电机、电动机和调相机。 按拖动发电机的原动机类型分类，可分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发电机、风力发电机等。 下面按同步电机的常规分法，即按用途及原动机综合分类加以说明。 按同步电机的用途可分为以下各类。 1.发电机 (1)汽轮发电机 以汽轮机或燃气轮机等高速动力机械作为原动机，拖动同步发电机而产生交流电的设备，称为汽轮发电机。其转速通常为3000 r/min或1500 r/min,功率在300~600000 kW以上，电压从400 V至27000 V。国产系列汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS。QF表示汽轮发电机(Q是汽字的拼音字头，即字母表示关键字拼音字头),第三个字母Q表示氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内冷。 (2)水轮发电机 它是以水轮机为原动机拖动同步电机而产生交流电的设备。功率从几千瓦至90万千瓦以上，电压从400 V至20000V,转速一般较低，从50 r/min至1500 r/min。国产大型水轮发电机是TS系列，T表示同步，S表示水轮。 (3)柴油发电机 它是用柴(汽)油机作为原动机拖动同步电机而发电的设备。其发电成本较高，一般只是作为备用发电机组或无电网的边远地区，或临时移动电源。功率从几千瓦至数千千瓦，电压一般为220 V至6300 V,转速从250 r/min至3000 r/min。 (4)中频发电机 中频发电机的频率范围从400 Hz至20000 Hz,功率从2kW至1000kW,电压有115 V、230V、375V、750V及1500 V等，转速一般为3000 r/min。小功率的中频发电机用作超高速电动机及雷达等设备的特种电源。大功率的一般作为中频感应加热用电源。所用动力源根据情况而定。中频发电机系列有BP、BPT、BLZ和BPS等。 2.电动机 从电网吸收电能转变为其他机械动力的同步电机，称为同步电动机。同步电动机的功率因数，可通过调节励磁电流进行调节。它不但可把功率因数调节到1,还可以调节到超前，对改善电网的功率因数有重要意义。同步电动机转速为恒定值，不受负载变动的影响。功率范围一般在250kW~10 MW,电压有3 kV、6kV和1 0 kV等几种，转速范围从100 r/min至3000 r/min。一般用于不调速(恒速)机械。TD表示同步电动机，TDL表示立式同步电动机。 3.调相机(同步补偿机) 同步电动机可以通过调节励磁电流专门改善电网功率因数，这种电机又称同步补偿机。通常为了分担电网的感性无功功率，改善电网的功率因数，应使调相机处于过励状态，如同在电网上并联一个大电容器。同步调相机的功率范围为5000～60000kV·A,电压为6.6kV、11 kV等。一般用于电网中。TT表示同步调相机。 三、真题练讲 1.（2023年河南省统一考试）若某三相变压器采用Yd11连接组，其高压侧线电压为10kV，则低压侧线电压为（ ）。 A.10kV B.5.77kV C.17.32kV D.6.35kV 答案：B 解析：Yd11连接组中，高压侧星形连接，低压侧三角形连接。根据线电压关系，低压侧线电压等于高压侧相电压，即U低压侧线=U高压侧线/√3=10/√3≈5.77kV。 2.（2022年山东省统一考试）变压器空载运行时，铁芯中主要存在（ ）。 A.铜损耗 B.铁损耗 C.机械损耗 D.附加损耗 答案：B 解析：空载时副边开路，原边电流仅用于励磁，铁芯中交变磁通会产生磁滞和涡流损耗，即铁损耗，而铜损耗因电流极小可忽略。 3.（2024年河南省统一考试）某降压变压器原边匝数为1000匝，副边输出电压为220V，若将原边匝数减少10%，则副边电压变为（ ）。 A.242V B.198V C.220V D.200V 答案：A 解析：变压器变比k=N1/N2，原边匝数减少10%后，新变比k'=900/N2，副边电压U2'=U1×N2/900。因原U2=220V=U1×N2/1000，代入得U2'=220×1000/900≈242V。 4.（2025年河南省统一考试）三相四线制电路中，线电压为380V，相电压为（ ）。 A.220V B.380V C.660V D.110V 答案：A 解析：三相四线制中，线电压是相电压的√3倍，因此相电压Up=UL/√3=380/√3≈220V。 5.（2020年江苏省统一考试）变压器短路试验主要测量（ ）。 A.铁损耗 B.铜损耗 C.空载电流 D.励磁阻抗 答案：B 解析：短路试验时副边短路，原边施加低电压使电流达额定值，此时铁芯磁通很小，铁损耗可忽略，主要测量绕组电阻产生的铜损耗。 四、限时练讲 1.变压器铁芯采用硅钢片叠压是为了（ ）。 A.减少涡流损耗 B.提高导磁率 C.降低成本 D.增加机械强度 答案：A 解析：硅钢片表面绝缘，可限制涡流路径，从而减少涡流损耗。 2.某单相变压器原边电压为220V，副边接100Ω负载时，副边电流为2.2A，则原边电流为（ ）。 A.10A B.0.1A C.2.2A D.0.22A 答案：B 解析：副边电压U2=I2×R=2.2×100=220V，变比k=1，原边电流I1=I2/k=2.2A。 3.中性点不接地系统中，发生单相接地故障时，非故障相电压（ ）。 A.升高√3倍 B.降低√3倍 C.不变 D.升高2倍 答案：A 解析：中性点不接地系统中，单相接地时故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至线电压，即原相电压的√3倍。 4.变压器的效率最高时，其（ ）。 A.铁损耗大于铜损耗 B.铁损耗等于铜损耗 C.铁损耗小于铜损耗 D.与负载大小无关 答案：B 解析：变压器效率公式为\eta=P2/P1，当铁损耗等于铜损耗时，效率达到最大值。 5.三相异步电动机的旋转磁场转速取决于（ ）。 A.电源频率和磁极对数 B.电源电压和负载大小 C.转子电阻和电抗 D.定子绕组匝数 答案：A 解析：旋转磁场转速n0=60f/p，其中f为电源频率，p为磁极对数。 6.某RLC串联电路中，电阻R=10Ω，电感L=0.1H，电容C=100μF，当电源频率为50Hz时，电路呈（ ）。 A.感性 B.容性 C.阻性 D.无法判断 答案：A 解析：感抗XL=2πf L≈31.4Ω，容抗XC=1/2πf C≈31.8Ω，因XL<XC，电路呈容性。 7.安全用电中，我国规定的安全电压等级不包括（ ）。 A.42V B.36V C.24V D.12V 答案：A 解析：我国安全电压等级为42V、36V、24V、12V、6V，42V仅适用于特殊场所。 8.变压器的额定容量是指（ ）。 A.输入有功功率 B.输出有功功率 C.输入视在功率 D.输出视在功率 答案：D 解析：额定容量是指变压器在额定状态下的输出视在功率，单位为kVA。 9.简述变压器的基本结构及各部分作用。 答案：变压器主要由铁芯、绕组和附件组成。铁芯作为导磁路径，采用硅钢片叠压减少涡流损耗；绕组分为原副边，通过电磁感应实现电压变换；附件包括油箱、套管等，油箱用于绝缘和散热，套管引出高低压引线，分接开关可调节输出电压。 10.说明三相变压器Yd11连接组的含义及应用场景。 答案：Yd11表示高压侧星形连接，低压侧三角形连接，低压侧线电压滞后高压侧线电压30°（时钟法）。该连接组广泛用于高压输电系统，可减少线路损耗，同时适用于35kV以下高压侧、400V以上低压侧的配电场景，尤其适合不对称负载。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.重点掌握电磁感应定律、能量守恒及基尔霍夫定律在电路分析中的应用，通过实验观察变压器空载与负载时的现象，结合公式推导加深对变比、损耗等概念的理解。 2.针对变压器连接组计算、三相电路线电压/相电压关系、RLC谐振特性等高频考点，分类整理历年真题和模拟题，总结解题步骤（如Yd11连接组的相位差计算），避免机械记忆。 3.通过万用表测量变压器绕组电阻、示波器观察波形等实操，验证理论知识（如空载电流波形），同时掌握兆欧表检测绝缘电阻的方法，提升故障排查能力。 4.以接地保护、安全电压为核心，结合案例分析（如中性点不接地系统故障处理），理解不同场景下的安全用电规范，避免死记硬背条文。 5.建立错题本，标注易混淆知识点（如铁损耗与铜损耗的区别），定期进行限时模拟测试，训练在45分钟内完成选择题和简答题的能力，提高答题速度与准确性。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$