第6卷 同步电机 山东省（春季高考）《电机与变压器》（高教版·第5版） 单元过关卷

山东省（春季高考）考纲百套卷 第6卷 同步电机 单元过关卷《变压器与电动机》电气技术类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 凸极式同步电机的转子磁极结构特点是（ ） A. 磁极隐埋在转子铁心内 B. 转子为圆柱形 C. 磁极突出于转子表面 D. 转速高 2. 凸极式同步电机主磁极磁场的波形为（ ） A. 正弦波 B. 平顶波 C. 锯齿波 D. 方波 3. 凸极式与隐极式同步电机的根本区别在于（ ） A. 磁极结构 B. 转速高低 C. 容量大小 D. 应用场景 4. 以下哪项是隐极式同步电机的应用场景（ ） A. 低速水轮发电机 B. 高速汽轮发电机 C. 中频感应加热电源 D. 小型空气压缩机 5. 悬式水轮发电机的推力轴承位于（ ） A. 转子下方 B. 转子上方 C. 定子内侧 D. 机座底部 6. 旋转磁极式同步电机的特点不包括（ ） A. 励磁电流小 B. 电枢在定子便于散热 C. 输出电流经电刷 D. 适合大容量设备 7. 三相同步电机铭牌上的 “额定电压” 指的是（ ） A. 相电压的有效值 B. 线电压的有效值 C. 相电压的最大值 D. 线电压的最大值 8. 同步电机作为发电机时，定子导体产生电动势的原因是（ ） A. 与转子旋转磁场有相对运动 B. 通入直流电 C. 磁极对数变化 D. 负载变化 9. 同步电机额定效率指（ ） A. 输入功率与输出功率之比 B. 输出功率与输入功率之比 C. 额定容量与视在功率之比 D. 视在功率与额定容量之比 10. 同步电动机效率随负载变化（ ） A. 负载增加效率降低 B. 负载增加效率提高 C. 效率恒定 D. 仅与励磁有关 11. 下列关于同步调相机的说法，错误的是（ ） A. 可安装在变电站中 B. 能改善电网电压质量 C. 运行时需要消耗有功功率 D. 可替代电容器补偿无功 12. 三次谐波励磁系统的谐波绕组安装位置是哪里（ ） A. 转子磁极表面 B. 直流电源侧 C. 集电环上 D. 定子槽中 13. 下列哪种励磁系统的励磁电流来源与其他不同（ ） A. 晶闸管自励恒压励磁系统 B. 三次谐波励磁系统 C. 同轴直流并励励磁系统 D. 无刷励磁系统 14. 晶闸管他励恒压励磁系统中，采用100Hz交流励磁机的目的是（ ） A. 降低成本 B. 增大体积 C. 改善励磁电流波形，提高反应速度 D. 简化控制系统 15. 同步电动机异步启动时，励磁绕组需串联电阻的目的是什么（ ） A. 提高功率因数 B. 减小磁阻转矩 C. 增大启动转矩 D. 限制感应电流 16. 对于大型同步电动机，采用异步启动法时可能存在的问题是？（ ） A. 启动设备复杂 B. 启动电流过小 C. 启动转矩不足 D. 无法实现同步运行 17. 阻尼绕组在同步电动机中的主要作用是（ ） A. 减小振荡 B. 作为启动绕组 C. 增强磁极强度 D. 固定励磁绕组 18. 采用辅助启动法时，辅助电动机的主要作用是？（ ） A. 提供励磁电流 B. 降低同步电动机启动电流 C. 带动同步电动机转子达到亚同步转速 D. 增大同步电动机启动转矩 19. 同步电动机启动时，若励磁绕组开路可能导致什么问题（ ） A. 励磁电压过高 B. 启动转矩过大 C. 定子绕组短路 D. 转子惯性减小 20. 同步发电机并联运行时，如果电网发生短时故障，发电机应如何响应（ ） A. 增加励磁电流 B. 减少励磁电流 C. 断开连接 D. 增加原动机输入 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 我国标准频率下，24对磁极的同步电机额定转速为125r/min。（ ） 22. 三相同步电机的铭牌上标称的温升是指电机在运行中的实际温度。（ ） 23. 三相同步电机的定子是由定子铁芯和定子绕组组成的。（ ） 24. 同步发电机的铁损耗仅由交变磁化引起，与直流励磁电流无关。（ ） 25. 电枢反应会使同步发电机的气隙磁场增强。（ ） 26. 同轴直流发电机励磁系统中，直流励磁发电机与同步电机共用同一根转轴，因此无需额外动力即可运转。（ ） 27. 永磁同步电动机的励磁来源于永磁体，无需外部励磁电源，具有结构简单、效率高的特点。（ ） 28. 同步电动机的启动方法中，变频启动无需借助阻尼绕组即可实现平滑启动。（ ） 29. 同步发电机与电网并联后，自整步作用可自动改变相序适应电网。（ ） 30. 同步发电机并联时，频率差越大，产生的功率振荡频率越低。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 同步电动机的效率为何通常高于异步电动机？列举三点原因。 32. 说明隐极式与凸极式同步发电机在结构和应用上的区别。 33. 同步发电机的功角特性如何描述？功角δ的物理意义是什么？ 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 简述隐极式同步发电机转子的组成、材料及选择该材料的原因。​ 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 $ 山东省（春季高考）考纲百套卷 第6卷 同步电机 单元过关卷《变压器与电动机》电气技术类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 凸极式同步电机的转子磁极结构特点是（ ） A. 磁极隐埋在转子铁心内 B. 转子为圆柱形 C. 磁极突出于转子表面 D. 转速高 【答案】C 【解析】凸极式同步电机的转子磁极（如永磁体或励磁绕组绕制的磁极）直接突出于转子铁心表面，结构上极数较多，适合低速运行。A 选项磁极隐埋是隐极式转子的特点；B 选项转子为圆柱形是隐极式转子的外观特征；D 选项转速高是隐极式转子的适用场景，故选 B。 2. 凸极式同步电机主磁极磁场的波形为（ ） A. 正弦波 B. 平顶波 C. 锯齿波 D. 方波 【答案】B 【解析】凸极式同步电机因极靴下气隙不均，主磁极磁场分布呈平顶波（矩形波），可分解为基波和奇次谐波，因此选B。 3. 凸极式与隐极式同步电机的根本区别在于（ ） A. 磁极结构 B. 转速高低 C. 容量大小 D. 应用场景 【答案】A 【解析】凸极式有明显磁极，转子较粗；隐极式无明显磁极，呈细长圆柱体，两者核心区别是磁极结构不同。 4. 以下哪项是隐极式同步电机的应用场景（ ） A. 低速水轮发电机 B. 高速汽轮发电机 C. 中频感应加热电源 D. 小型空气压缩机 【答案】B 【解析】隐极式转子机械强度高，适用于高速汽轮发电机。 5. 悬式水轮发电机的推力轴承位于（ ） A. 转子下方 B. 转子上方 C. 定子内侧 D. 机座底部 【答案】B 【解析】悬式水轮发电机的推力轴承装在转子上面的机架上，使转子处于悬吊状态转动，与伞式结构位置不同。 6. 旋转磁极式同步电机的特点不包括（ ） A. 励磁电流小 B. 电枢在定子便于散热 C. 输出电流经电刷 D. 适合大容量设备 【答案】C 【解析】旋转磁极式中，强大的输出电流由定子绕组直接输出，不经过电刷和滑环，可减少故障，提高可靠性。 7. 三相同步电机铭牌上的 “额定电压” 指的是（ ） A. 相电压的有效值 B. 线电压的有效值 C. 相电压的最大值 D. 线电压的最大值 【答案】B 【解析】三相同步电机铭牌上标注的额定电压，通常指的是电机在额定运行状态下，定子绕组出线端的线电压有效值，单位为伏特（V）或千伏（kV）相电压的有效值、线电压和相电压的最大值都不是铭牌上额定电压所代表的含义，因此选 B。 8. 同步电机作为发电机时，定子导体产生电动势的原因是（ ） A. 与转子旋转磁场有相对运动 B. 通入直流电 C. 磁极对数变化 D. 负载变化 【答案】A 【解析】转子旋转磁场与定子导体相对运动，切割磁感线产生交流电动势，这是发电原理。 9. 同步电机额定效率指（ ） A. 输入功率与输出功率之比 B. 输出功率与输入功率之比 C. 额定容量与视在功率之比 D. 视在功率与额定容量之比 【答案】B 【解析】额定效率是电机额定运行时的效率，即输出有功功率与输入有功功率的比值，反映能量转换效率。 10. 同步电动机效率随负载变化（ ） A. 负载增加效率降低 B. 负载增加效率提高 C. 效率恒定 D. 仅与励磁有关 【答案】B 【解析】同步电动机在额定负载附近效率最高，轻载时效率下降。 11. 下列关于同步调相机的说法，错误的是（ ） A. 可安装在变电站中 B. 能改善电网电压质量 C. 运行时需要消耗有功功率 D. 可替代电容器补偿无功 【答案】D 【解析】A 选项同步调相机常安装在变电站、大型工厂等无功功率需求大的场所，正确；B 选项通过调节无功功率，可稳定电网电压，改善电压质量，正确；C 选项同步调相机运行时，因铁损耗、铜损耗等，需从电网吸收少量有功功率维持自身运行，正确；D 选项电容器仅能提供感性无功功率（过补偿），无法吸收感性无功功率（欠补偿），而同步调相机可根据需求灵活输出或吸收无功功率，功能更全面，不能完全替代电容器，错误，故选 D。 12. 三次谐波励磁系统的谐波绕组安装位置是哪里（ ） A. 转子磁极表面 B. 直流电源侧 C. 集电环上 D. 定子槽中 【答案】D 【解析】谐波绕组嵌放在定子槽中，与主绕组共用定子铁心。 13. 下列哪种励磁系统的励磁电流来源与其他不同（ ） A. 晶闸管自励恒压励磁系统 B. 三次谐波励磁系统 C. 同轴直流并励励磁系统 D. 无刷励磁系统 【答案】C 【解析】同轴直流并励系统的励磁电流来自直流发电机，其他选项的励磁电流均来自交流电源经整流，因此选C。 14. 晶闸管他励恒压励磁系统中，采用100Hz交流励磁机的目的是（ ） A. 降低成本 B. 增大体积 C. 改善励磁电流波形，提高反应速度 D. 简化控制系统 【答案】C 【解析】100Hz的交流励磁机能使励磁电流波形更平滑，反应速度更快，同时减小设备体积，因此选C。 15. 同步电动机异步启动时，励磁绕组需串联电阻的目的是什么（ ） A. 提高功率因数 B. 减小磁阻转矩 C. 增大启动转矩 D. 限制感应电流 【答案】D 【解析】串联电阻可防止励磁绕组感应高压，避免绝缘损坏及人身危险。 16. 对于大型同步电动机，采用异步启动法时可能存在的问题是？（ ） A. 启动设备复杂 B. 启动电流过小 C. 启动转矩不足 D. 无法实现同步运行 【答案】C 【解析】大型同步电动机转子惯性大，异步启动法的启动转矩由阻尼绕组提供，难以满足大型电机启动时对转矩的需求，易出现启动困难。 17. 阻尼绕组在同步电动机中的主要作用是（ ） A. 减小振荡 B. 作为启动绕组 C. 增强磁极强度 D. 固定励磁绕组 【答案】B 【解析】阻尼绕组在同步电动机中主要承担启动功能，帮助电机启动；在发电机中则用于减小转子振荡。 18. 采用辅助启动法时，辅助电动机的主要作用是？（ ） A. 提供励磁电流 B. 降低同步电动机启动电流 C. 带动同步电动机转子达到亚同步转速 D. 增大同步电动机启动转矩 【答案】C 【解析】辅助电动机的核心作用是通过机械连接带动同步电动机转子旋转，使其转速提升至接近同步转速的亚同步转速，为后续通入励磁电流牵入同步做准备。 19. 同步电动机启动时，若励磁绕组开路可能导致什么问题（ ） A. 励磁电压过高 B. 启动转矩过大 C. 定子绕组短路 D. 转子惯性减小 【答案】A 【解析】开路时气隙磁场高速切割绕组，产生高压破坏绝缘。 20. 同步发电机并联运行时，如果电网发生短时故障，发电机应如何响应（ ） A. 增加励磁电流 B. 减少励磁电流 C. 断开连接 D. 增加原动机输入 【答案】A 【解析】在电网短时故障期间，为了维持系统稳定，发电机应增加励磁电流，以提供必要的无功支持。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 我国标准频率下，24对磁极的同步电机额定转速为125r/min。（ ） 【答案】正确 【解析】根据公式n=60×50/24=125r/min，与文档描述一致。 22. 三相同步电机的铭牌上标称的温升是指电机在运行中的实际温度。（ ） 【答案】错误 【解析】温升是指电机在额定条件下运行时，其温度相对于环境温度的升高值，而不是实际温度。 23. 三相同步电机的定子是由定子铁芯和定子绕组组成的。（ ） 【答案】正确 【解析】三相同步电机的定子确实由定子铁芯和定子绕组组成，这是产生旋转磁场的关键部件。 24. 同步发电机的铁损耗仅由交变磁化引起，与直流励磁电流无关。（ ） 【答案】错误 【解析】铁损耗包括磁滞损耗（与磁滞回线面积和频率相关）和涡流损耗（与铁芯电阻率和频率平方相关），均由主磁场交变磁化引起，但直流励磁电流决定主磁场强度，间接影响铁损大小。 25. 电枢反应会使同步发电机的气隙磁场增强。（ ） 【答案】错误 【解析】电枢反应可能使气隙磁场增强或削弱，取决于负载性质，并非一定增强。 26. 同轴直流发电机励磁系统中，直流励磁发电机与同步电机共用同一根转轴，因此无需额外动力即可运转。（ ） 【答案】正确 【解析】“同轴” 是该系统的核心特征，直流励磁发电机直接由同步电机的转轴带动，同步电机运转时可同步驱动励磁发电机，无需配置独立的传动装置或动力源，符合题干描述。 27. 永磁同步电动机的励磁来源于永磁体，无需外部励磁电源，具有结构简单、效率高的特点。（ ） 【答案】正确 【解析】永磁同步电动机的转子采用永磁材料（如钕铁硼）制成，永磁体自身能产生恒定磁场，无需像电励磁同步电机那样设置励磁绕组和直流励磁电源，简化了电机结构，减少了励磁损耗，同时具有功率密度高、效率高的优势，符合其性能特点，因此该说法正确。 28. 同步电动机的启动方法中，变频启动无需借助阻尼绕组即可实现平滑启动。（ ） 【答案】正确 【解析】变频启动通过连续调节电源频率和电压，使电机转速逐步上升至同步转速，无需阻尼绕组产生异步转矩。 29. 同步发电机与电网并联后，自整步作用可自动改变相序适应电网。（ ） 【答案】错误 【解析】自整步作用是指电压、相位不同时自动调整相位进入同步，无法改变相序，相序需提前匹配。 30. 同步发电机并联时，频率差越大，产生的功率振荡频率越低。（ ） 【答案】错误 【解析】频率差决定了发电机与电网间的 “相对运动速度”，频率差越大，两者的相对运动越快，有功功率和无功功率的交换周期越短，功率振荡频率越高，而非越低。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 同步电动机的效率为何通常高于异步电动机？列举三点原因。 【答案】同步电动机效率通常较高，主要原因有三点：一是转子采用直流励磁，稳态运行时转子没有因转差产生的感应电流，因而不存在异步电动机显著的转子滑差铜损，但励磁绕组仍有直流铜损；二是励磁电流可以调节，使电动机在接近单位功率因数甚至超前功率因数下运行，从而减小定子电流和定子铜损；三是同步电动机转子与旋转磁场同步运行，转子铁芯中的磁通基本不交变，转子铁损较小，且可通过合理设计降低附加损耗，因此总损耗通常较低。 【解析】同步电动机与异步电动机相比，转子不依靠感应电流产生转矩，而是采用直流励磁并以同步转速运行。因此，转子不存在由转差引起的感应电流及其对应的滑差铜损，但励磁绕组本身仍存在直流铜损，不能简单表述为“无转子铜损”。同步电动机还可以通过调节励磁电流改善功率因数，使定子电流减小，从而降低定子铜损和线路无功负担。稳态同步运行时，转子铁芯相对于自身磁场的磁通变化较小，转子铁损较低；结合合理的电磁和机械设计，其总损耗通常小于同容量异步电动机，所以效率通常较高。 32. 说明隐极式与凸极式同步发电机在结构和应用上的区别。 【答案】隐极式转子为细长圆柱体，用整块合金钢锻制，磁极对数少，适用于高速汽轮发电机；凸极式有明显磁极，由钢板冲片叠成，磁极对数多，适用于低速水轮发电机，且常含阻尼绕组。 【解析】隐极式同步发电机的转子呈细长圆柱形，励磁绕组嵌入转子表面的槽内，通常用整块高强度合金钢锻件加工而成，磁极对数较少，适合在高转速下运行，因此主要用于汽轮发电机。凸极式同步发电机的转子具有明显凸出的磁极，磁极铁芯通常采用硅钢片叠装，励磁绕组集中绕在磁极上，磁极对数较多，适合低速运行，主要用于水轮发电机。凸极式转子还常设置阻尼绕组，用于改善并网运行和动态过程中的稳定性。 33. 同步发电机的功角特性如何描述？功角δ的物理意义是什么？ 【答案】功角特性：同步发电机的电磁功率Pe与功角δ的关系为：Pe=mU/Xs*sinδ其中m为相数，E0为空载电动势，U为端电压，Xs为同步电抗。功角δ的物理意义：指空载电动势E0与端电压U之间的相位差。代表转子主磁场与定子旋转磁场之间的空间夹角，反映了电机能量转换的“扭角”。 【解析】在忽略定子电阻、采用隐极式同步发电机或用等效同步电抗Xs表示，并且端电压和励磁电势幅值基本不变时，电磁功率与功角的关系为：Pe=mE0U/Xs·sinδ。其中，m为相数，E0为空载电动势，U为端电压，Xs为同步电抗。功角δ是内部空载电动势E0与端电压U之间的电角度，发电机运行时通常表示E0超前U的角度；从空间角度看，它还反映转子主磁场与定子合成旋转磁场之间的相对位置关系，是电机实现机电能量转换的重要“扭角”。当δ增大时，传输功率在一定范围内增大，理论最大值出现在δ=90°附近；实际运行中应留有稳定裕度。对于凸极式同步发电机，功角特性还包含由直轴、交轴电抗不同引起的附加磁阻功率项。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 简述隐极式同步发电机转子的组成、材料及选择该材料的原因。​ 【答案】隐极式同步发电机转子由转子铁芯和励磁绕组组成；转子铁芯采用整块高强度合金钢制成。选择该材料的原因是：隐极式同步发电机多用于高速场景（如汽轮发电机），高速旋转时转子需承受巨大离心力，整块高强度合金钢具有极高的机械强度，能抵抗离心力作用，避免转子变形或损坏，保证电机稳定运行。 【解析】隐极式同步发电机转子主要由圆柱形转子铁芯和励磁绕组组成，励磁绕组嵌装在转子表面的槽内。由于隐极式同步发电机通常用于汽轮发电机，转速高，转子旋转时会承受很大的离心力和机械应力，因此转子铁芯一般采用整块高强度合金钢锻件制造，而不是普通叠片结构。高强度合金钢具有较高的机械强度和抗疲劳能力，能够承受高速旋转产生的离心力，减小转子变形、裂纹或损坏的风险，保证发电机安全稳定运行。 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 $