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2025年电气工程电机原理练习试题及答案

一、单项选择题（每题 3 分，共 30 分）
1. 一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则电枢绕组中（ ）。
A. 感应电动势为零
B. 感应电动势大小不变，方向交变
C. 感应电动势大小交变，方向不变
D. 感应电动势大小和方向均不变
答案：A
解析：电枢固定，电刷与磁极同时旋转时，电枢绕组与磁场之间没有相对切割运动，所以感应电动势为零。
2. 变压器的空载损耗（ ）。
A. 全部为铜损耗
B. 全部为铁损耗
C. 主要为铜损耗
D. 主要为铁损耗
答案：D
解析：变压器空载时，一次绕组中有电流，主要是产生主磁通，此时的损耗主要是铁损耗，铜损耗很小。
3. 异步电动机的转差率 s 的变化范围是（ ）。
A. 0 < s < 1
B. s < 0
C. s > 1
D. s = 0
答案：A
解析：异步电动机运行时，转子转速 n 总是小于同步转速 n0，转差率 s=(n0 - n)/n0，所以 0 < s < 1。
4. 同步发电机的额定功率是指（ ）。
A. 转轴上输入的机械功率
B. 转轴上输出的机械功率
C. 电枢绕组中输出的电功率
D. 电枢绕组中输入的电功率
答案：C
解析：同步发电机额定功率是指电枢绕组中输出的电功率。
5. 直流电动机的调速方法中，能实现无级调速且能量损耗小的是（ ）。
A. 改变电枢回路电阻调速
B. 改变励磁磁通调速
C. 改变电源电压调速
D. 串级调速
答案：C
解析：改变电源电压调速可实现无级调速，且能量损耗小。改变电枢回路电阻调速有级调速且损耗大；改变励磁磁通调速调速范围有限；串级调速用于绕线式异步电动机。
6. 变压器的变比是指（ ）。
A. 一、二次侧绕组匝数之比
B. 一、二次侧电压之比
C. 一、二次侧电流之比
D. 以上都是
答案：D
解析：变压器变比等于一、二次侧绕组匝数之比，也等于一、二次侧电压之比，对于理想变压器还等于一、二次侧电流之比的倒数。
7. 异步电动机的最大转矩与（ ）。
A. 电源电压成正比
B. 电源电压平方成正比
C. 电源电压成反比
D. 电源电压平方成反比
答案：B
解析：异步电动机最大转矩 Tm = 9.55U1²/(2πf1)×[1/(R2²+(X20²))]，与电源电压平方成正比。
8. 同步发电机并网运行的条件是（ ）。
A. 频率相等、电压相等、相序相同、相位相同
B. 频率相等、电压相等、相序相同
C. 频率相等、电压相等、相位相同
D. 频率相等、相序相同、相位相同
答案：A
解析：同步发电机并网运行需满足频率相等、电压相等、相序相同、相位相同四个条件。
9. 直流电动机的电枢电动势与（ ）。
A. 电枢电流成正比
B. 电枢电流成反比
C. 主磁通成正比
D. 主磁通成反比
答案：C
解析：直流电动机电枢电动势 Ea = CeΦn，与主磁通成正比。
10. 变压器的短路阻抗 Zk 反映了变压器的（ ）。
A. 短路电流大小
B. 短路时的损耗
C. 短路时的漏抗大小
D. 以上都是
答案：D
解析：短路阻抗 Zk 与短路电流成反比，反映短路时的损耗，其大小主要取决于漏抗。

二、填空题（每题 2 分，共 20 分）
1. 直流发电机的电磁转矩方向与电枢转向（ ）。
答案：相反
解析：直流发电机中电磁转矩是制动转矩，与电枢转向相反。
2. 变压器的变比 k =（ ）/（ ）。
答案：N1/N2（一次侧绕组匝数/二次侧绕组匝数）
解析：变比定义为一二次侧绕组匝数之比。
3. 异步电动机的转差率 s =（ ）/（ ）。
答案：(n0 - n)/n0（同步转速 - 转子转速）/同步转速
解析：转差率公式。
4. 同步发电机的励磁方式分为（ ）励磁和（ ）励磁。
答案：直流；交流
解析：同步发电机励磁方式分类。
5. 直流电动机的调速方法有（ ）调速、（ ）调速和（ ）调速。
答案：改变电枢回路电阻；改变励磁磁通；改变电源电压
解析：直流电动机常见调速方法。
6. 变压器的空载电流主要是用于产生（ ）。
答案：主磁通
解析：空载电流主要作用是产生主磁通。
7. 异步电动机的启动电流一般为额定电流的（ ）倍。
答案：4 - 7
解析：异步电动机启动电流较大，一般为额定电流 4 - 7 倍。
8. 同步发电机的功率因数 cosφ 与（ ）有关。
答案：励磁电流大小
解析：同步发电机功率因数与励磁电流大小有关。
9. 直流电动机的电枢绕组是（ ）绕组。
答案：闭合
解析：直流电动机电枢绕组是闭合绕组。
10. 变压器的效率 η =（ ）/（ ）×100%。
答案：输出功率/输入功率
解析：变压器效率公式。

三、简答题（每题 10 分，共 30 分）
1. 简述直流电动机的工作原理。
答案：直流电动机是根据通电导体在磁场中受力的原理工作的。当直流电动机的电枢绕组中通入直流电流时，电枢绕组在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩，驱动电枢旋转。同时，电枢绕组在磁场中旋转时会产生感应电动势，其方向与电枢电流方向相反，起到阻碍电枢转动的作用。当电枢在原动机拖动下以与磁场相对运动方向相反的方向旋转时，电枢绕组中感应电动势的方向与电枢电流方向相同，此时电机作为发电机运行，将机械能转换为电能。
解析：阐述直流电动机利用通电导体在磁场中受力原理工作，以及运行时电磁转矩、感应电动势等情况。
2. 说明变压器的电压变换原理。
答案：变压器是利用电磁感应原理来变换电压的。当一次绕组接上交流电源时，一次绕组中就有电流流过，在铁心中产生交变磁通。这个交变磁通同时穿过一次绕组和二次绕组，在二次绕组中感应出电动势。根据电磁感应定律，一次绕组电动势 E1 = 4.44fN1Φm，二次绕组电动势 E2 = 4.44fN2Φm，其中 f 是电源频率，N1、N2 分别是一、二次绕组匝数，Φm 是主磁通最大值。所以一、二次侧电压之比 U1/U2 = E1/E2 = N1/N2，即变压器变比。通过改变一、二次绕组匝数比，可以实现电压的变换。
解析：解释变压器利用电磁感应原理，通过交变磁通在一二次绕组感应电动势来实现电压变换，给出相关公式说明变比关系。
3. 简述异步电动机的调速方法及其特点。
答案：异步电动机的调速方法主要有以下几种：
（1）改变磁极对数调速：通过改变定子绕组的连接方式来改变磁极对数，从而实现调速。特点是调速平滑性差，只能有级调速，调速范围有限，适用于恒转矩负载。
（2）改变转差率调速：
- 改变电枢回路电阻调速：通过在电枢回路中串入电阻来改变转差率。特点是调速范围小，调速电阻上消耗功率大，经济性差，适用于小容量电动机的调速。
- 改变电源电压调速：通过改变电源电压来改变转差率。特点是调速范围小，调速时电动机效率降低，适用于风机、泵类负载。
- 串级调速：用于绕线式异步电动机，通过在转子回路中串入附加电动势来调速。特点是效率较高，调速范围较大，适用于恒转矩负载。
（3）变频调速：通过改变电源频率来改变同步转速，从而实现调速。特点是调速范围宽，平滑性好，效率高，能实现无级调速，适用于各种负载。
解析：分别阐述异步电动机几种调速方法，包括改变磁极对数、改变转差率（细分三种）和变频调速，说明各自特点及适用负载类型。

四、计算题（每题 10 分，共 20 分）
1. 一台三相异步电动机，额定功率 Pn = 10kW，额定电压 Un = 380V，额定转速 nN = 1450r/min，额定效率 ηN = 0.88，额定功率因数 cosφN = 0.85。求该电动机的额定电流 In。
答案：根据公式 Pn = √3UnIncosφNηN，可得 In = Pn/(√3UncosφNηN)。将 Pn = 10kW，Un = 380V，cosφN = 0.85，ηN = 0.88 代入公式，In = 10000/(√3×380×0.85×0.88)≈20.7A。
解析：利用三相异步电动机额定功率与额定电流、电压、功率因数、效率的关系公式进行计算。
2. 一台单相变压器，SN = 20kVA，U1N/U2N = 220V/110V，求变压器一、二次侧的额定电流 I1N 和 I2N。
答案：对于单相变压器，SN = U1NI1N = U2NI2N。则 I1N = SN/U1N = 20000/220≈90.9A，I2N = SN/U2N = 20000/110≈181.8A。
解析：根据单相变压器容量与一二次侧电压、电流的关系公式求解。

五、综合分析题（10 分）
某工厂有一台三相异步电动机，经常出现启动困难的现象。请分析可能的原因，并提出相应的解决措施。
答案：启动困难可能的原因及解决措施如下：
（1）电源电压过低：检查电源电压，若电压过低，可调整供电电压或采用降压启动设备。
（2）电动机负载过重：检查负载情况，减轻负载或更换大容量电动机。
（3）启动设备故障：检查启动设备，如接触器、继电器等，修复或更换故障部件。
（4）电动机绕组短路或断路：用绝缘电阻表和万用表检查电动机绕组，修复短路或断路处。
（5）电动机转子卡住：检查电动机转子，排除机械故障。
（6）轴承损坏：更换损坏的轴承。
（7）定子铁心短路：检查定子铁心，修复短路故障。
（8）启动时环境温度过低：适当提高环境温度或对电动机进行预热。
解析：全面分析三相异步电动机启动困难可能涉及的电源、负载、设备、绕组、机械等方面的原因，并针对各原因提出相应解决办法。