2025年大学本科一年级（电气工程及其自动化）电机学基础测试题及答案.doc

2025年大学本科一年级（电气工程及其自动化）电机学基础测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）

答题要求：本卷共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 一台直流发电机，由额定运行状态转速下降为原来的30%，而励磁电流及电枢电流不变，则（ ）
A. Ea下降30% B. T下降30% C. a下降30% D. 端电压下降为原来的30%
答案：A

2. 同步发电机稳态运行时，若所带负载为感性cosφ=0.8，则其电枢反应的性质为（ ）
A. 交轴电枢反应 B. 直轴去磁电枢反应 C. 直轴助磁电枢反应 D. 直轴去磁与交轴电枢反应
答案：D

3. 变压器的其它条件不变，仅将一、二次侧匝数同时减少10%，则X1、X2及Xm的大小将（ ）
A. X1和X2同时减少10%，Xm增大 B. X1和X2同时减少到原来的0.81倍，Xm减少 C. X1和X2同时减少到原来的0.81倍，Xm增加 D. X1和X2同时减少10%，Xm减少
答案：B

4. 一台三相变压器，SN=20kVA，U1N/U2N=1000/400V，Y，yn0联结，当此变压器额定运行时，二次侧的额定电流值为（ ）
A. 50A B. 28.87A C. 16.67A D. 10A
答案：A

5. 一台并励直流电动机，在保持转矩不变时，如果电源电压U降为0.5UN，忽略电枢反应和磁路饱和的影响，此时电机的转速（ ）
A. 不变 B. 转速降低到原来转速的0.5倍 C. 转速下降 D. 无法判定
答案：C

6. 一台绕线式异步电动机，如果将其定子绕组短接，转子绕组接至频率为f1=50Hz的三相交流电源，在气隙中产生顺时针方向的旋转磁场，设转子的转速为n，那么转子的转向是（ ）
A. 顺时针 B. 不转 C. 逆时针 D. 不能确定
答案：A

7. 在变压器中，主磁通和漏磁通的性质和作用有什么不同？（ ）
A. 主磁通同时与一、二次绕组交链，起传递能量作用；漏磁通只与一次绕组交链，起漏电抗压降作用 B. 主磁通只与一次绕组交链，起传递能量作用；漏磁通同时与一、二次绕组交链，起漏电抗压降作用 C. 主磁通和漏磁通都只与一次绕组交链，都起漏电抗压降作用 D. 主磁通和漏磁通都同时与一、二次绕组交链，都起传递能量作用
答案：A

8. 同步发电机带感性负载运行时，其调整特性是（ ）
A. 一条上升的直线 B. 一条下降的直线 C. 一条水平直线 D. 一条上翘的曲线
答案：A

9. 一台他励直流电动机拖动恒转矩负载运行时，若减小电枢电压，待电机稳定运行后，此时电动机的电磁转矩（ ）
A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定
答案：C

10. 三相异步电动机在额定负载运行时，如果电源电压突然下降，则电动机的转速（ ）
A. 上升 B. 下降 C. 不变 D. 停止
答案：B

第II卷（非选择题 共70分）

（一）填空题（共15分）

答题要求：本大题共5小题，每空1分。

1. 直流电机的电枢绕组有两种基本形式，分别是______绕组和______绕组。
答案：叠、波

2. 变压器的空载试验通常在______侧进行，短路试验通常在______侧进行。
答案：低压、高压

3. 同步发电机的短路特性是一条______线，它反映了同步发电机______电流与______电流之间的关系。
答案：直线、短路、励磁

4. 三相异步电动机的调速方法有______调速、______调速和______调速。
答案：变极、变频、改变转差率

5. 他励直流电动机的调速方法有______调速、______调速和______调速。
答案：电枢串电阻、降低电枢电压、弱磁

（二）简答题（共20分）

答题要求：本大题共4小题，每题5分。

简述直流电机的可逆原理。
答案：直流电机的可逆原理是指同一台直流电机，既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行。当直流电机作为发电机运行时，电枢绕组在原动机的拖动下旋转，切割气隙磁场，产生感应电动势，向负载输出电能；当直流电机作为电动机运行时，电枢绕组通入直流电流，在气隙磁场作用下产生电磁转矩，拖动负载旋转，输入电能。

简述变压器的电压调整率的定义及影响因素。
答案：变压器的电压调整率是指变压器一次侧接额定电压，二次侧空载时的电压U20与二次侧带额定负载时的电压U2之差，与二次侧额定电压U2N的比值，用百分数表示。影响电压调整率的因素主要有变压器的短路阻抗、负载的性质（电阻性、电感性、电容性）等。短路阻抗越大，电压调整率越大；感性负载时电压调整率为正，容性负载时电压调整率可能为负。

简述同步发电机的并网条件。
答案：同步发电机的并网条件有：（1）发电机的频率与电网频率相等；（2）发电机的电压幅值与电网电压幅值相等；（3）发电机的电压相位与电网电压相位相同；（4）发电机的相序与电网相序一致。

简述三相异步电动机的工作原理。
答案：三相异步电动机的工作原理是基于电磁感应原理。当三相异步电动机的定子绕组通入三相对称交流电流时，在气隙中产生旋转磁场。旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电动势和感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场的方向旋转。由于转子的转速总是低于旋转磁场的转速，所以称为异步电动机。

（三）计算题（共15分）

答题要求：本大题共2小题，第1题7分，第2题8分。

一台三相变压器，SN=100kVA，U1N/U2N=6300/400V，Y，y0联结，已知每匝线圈感应电动势为5V，短路阻抗标幺值Zk = 0.06，求：（1）一、二次侧绕组匝数；（2）短路阻抗Zk。
答案：（1）根据每匝线圈感应电动势公式E = 4.44fNΦm，可得一次侧绕组匝数N1 = U1N /（4.44fE），二次侧绕组匝数N2 = U2N /（4.44fE）。已知E = 5V，U1N = 6300V，U2N = 400V，f = 50Hz，则N1 = 6300 /（4.44×50×5）≈57（匝），N2 = 400 /（4.44×50×5）≈4（匝）。（2）短路阻抗标幺值Zk = Zk /（U1N2 / SN），已知Zk = 0.06，SN = 100kVA，U1N = 6300V，则Zk = Zk×（U1N2 / SN）= 0.06×（63002 / 100×103）≈23.81（Ω）。

一台他励直流电动机，PN = 10kW，UN = 220V，IN = 53.8A，nN = 1500r/min，Ra = 0.4Ω，若电动机拖动恒转矩负载运行，要求转速降为1000r/min，求应串入的电阻值。
答案：首先计算电动机的电动势系数Ce = UN - INRa / nN = （220 - 53.8×0.4）/ 1500≈0.137。当转速降为1000r/min时，电枢电流Ia = （UN - Ce n）/ Ra = （220 - 0.137×1000）/ 0.4 = 207.5A。设应串入的电阻为R，则Ia = （UN - Ce n）/（Ra + R），即207.5 = （220 - 0.137×1000）/（0.4 + R），解得R≈0.64Ω。

（四）分析题（共15分）

答题要求：本大题共3小题，每题5分。

材料：一台三相异步电动机，在运行过程中出现了转速下降、电流增大的现象。请分析可能的原因。
答案：转速下降、电流增大可能的原因有：（1）电源电压下降，导致电动机的电磁转矩减小，转速下降，同时电流增大；（2）负载增加，电动机的转矩需求增大，转速下降，电流增大；（3）电机绕组短路或接地，导致电机性能下降，出现转速下降、电流增大的情况；（4）电机轴承损坏，导致电机运行不畅，也可能出现这种现象。

材料：一台直流发电机，在运行过程中输出电压不稳定。请分析可能的原因。
答案：输出电压不稳定可能的原因有：（1）励磁电流不稳定，导致磁场强度变化，从而使输出电压不稳定；（2）电枢绕组有短路或断路故障，影响感应电动势的产生，使电压不稳定；（3）电刷与换向器接触不良，导致接触电阻变化，影响输出电压；（4）负载变化较大，引起电枢反应变化，也会使输出电压不稳定。

材料：一台同步发电机，在并网运行时出现了振荡现象。请分析可能的原因。
答案：并网运行时出现振荡现象可能的原因有：（1）发电机与电网的频率差、电压差、相位差过大，导致并网瞬间冲击较大，引起振荡；（2）调速器或励磁调节器故障，不能及时调整发电机的频率和电压，使发电机与电网不能稳定同步运行；（3）负载突变，导致发电机的电磁转矩发生变化，引起振荡；（4）电网故障，如电压波动、短路等，影响发电机的运行稳定性，导致振荡。

（五）设计题（共5分）

答题要求：设计一个简单的实验来测定直流电动机的机械特性。

答案：实验步骤如下：首先，将直流电动机与可调电源、测功机等设备连接好。调节电源电压，使电动机在不同的电枢电压下运行。记录电动机的电枢电压U、电枢电流I、转速n。通过测功机测量电动机的输出转矩T。根据公式T = 9.55（P2 / n）（P2为输出功率）计算出不同运行状态下的转矩。然后，以转速n为横坐标，转矩T为纵坐标，绘制出直流电动机的机械特性曲线。通过改变电枢电压，重复上述步骤，得到不同电压下的机械特性曲线，从而全面测定直流电动机的机械特性。