电机学期末试题及答案.docx

电机学Ｉ试题
（华南理工大学电力学院２００５．６）

姓名班级学号（指班内序号）成绩

注意： 1. 一、二、三题答案必须直接写在试题相应位置；
2. 四、五、六题写在答题纸上；
3. 不得自带草稿纸；
4．答题前必须在每页（包括答题纸和草稿纸）右下角写上自己的名字，才可拆开试卷。

一、填空（25分）
1. 电机是装置。
2. 变压器绕组归算的原则是：在归算前后，不变；不变。
3. 变压器的效率在达到最大值。
4. 为了使电动势波形接近正弦波，三相变压器比较好的绕组联结方法为：。
5. 自耦变压器功率传递的特点为。
6. 短距因数的物理意义为。
7. 一相绕组的感应电动势计算公式为；其中的匝数N是指。
8. 对称三相绕组、通对称三相电流，产生的合成磁动势为圆形旋转磁动势。其旋转的规律为：          ；其幅值为单相磁动势的倍。
9. 同步旋转磁场的转速n（转每分钟）、极对数p、电流频率f之间的关系为。
10. 感应电机转子反应的物理意义为。
11. 为了获得感应电机的T型等效电路，需要对转子绕组进行和归算。
13. 感应电机做堵转试验时，转子电流的频率为。
14. 感应电动机传递到转子回路的电磁功率，可以分割成转子铜耗2、总机械功率（转换功率）PW。二者同的关系为2=；PW =。
15. 同步电机的电枢反应是指。
16. 同步发电机的空载特性是指：转子转速保持同步、电枢绕组开路时，之间的关系。
17. 功角的含义是：从电路（电压）角度看，它是之间的夹角；从磁场角度看，它是之间的夹角。
18. 对于凸极同步发电机，已知电枢电流I、电压U、功率因数j、、，求取励磁电动势E0时，需要利用一个虚拟电动势来求取I和E0的夹角Y0。。
19. 同步发电机机投入并网的条件为：1)相序相同；2)；3)。

二、正确的打“√”；错误的打“´”（25分）
1. 变压器一次侧接额定电压不变，则负载的主磁通比空载的主磁通略小。                    （）
2．如果变压器一次侧绕组和二次侧绕组的匝数比为12，则一次侧归算到二次侧时，电动势和电压要乘以k倍，电流乘以1倍，阻抗乘以k2倍。                                          （）
3．考虑磁路的饱和时，如果变压器主磁通为正弦波，则产生主磁通励磁电流也是正弦波。（）
4．三相变压器绕组采用Y，d连接时，共有1、3、5、7、9、11六个组号。                    （）
5．对称三相绕组通入对称三相电流时，除产生基波旋转磁动势外，还会产生3次、5次、7次、9次……等一序列的奇数次高次谐波旋转磁动势。（）
6．对称三相绕组通入对称三相电流，当某相电流达到交流的最大值时，基波合成旋转磁动势波的幅值就将和该相绕组的轴线重合。（）
7．只要电源电压不变，感应电动机的铁耗就基本不变。（）
8．当感应电动机的定子接电源、转子短路堵转时，电机的电磁功率、输出功率和电磁转矩均为零。（）
9．对绕线型感应电动机，转子串电阻可以增大起动转矩；对笼型感应电动机，定子绕组串电阻可以增大起动转矩。（）
10．对感应电动机，进行恒转矩变频调速，基本上要求电源电压随频率正比变化。            （）
11．若同步电机的气隙合成磁场超前于转子主磁场，则电机运行于发电机状态。              （）
12．对于隐极同步发电机，其同步电抗等于电枢反应电抗。（）
13．通常同步发电机工作在过励状态，以便提供无功功率，改善电网的功率。                （）
14．变压器的额定容量单位为。（）
15．考虑铁耗时，变压器的励磁电流同其产生的主磁通同相位。（）
16．变压器的空载试验通常在高压侧加电压、测量。（）
17．电角度＝机械角度×2p。（）
18．双层叠绕组的最多并联之路数为２。（）
19．正常空载运行的三相感应电动机，忽然一相断线，则必然停转。（）
20．感应电动机的最大电磁转矩同转子电阻成正比。（）
21．感应电动机的功率因数很高。（）
22．同步发电机调节励磁就可以调节输出的有功。（）
23．忽略电枢绕组电阻时，同步发电机的短路电流为纯直轴分量。（）
24．忽略电枢绕组电阻、负载j=0时，同步发电机的输出电流为纯交轴分量。（）
25．单层绕组可以靠短距来消弱谐波。（）

三、单选题（13分）
1．变压器在负载运行时，建立主磁通的励磁磁动势是。
A 一次绕组产生的磁动势B 二次绕组产生的磁动势
C 一次和二次绕组产生的合成磁动势           D 以上都不对
2．一台三相电力变压器，二次侧带对称负载，且输出电压恰好等于其二次侧的空载电压，则该负载一定是。
A 纯电阻负载B 电感性负载
C 电容性负载 D 无法判断
3．两台容量不同、变比和连接组别相同的三相变压器并联运行，则变压器所分担的容量之标幺值。
A 和短路阻抗成正比 B 和短路阻抗成反比
C 和短路阻抗标幺值成正比 D 和短路阻抗标幺值成反比
4．由定子对称三相绕组产生的次空间谐波磁动势，旋转速度。
A 等于零B 是基波磁场转速的倍
C 等于基波磁场转速D是基波磁场转速的倍
5．要消除三相绕组中的齿谐波磁动势，一般可以采用。
A 短距绕组 B 分布绕组
C 斜槽 D 无法消除
6．笼型感应电动机降压起动和直接起动时相比，。
A 起动电流、起动转矩均减小B 起动电流减小、起动转矩增加
C 起动电流、起动转矩均增加 D 起动电流增加、起动转矩减小
7．三相感应电动机对称运行时，定、转子绕组的两个旋转磁场的关系为。
A 始终同步B 相对定子反向
C 相对定子同向、但不同步 D 有时同步、有时失步
8．同步发电机并联运行，有功功率一定，则同步发电机的电枢电流最小。
A 过励时 B 正常励磁时
C 欠励时 D 励磁电流最小时
9．凸极同步电机负载运行时，电枢绕组产生的气隙电动势是由产生的。
A 转子主极磁动势和直轴电枢磁动势共同
B 转子主极磁动势和交轴电枢磁动势共同
C交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同
D 转子主极磁动势、交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同
10．汽轮发电机和水轮发电机的差别为。
A汽轮发电机转子为凸极结构 B水轮发电机转速快
C汽轮发电机转子半径大 D水轮发电机转子体积大
11．单相变压器U1N 2220/110V，如果一次侧接380V，则主磁通将。
A 增大为380/220倍 B 不变
C增大为380/110倍 D 减小
12．单相变压器U1N 2220/110V，一次侧加220V时，空载电流为１Ａ；今将一次、二次侧绕组顺极性串联，外施330V电压，则空载电流为。
A 1A B 2/3A
C 1.5AD 3A
13．一台三相感应电动机，其空载转速为730转/分钟，则其极数2。
A 2 B 4
C 6 D 8

四、简答题（15分）
1. 写出变压器的基本方程式（电压、磁势等）
2. 画出异步电机的T型等效电路、并标明各参数。
3. 画出凸极同步发电机的相量图（滞后功率因数时），并标明各相量、角度。

五、计算（14分）
1. 单相变压器＝15.15A，U12N＝6600/6300V，f＝50，短路试验在高压侧进行（绕组温度已经为75℃）：3240V、15.15A、7490W。忽略励磁支路，假定R1= R’2、X1s=X’2s，求R1、X1s、R2、X2s。

2. 一台3相4极的绕线式感应电动机，1450，转子每相电阻R2=0.012W。设负载转矩保持为额定值不变，欲将转速从1450降低到1050，求转子回路应该串入的电阻。

（后附答题纸和草稿纸）

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                             电机  试题（参考答案）

一、填空（25分）
1. 电机是（一种进行机电能量转换或将一种电压、电流等级转换成另外一种电压电流等级的）装置。
2. 变压器绕组归算的原则是：在归算前后，（一、二次侧容量、功率）不变；（一、二次侧绕组磁势）不变。
3. 变压器的效率在（铁耗和铜耗相等时）达到最大值。
4. 为了使电动势波形接近正弦波，三相变压器比较好的绕组联结方法为：（一、二次侧至少有一方为三角形联结，或有一方为星形带中性点接地联结）。
5. 自耦变压器功率传递的特点为（一、二次侧既有直接的传导功率传递，又有间接的电磁感应功率传递）。
6. 短距因数的物理意义为（元件短距时的电势同元件整距时的电势的比值）。
7. 一相绕组的感应电动势计算公式为（kF4.441）；其中的匝数N是指（每相串联匝数）。
8 对称三相绕组、通对称三相电流，产生的合成磁动势为圆形旋转磁动势。其旋转的规律为：（哪相电流达到最大值，旋转磁势的轴线就转到同该相绕组轴线重合）；其幅值为单相磁动势的（１．５）倍。
9. 同步旋转磁场的转速n（转每分钟）、极对数p、电流频率f之间的关系为（６０ｆ/ｐ）。
10. 感应电机转子反应的物理意义为（转子绕组电流的基波磁势对气隙磁场的影响）。
11. 为了获得感应电机的T型等效电路，需要对转子绕组进行（频率）和（绕组）归算。
13. 感应电机做堵转试验时，转子电流的频率为（定子电流频率）。
14. 感应电动机传递到转子回路的电磁功率，可以分割成转子铜耗2、总机械功率（转换功率）。二者同的关系为2=（ｓＰｅｍ）； =（(1)）。
15. 同步电机的电枢反应是指（电枢电流的磁势对主极磁场的影响）。
16. 同步发电机的空载特性是指：转子转速保持同步、电枢绕组开路时，（端电压同励磁电流）之间的关系。
17. 功角的含义是：从电路（电压）角度看，它是（励磁反电势和端电压）之间的夹角；从磁场角度看，它是（主极励磁磁场同气隙合成磁场）之间的夹角。
18. 对于凸极同步发电机，已知电枢电流I、电压U、功率因数、、，求取励磁电动势E0时，需要利用一个虚拟电动势来求取I和E0的夹角Y0。（）。
19. 同步发电机机投入并网的条件为：1)相序相同；2)（ 频率相同）；3)对应相的电压相等、且相位相同）。
二、正确的打“√”；错误的打“´”（25分）
1. 变压器一次侧接额定电压不变，则负载的主磁通比空载的主磁通略小。（√ ）
2．如果变压器一次侧绕组和二次侧绕组的匝数比为12，则一次侧归算到二次侧时，电动势和电压要乘以k倍，电流乘以1倍，阻抗乘以k2倍。（´）
3．考虑磁路的饱和时，如果变压器主磁通为正弦波，则产生主磁通励磁电流也是正弦波。（´）
4．三相变压器绕组采用Y，d连接时，共有1、3、5、7、9、11六个组号。（√）
5．对称三相绕组通入对称三相电流时，除产生基波旋转磁动势外，还会产生3次、5次、7次、9次……等一序列的奇数次高次谐波旋转磁动势。（´）
6．对称三相绕组通入对称三相电流，当某相电流达到交流的最大值时，基波合成旋转磁动势波的幅值就将和该相绕组的轴线重合。（√）
7．只要电源电压不变，感应电动机的铁耗就基本不变。（√/´）
8．当感应电动机的定子接电源、转子短路堵转时，电机的电磁功率、输出功率和电磁转矩均为零。（´）
9．对绕线型感应电动机，转子串电阻可以增大起动转矩；对笼型感应电动机，定子绕组串电阻可以增大起动转矩。（´）
10．对感应电动机，进行恒转矩变频调速，基本上要求电源电压随频率正比变化。（√ ）
11．若同步电机的气隙合成磁场超前于转子主磁场，则电机运行于发电机状态。（´）
12．对于隐极同步发电机，其同步电抗等于电枢反应电抗。（´）
13．通常同步发电机工作在过励状态，以便提供无功功率，改善电网的功率。（√）
14．变压器的额定容量单位为。（´）
15．考虑铁耗时，变压器的励磁电流同其产生的主磁通同相位。（´）
16．变压器的空载试验通常在高压侧加电压、测量。（´）
17．电角度＝机械角度×2p。（´）
18．双层叠绕组的最多并联之路数为２。（´）
19．正常空载运行的三相感应电动机，忽然一相断线，则必然停转。（´）
20．感应电动机的最大电磁转矩同转子电阻成正比。（´）
21．感应电动机的功率因数很高。（´）
22．同步发电机调节励磁就可以调节输出的有功。（´）
23．忽略电枢绕组电阻时，同步发电机的短路电流为纯直轴分量。（√）
24．忽略电枢绕组电阻、负载j=0时，同步发电机的输出电流为纯交轴分量。（´）
25．单层绕组可以靠短距来消弱谐波。（´）
三、单选题（13分）
1．变压器在负载运行时，建立主磁通的激磁磁动势是 C。
A 一次绕组产生的磁动势 B 二次绕组产生的磁动势
C 一次和二次绕组产生的合成磁动势 D 以上都不对
2．一台三相电力变压器，二次侧带对称负载，且输出电压恰好等于其二次侧的空载电压，则该负载一定是C。
A 纯电阻负载 B 电感性负载 C 电容性负载 D 无法判断
3．两台容量不同、变比和连接组别相同的三相变压器并联运行，则变压器所分担的容量之标幺值 D。
A 和短路阻抗成正比 B 和短路阻抗成反比
C 和短路阻抗标幺值成正比 D 和短路阻抗标幺值成反比
4．由定子对称三相绕组产生的次空间谐波磁动势，旋转速度 D。
A 等于零 B 是基波磁场转速的倍
C 等于基波磁场转速 D是基波磁场转速的倍
5．要消除三相绕组中的齿谐波磁动势，一般可以采用C。
A 短距绕组 B 分布绕组 C 斜槽 D 无法消除
6．笼型感应电动机降压起动和直接起动时相比，A。
A 起动电流、起动转矩均减小 B 起动电流减小、起动转矩增加
C 起动电流起动转矩均增加 D 起动电流增加、起动转矩减小
7．三相感应电动机对称运行时，定、转子绕组的两个旋转磁场的关系为 A。
A 始终同步 B 相对定子反向 C 相对定子同向、但不同步 D 有时同步、有时失步
8．同步发电机并联运行，有功功率一定，则B同步发电机的电枢电流最小。
A 过励时 B 正常励磁时 C 欠励时 D 励磁电流最小时
9．凸极同步电机负载运行时，电枢绕组产生的气隙电动势是由 D 产生的。
A 转子主极磁动势和直轴电枢磁动势共同
B 转子主极磁动势和交轴电枢磁动势共同
C交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同
D 转子主极磁动势、交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同
10．汽轮发电机和水轮发电机的差别为 D。
A汽轮发电机转子为凸极结构 B水轮发电机转速快
C汽轮发电机转子半径大 D水轮发电机转子体积大
11．单相变压器U1N 2220/110V，如果一次侧接380V，则主磁通将A。
A 增大为380/220倍 B 不变 C增大为380/110倍 D 减小
12．单相变压器U1N 2220/110V，一次侧加220V时，空载电流为１Ａ；今将一次、二次侧绕组顺极性串联，外施330V电压，则空载电流为 B。
A 1A B 2/3A C 1.5A D 3A
13．一台三相感应电动机，其空载转速为730转/分钟，则其极数2 B 。
A 2 B 4 C 6 D 8
四、简答题（15分）
1. 写出变压器的基本方程式（电压、磁势等）
答：
2. 画出异步电机的T型等效电路、并标明各参数。
答：
3. 画出凸极同步发电机的相量图（滞后功率因数时），并标明各相量、角度。
五、计算（14分）
1. 单相变压器＝15.15A，U12N＝6600/6300V，f＝50，短路试验在高压侧进行（绕组温度已经为75℃）：3240V、15.15A、7490W。忽略励磁支路，假定R1= R’2、X1s=X’2s，求R1、X1s、R2、X2s。
答：3240/15.15= 213.861 (W)
/ 2 = 7490/15.152 = 32.633(W)
(2 – 2) = (213.861^2-32.633^2)= 211.357(W)
R1= R’2= 2 = 32.633/2 = 16.616(W)
X1s=X’2s = 2 = 211.357/2 = 105.678(W)
6600/6300= 1.04762
R2= R’22= 16.616/1.047622 =15.140(W)
X2s=X’2s /k2 = 105.678/1.047622 = 96.289(W)
2. 一台3相4极的绕线式感应电动机，1450，转子每相电阻R2=0.012W。设负载转矩保持为额定值不变，欲将转速从1450降低到1050，求转子回路应该串入的电阻。
答：因为感应电机的电磁转矩是的函数，当电压、频率等条件不变时，保持为常数，则电磁转矩恒定。因此让和s成正比变化，就可以进行恒转矩调速：
同步转速：1500
1450时：转差率s1=()(1500-1450)/1500=1/30
1050时：转差率s2=()(1500-1050)/1500=0.3
= 8R2 = 8×0.012=0.096（W）
六、推导题（8分）
忽略电枢绕组的电阻，推导凸极同步发电机的功角特性表达式
答：不计电枢电阻时，同步电机的电磁功率为
≈φ
由凸极同步发电机的相量图可知，故
≈(ψ0–q) =(ψ0q ψ0q) =(qq)
由相量图可知