电机学试题A卷答案最终.doc

华北电力大学20152016学年第二学期考试试卷（A）课程名称电机学（1）课程编号考试日期2016.07.04专业班级电气学院份 数460送交日期20160.6.29考试方式闭 卷试卷页数2AB卷齐全是命题教师电机教研组主任签字备 注班级： 姓名： 学号： 1. 何为电枢反应？分别简述直流电机电枢反应与同步电机电枢反应对各自气隙磁场会产生什么样的影响。（4分） 答：电枢磁动势对励磁磁动势的影响称为电枢反应（1分）；直流电机当电刷位于几何中心线时直流电机的电枢反应为交轴电枢反应（合成磁场空间位置偏移一定角度）或当电刷不位于几何中心线时直流电机的电枢反应为交轴及直轴电枢反应（1分）；同步发电机由于负载时内功率因数角的不同，电枢反应为交轴、直轴电枢反应，或单纯交轴电枢反应，或单纯直轴电枢反应（2分）。2. 某他励直流电动机，PN=7.5KW，UN=110V，nN=1500r/min，IN=82.2A，电枢回路总电阻Ra=0.1014。原电机额定运行，现电枢电源电压突然下降为100V，如负载转矩保持不变，试求（不考虑磁路饱和）：1） 电压下降后瞬间电枢电流；（2分）2） 电压下降后重新稳态运行时的电枢电流；（2分）3） 电压下降后稳态转速。（2分）答：1）额定运行时：（1分） 当电压下降为100V的瞬间，由于电机转速不能突变，电机的电枢电动势大小不会变，因此 -16.42A （1分）2）由于恒转矩负载所以电磁转矩不变，进而稳定后电枢电流不变，IaN=82.2A（2分）3）电机稳态后 （1分） （1分）3. 一台单相变压器50KVA、7200/480V、60Hz，当低压边接480V电压，高压边开路时空载电流I0=5.2A，试求： 1）当高压边加7200V电压，低压边开路时，空载电流I0为多少？（2分）2）若变压器一次侧匝数增加10%，其它条件不变，则主磁通m、一二次侧绕组漏电抗X1和X2、励磁电抗Xm，空载电流I0大小如何变化？（5分） 3）当变压器从空载运行过渡到满载运行时，铁心损耗如何变化？为什么？（2分）4）用简化等值电路画出变压器二次侧接电阻性负载时的相量图。（2分）答：1） （1分），高压边空载电流 I0=（1/k）2*5.2=0.3467 （1分） 2） 根据E=4.44fN1，N1增加10%，主磁通m减小，为原来的90%（1分），X1增加，为原来1.21倍（1分），X2不变（1分），Xm增加，（1分），I0减小，（1分）3) 铁心损耗基本不变（1分），原因是从空载到满载运行时，由于变压器绕组漏阻抗参数很小，不论电流的大小，绕组漏阻抗压降在输入电压中占的比重都非常小，因此E1近似等于U1，则主磁通基本不变，铁心中的磁密基本不变，则铁心损耗基本不变（1分）。4）4. 怎么理解变压器等效电路中参数Rm？这个参数用实验的方法怎样获得？不同大小电源电压下，测取的这个参数大小一样么？为什么？（4分）答: Rm 是反映一定大小励磁（空载）电流产生主磁场、主磁场产生变压器铁芯损耗能力大小的参数，称为等效铁耗电阻；（1分）可通过变压器的空载试验测得(即空载电压为额定电压时测得的值)；（1分）不同电压下测得Rm 大小不同（1分）, 因为不同电压下变压器的主磁场大小不同，导致主磁路磁饱和程度就不同，一定大小励磁（空载）电流产生主磁场能力不同，那么产生铁芯损耗能力也就不同，所以不同电压下测得Rm 大小不同（1分）。5. 利用三相变压器电动势相量图，请在下图首先给出各绕组首末端标记，再把它联结成一台Yd11的变压器。（5分）答: 6. 一台Yd联结的三相变压器一次侧加额定电压空载运行，试分析一次侧相电流、二次侧相电流、主磁通、一次侧和二次侧相电动势中有无三次谐波分量存在。（5分）答:一次测相电流不存在（1分）;二次侧相电流存在；（1分）；主磁通不存在或者说很弱小；（1分）；一、二次侧相电动势不存在或者说很弱小；（2分）7. 两台额定电压、联结组别相同的变压器并联运行，第一台变压器容量为SN1=5000KA，第二台变压器容量为SN2=6300KVA，不计阻抗角的差异，试求：1） 情况1：假设第一、二台变压器的短路阻抗标幺值分别为0.07和0.075；情况2：假设第一、二台变压器的短路阻抗标幺值分别为0.075和0.07，上述哪种情况下两台变压器并联运行性能要好一些？为什么？（4分）2） 在1）问中选择的基础，计算并联运行时所能承担的最大容量。（2分）答: 1)情况2,因为变压器的容量不同,为尽量提高设备利用率,则额定容量大的最好其短路阻抗标幺值小,原因是并联时可承担最大容量大于第1种情况。 （2分）2)（2分）8. 设有一台125MVA，50Hz，110/10kV，Yd11的三相变压器，空载电流标幺值I0=0.02，空载损耗P0133KW，短路电压uk10.5，短路损耗PkN600KW，试求：1） 短路阻抗和激磁阻抗（均用标么值），画出T型等效电路，标明各阻抗数值（标幺值）；（8分）2） 额定负载且cos2=0.8滞后时的电压变化率及效率。（4分）解：1） 短路：uk10.5，PkN600KW，Zk= uk0.105，（1分）Rk= PkN= PkN/ SN=600/125000=0.0048，（1分）Xk=（ Zk2- Rk2）-2=0.1049；（1分）空载：I0=0.02，P0133KW，Zm=UN/ I0=1/0.02=50，（1分）Rm= (P0/ SN)/ I02=(133/125000)/0.022=2.66，（1分）Xm=（ Zm2- Rm2）-2=49.9。（1分）(2分)2）电压变化率：U=Rkcos2+ Xksin2=0.0048*0.8+0.1049*0.6=0.06678=6.678%，(2分)效率：=1-( P0+PkN)/(SN cos2+ P0+PkN)=1-733/100733=99.27%。(2分)9. 某三相交流电机A相绕组展开图如下图所示，已知线圈匝数为NK=6，槽中任何一根导体（线棒）感应的基波电动势为2V，绕组电流I=10A，电流频率f=50Hz，试求：1） 该交流电机绕组磁极对数P、极距、节距y1、槽距角及每相串联匝数N1；（5分）2） 基波分布系数kd1、基波短距系数kp1；（2分）3） A相绕组的基波电动势E1；（2分）4） 一相基波磁动势的最大幅值FK1；（2分）5） 该交流电机稳态转速n（该交流电机为同步电机）；（2分）6） 假设希望一相基波电动势大小为90V左右，请重新连接A相绕组（文字说明亦可）。（2分）解：1） 从上图可以看出该交流绕组为双层绕组，因此极对数p=3，（1分）极距=36/2p=36/6=6槽（=1800），（1分）节距y1=5槽（y1=1500），（1分）槽距角=p*3600/36=300，（1分）每相串联匝数N1=2pqNk/a=2*3*2*6/1=72匝；（1分）2) 基波分布系数kd1=sin（q/2）/qsin（/2）=0.966，（1分）基波短距系数kp1=sin(y1*900/)=0.966；（1分）3) A相绕组的基波电动势:E1= 2*NK*q*2p*El1*kd1*kp1=2*6*2*6*2*0.966*0.966=268.75V；（2分）4) 一相基波磁动势的最大幅值FK1：FK1= 0.9(N1I/p)*kd1*kp1=0.9*(72*10/3) *0.966*0.966=201.56安匝；（2分）5) 电机稳态转速n=60f/p=3000/3=1000r/min；（2分）6) 该绕组当并联支路数为1时，一相基波电动势为268.75V，那么当变量支路数a=3时，一相基波电动势约为90V，所以首先应该1接2、 3接4、 5接6；接着把1、3、5短接后作为A， 2、4、6短接后作为X。（2分）10. 一台三相凸极同步发电机额定容量SN=32500KVA，运行相量图如下图所示，其中各电气量均为标幺值，忽略电枢绕组电阻值，试求：1） 该发电机发出有功功率及无功功率；（2分）2） 同步电抗参数Xd、Xq的标幺值；（2分）3） 短路比Kc（该电机饱和因数k=1.2）。（2分）解：从上述相量图可知该电机运行时：2=450、2=150、=300；I=0.707、IqXq=0.5；Id= I sin2=0.707*0.707=0.5、Iq= Icos2=0.707*0.707=0.5；1） P2= I SNcos2=0.707*32500* cos150=22199.6kW；（1分）Q2= I SNsin2=0.707*32500* sin150=5951.2kVAR；（1分）2） Xq=0.5/Iq=1；（1分）UN= IqXq/sin=0.5/sin300=1；IdXd=E0-UNcos=1.75-cos300=0.884；Xd=0.884/0.5=1.768；（1分）3） Kc=k/Xd=1.2/1.768=0.679。（2分）11. 一台隐极同步发电机欲采用旋转灯光法并联到大电网运行，试求：1） 在并网调节时，发现灯光旋转的特别快，这是为什么？如何调节？当灯光调节到什么状态时，可以合闸？（4分）2） 完成并网操作后，仅仅增加一定励磁电流，发电机向电网发出的有功和无功功率如何变化？（2分）3） 完成并网操作后，欲使发电机发出一定有功功率，如何调节？（2分）4） 比较2）和3）两种操作后，发电机的静态稳定性强弱。（2分）答：1） 灯光旋转的特别快，这是发电机频率和电网频率相差较大，（1分）应该通过输入转矩大小的调节，调节发电机的转速，使发电机频率逐渐接近于电网频率（灯光旋转会变得越来越缓慢），（1分）当灯光非常缓慢旋转，同时当A相（黄色）灯熄灭，B、C相灯同亮度时就可以合闸了；（2分）2） 完成并网操作后，仅仅增加一定励磁电流，发电机向电网发出的有功不变（仍为0）（1分），无功功率增加，发出滞后性（感性）无功（1分）；3） 完成并网操作后，欲使发电机发出一定有功功率，应增加发电机的输入转矩（原动机的输出转矩）；（2分）4） 2）操作相对于3）操作发电机的功率角小，所以2）操作后发电机静态稳定性强； （2分）12. 在稳态短路时，同步发电机的短路电流为什么不是很大？而在直流电机与变压器种情况却不一样，为什么？（4分）答：同步发电机稳态短路时，短路电流产生的电枢磁场Fa为去磁性质，使得短路时电机内气隙合成磁场F不大，发电机感应的气隙合成电动势E也不大，根据发电机稳态短路时电压方程可知，发电机的稳态短路电流不会很大；（2分）变压器短路阻抗参数非常小，所以变压器稳态短路时短路电流很大， （1分）因为直流电机电枢回路总电阻Ra很小，所以直流电机稳态短路时短路电流也很大。（1分）13. 一台额定容量300MW三相隐极同步发电机额定运行，其额定电压UN=20KV，额定功率因数cosN=0.85（滞后），同步电抗Xc=2，（忽略定子绕组电阻，不计饱和影响）试求：1） 现在保持发电机功率因数不变的情况下将发出有功功率调整到一半，在同一参考系下定性画出发电机运行工况调整前后两种运行状态的相量图；（4分）2） 发电机运行工况调整后输出电流、励磁电动势（相值）、功率角和输出无功功率分别为多少？(8分）解：1）保持发电机功率因数不变的情况下将发出有功功率调整到一半，调整前后两种运行状态的相量图：2），因为保持发电机功率因数不变的情况下将发出有功功率调整到一半，那么发电机的无功输出也是原来的无功输出的一半：调整后发