电机学试卷.doc

华南理工大学试卷电机学试题(电气工程及其自动化01级)班级： 电气工程01（ ）班 顺序号 姓名 分数 总评 分考试时间：2003年11 月27日注意：考题与答卷一并交上，否则无分。（说明：本试卷满分为90分,另外10分由实验老师评分。）一、 判断题（正确的，请在后面括号里写“是”，错误的，请在后面括号里写“否”。本题共15分，每题1分）1. 直流电机的励磁绕组和电枢绕组中的电流都是直流的。 （ ）2 直流电动机电枢绕组中的电流方向同感应的反电势方向是一致的。 （ ）3 直流发电机的换向器起整流作用；直流电动机的换向器起逆变作用。( )4 自励是电动机的一种励磁方式。 （ ）5 在直流电机中，以虚槽计算时，电枢绕组的合成节距等于换向器节距。（ ）6 单叠绕组同一磁极下的元件串联构成一条支路；单波绕组相同极性磁极下的所有元件串联构成一条支路。 （ ）7 直流电机的电负荷是指电枢绕组中流过的电流的大小，单位是安培。 ( )8 在考虑饱和时，直流电机的交轴电枢反应具有去磁作用。 （ ）9 当电刷沿转子旋转的方向移动时，将出现直轴电枢反应磁势。对于发电机，该磁势是去磁性质的；对于电动机，该磁势是助磁性质的。 （ ）10在直流电动机的电磁功率中，包含电枢电阻的损耗。 （ ）11直流发电机的外特性是指转速为额定值、励磁电流为额定值（或励磁回路电阻为固定）时，输出电压与输出电流之间的关系。并励发电机具有硬的外特性；而他励发电机则具有拐弯的外特性。（ ）12并励电动机在轻载时，可能出现“飞车”现象。 （ ）13变压器空载接入电网时，存在很大的冲击电流。当考虑铁芯饱和时，这一冲击电流比不考虑饱和时为小。 （ ）14在ABC坐标系中，同步电机的电压方程式为系数随时间变化的微分方程。 （ ）15在dq0坐标系中，同步电机的d（q）轴电压是由电阻压降、自身磁链变化引起的感应电势、以及切割对方轴的磁链所引起的运动电势3部分组成的。 （ ） 二、 填空题（本题共15分，每空1分）1在没有阻尼绕组的同步电机中，忽然短路电流远大于稳态短路电流的原因在于：在短路瞬间，励磁绕组阻碍电枢反应磁通通过转子主磁路，电枢反应磁通只能沿 闭合，因此磁阻大、电抗小，电流大。 2在有阻尼绕组的同步电机中，忽然短路电流又远大于没有阻尼绕组时的忽然短路电流,其原因在于：在短路瞬间，除了励磁绕组的阻碍作用以外, 也对电枢反应磁通起阻碍作用,从而使电枢反应的磁阻更大、电抗更小，电流更大。3同步电机忽然短路时,定子绕组的短路电流可以分为：周期性的 、周期性的 、周期性的 ，以及衰减的非周期分量、二次谐波分量等。4同步电机忽然短路时,在定子绕组的短路电流中： 同励磁绕组的非周期稳态励磁电流If0相对应； 和励磁绕组的非周期电流衰减分量对应，时间常数为Td； 和直轴阻尼绕组的非周期电流衰减分量相对应，时间常数为Td； 则同励磁绕组中的周期性衰减电流相对应，时间常数同为定子绕组的时间常数Ta。5MT0变换同dq0变换的差别在于：dq0变换的d、q轴相对转子是 ；而MT0变换是将M轴取得同 一致。6变压器的过电压现象包括： 和 。7在研究雷击引起的变压器大气过电压时，需要考虑 的影响，其原因在于雷电波冲击时间短，等效高频电源。 8空载的同步电机单相（设为A相）对中点稳态短路时，A相电流的三个相序分量相等，都等于A相稳态短路电流的 。三、 单选题（每题只有一个答案是正确的，请将正确答案的标号填入括号里，每小题2分，共12分）1. 直流电动机接成并励方式时，电动机的输入电流I、电枢电流Ia和励磁电流If三者之间的关系为 。 （ ） A I=If+Ia B Ia=I+If C Ia=I=If D If=I+Ia 2. 一台正在运行的并励电动机，其转速为1450转/分，现将其停下，用改变励磁绕组的极性来改变电机的转向（其他条件不变），则此时反转的转速将 。（ ） A 大于1450转/分 B 小于1450转/分 C 等于1450转/分 D 无法判断3. 一台串励电动机和一台并励电动机，额定电流与额定转矩相等，若起动时它们的电流也相等，则串励电动机的起动转矩 并励电动机的起动转矩。 （ ） A 等于 B 大于 C 小于 D 小于或等于4. 在直流并励发电机自励建压过程中，发现接在电枢两端的电压表的读数有减小现象，最后为零，这说明 。 （ ） A 励磁回路电阻太小 B 励磁回路电阻太大 C 没有剩磁或剩磁太弱 D 电枢绕组与励磁绕组建立的磁场极性相反5. 同步电机的直轴瞬态电抗 直轴同步电抗。 （ ） A 大于或等于 B 大于 C 小于 D 小于或等于6. 同步电机三相突然短路时， 。 （ ） A 三相短路电流的稳态值中，除了周期性分量外，还含有非周期性分量 B 三相短路电流的每相瞬态电流中一定都含有非周期分量 C 三相短路电流的每相瞬态电流中不含有非周期分量 D 三相短路电流的每相瞬态电流中不一定都含有非周期分量四、 多选题 （请将所有正确答案的标号填入括号里，每小题3分，共18分）1. 负载时直流电机的气隙磁场包括 。 （ ）A 定子绕组电流产生的主磁场 B 定子绕组电流产生的漏磁场C 电枢绕组电流产生漏磁场 D 电枢绕组电流产生电枢反应磁场2. 直流电动机调速的方法包括 。 （ ）A 改变电动机电压的极性 B 调节电枢电压的大小C 调节电枢电路中串联的可变电阻 D 调节励磁电路中串联的可变电阻3. 并励直流电机的损耗包括 。 （ ）A 定子绕组和转子绕组的铜耗 B 定子铁心的铁耗C 机械损耗和杂散损耗 D 转子铁心的铁耗4. 并励直流发电机，转速升高时，保持励磁电流不变，发电机所带负载电阻也保持不变，则 。 （ ）A 励磁回路电阻增加 B 发电机输出电压增加C 发电机电枢电流增加 D 定子绕组的铜耗增加5. 在相坐标表示的三相感应电机的磁链方程中， 是常数。 （ ）A 定子绕组和转子绕组的自感 B 三相定子绕组之间的互感C 三相转子绕组之间的互感D 定子绕组与转子绕组之间的互感6. 同步发电机单相短路（另外两相开路）稳态时， 。 （ ）A 定子短路电流含有基波分量和一系列3次、5次等奇次谐波B 定子短路电流含有基波分量和除3的倍数次外的一系列奇次谐波C 转子电流中含有直流励磁分量和一系列的偶次谐波D 转子电流中含有直流励磁分量和除3的倍数次外的一系列奇次谐波五、综合题 （第1、2、3题每题5分，第4题7分，第5题8分，共30分）1试述对称分量法求解对称电机不对称运行的过程，并说明其优点何在？2试写出派克方程，并说明它是什么方程，通过什么坐标变换得到的？ 3试写出考虑饱和时直流电机的感应电动势和电磁转矩的表达式，并说明其物理含义。4. 一台17 kW、220 V的并励直流电动机，电枢总电阻（包括电刷接触压降电阻）Ra=0.1，在额定电压下电枢电流为100 A，转速为1450 r/min，并励绕组与一变阻器串联以限制励磁电流为4.3 A，电动机带有恒转矩负载。当变阻器短路时，励磁电流为9 A，稳态转速降到850 r/min，机械损耗等不计，试计算（1） 励磁绕组的电阻和变阻器的电阻（2） 变阻器短路后，电枢电流的稳态值（3） 负载转矩值5有一台直流电机，电枢虚槽数Z=24，极数2p=6，试排列一单叠绕组。要求画出磁极、换向片和电刷及接法。画出电路图。*答 案一、 断题（正确的，请在后面括号里写“是”，错误的，请在后面括号里写“否”。本题共15分，每题1分）（为对，为错）1. 直流电机的励磁绕组和电枢绕组中的电流都是直流的。 （f ）2直流电动机电枢绕组中的电流方向同感应的反电势方向是一致的。 （f ）3直流发电机的换向器起整流作用；直流电动机的换向器起逆变作用。 （t ）4自励是电动机的一种励磁方式。 （f ）5在直流电机中，以虚槽计算时，电枢绕组的合成节距等于换向器节距。 （t ）6单叠绕组同一磁极下的元件串联构成一条支路；单波绕组相同极性磁极下的所有元件串联构成一条支路。 （t ）7直流电机的电负荷是指电枢绕组中流过的电流的大小，单位是安培。 （f ）8在考虑饱和时，直流电机的交轴电枢反应具有去磁作用。 （t ）9当电刷沿转子旋转的方向移动时，将出现直轴电枢反应磁势。对于发电机，该磁势是去磁性质的；对于电动机，该磁势是助磁性质的。 （t ）10在直流电动机的电磁功率中，包含电枢电阻的损耗。 （f ）11直流发电机的外特性是指转速为额定值、励磁电流为额定值（或励磁回路电阻为固定）时，输出电压与输出电流之间的关系。并励发电机具有硬的外特性；而他励发电机则具有拐弯的外特性。（f ）12并励电动机在轻载时，可能出现“飞车”现象。 （f ）13变压器空载接入电网时，存在很大的冲击电流。当考虑铁芯饱和时，这一冲击电流比不考虑饱和时为小。 （f ）14在ABC坐标系中，同步电机的电压方程式为系数随时间变化的微分方程。（t ）15在dq0坐标系中，同步电机的d（q）轴电压是由电阻压降、自身磁链变化引起的感应电势、以及切割对方轴的磁链所引起的运动电势3部分组成的。 （t ）二、 填空题（本题共15分，每空1分）1在没有阻尼绕组的同步电机中，忽然短路电流远大于稳态短路电流的原因在于：在短路瞬间，励磁绕组阻碍电枢反应磁通通过转子主磁路，电枢反应磁通只能沿励磁绕组的漏磁路闭合，因此磁阻大、电抗小，电流大。2在有阻尼绕组的同步电机中，忽然短路电流又远大于没有阻尼绕组时的忽然短路电流,其原因在于：在短路瞬间，除了励磁绕组的阻碍作用以外,阻尼绕组也对电枢反应磁通起阻碍作用,从而使电枢反应的磁阻更大、电抗更小，电流更大。3同步电机忽然短路时,定子绕组的短路电流可以分为：周期性的稳态分量 、周期性的 瞬态分量 、周期性的 超瞬态分量 ，以及衰减的非周期分量、二次谐波分量等。4同步电机忽然短路时,在定子绕组的短路电流中： 周期性稳态分量 同励磁绕组的非周期稳态励磁电流If0相对应； 周期性瞬态分量 和励磁绕组的非周期电流衰减分量对应，时间常数为Td； 周期性超瞬态分量 和直轴阻尼绕组的非周期电流衰减分量相对应，时间常数为Td； 非周期衰减分量 则同励磁绕组中的周期性衰减电流相对应，时间常数同为定子绕组的时间常数Ta。5MT0变换同dq0变换的差别在于：dq0变换的d、q轴相对转子是 固定不动的 ；而MT0变换是将M轴取得同 转子磁链方向 一致。6变压器的过电压现象包括： 操作过电压 和 大气过电压 。7在研究雷击引起的变压器大气过电压时，需要考虑 各种电容 的影响，其原因在于雷电波冲击时间短，等效高频电源。 8空载的同步电机单相（设为A相）对中点稳态短路时，A相电流的三个相序分量相等，都等于A相稳态短路电流的 。三、 单选题（每题只有一个答案是正确的，请将正确答案的标号填入括号里，每小题2分，共12分）1. A2. C3. B4. D5. C6. D四、 多选题 （请将所有正确答案的标号填入括号里，每小题3分，共18分）1. A，D2. B，C，D3. A，C，D4. A，B，C，D5. A，B，C6. A，C五、综合题1. 首先将不对称电压用对称分量变换式分解成正、负、零序分量，再将各序电压分别作用于电机，求出电流和转矩等量后，最后用对称分量变换式合成三相电流及转矩。通过对称分量变换可使各序方程解耦，使问题简化。2. 派克方程为其中p它是电压方程，通过dq0坐标变换得到的。3. 感应电动势表达式 物理含义为，当电机造好后感应电动势正比于转速和每极磁通；电磁转矩的表达式物理含义为，当电机造好后电磁转矩正比于电枢电流和每极磁通4. （1）励磁电阻 变阻器电阻 （2）额定运行（接变阻器）时： 电磁转矩： （Nm） 变阻器短路后负载转矩不变、空载转矩不变，所以电磁转矩不变因此有： （1） 根据 有： 解得： ， 代入（1） （A）说明：本题并没有指出磁通与励磁电流成正比（考虑了饱和），如果是用磁通与励磁电流成正比的观点求出的磁通，结果有出入。请适当扣分。（3） （Nm）说明：负载转矩不能等于电磁转矩，因为忽略机械损耗，但没有忽略铁耗，忽略机械损耗（因为机械摩擦损耗与转速有关）只能说明在两种情况下的电磁转矩相等，空载转矩也相等。所以空载转矩并不等于零。5. 图略电机学II 试题华南理工大学电力学院电力系2005年11月17日姓名 班级 学号（指班内序号） 成绩 说明： 1. 第一、二、三题答案必须直接答在试题相应位置（其它地方无效）；2. 四大题答在答题纸上； 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。 5交卷时，拆开的试卷、答题纸必须订回原位，遗失责任自负；草稿纸也要一同交上。一、 判断题（正确的打“V”，错误的打“X”。每题分，共25分）1. 增加支路串联元件数可以减小直流电机的反电势脉动。（ ）2. 直流电机的电刷随转子电枢一起旋转。（ ）3. 直流电机应采用尽可能接近整距的绕组。（ ）4. 直流电机单波绕组的合成节距等于+1或1。（ ）5. 直流电机单波绕组的并联支路对数等于极对数。（ ）6. 电刷放在几何中性线上时，电枢反应只有直轴分量。（ ）7. 考虑饱和时，交轴电枢反应有助磁作用。（ ）8. 直流电机的反电势正比于电枢绕组的电流。（ ）9. 直流电机的电刷压降随负载变化而有很大的变化。（ ）10. 平复励发电机的电压变化率比较大。（ ）11. 并励电动机的机械特性比较软。（ ）12. 串励电动机在轻载时会发生飞车现象。（ ）13. 降低励磁时，直流电动机的速度也相应降低。（ ）14. 三相变压器组的正序、负序、零序的激磁阻抗相等。（ ）15. 三相心式变压器的零序激磁阻抗远大于正序、负序激磁阻抗。（ ）16. 三相变压器带单相负载时，零序电流远大于正序、负序电流。（ ）17. 三相变压器组不应该接成Y,yn联结来带单相负载。（）18. 在感应电动机的正序、负序两个等效电路中，激磁支路的阻抗是相等的。（ ）19. 三相感应电机正常运行中，相断线并继续稳定运行，则相端电压为0。（ ）20. 同步发电机的负序等效电路类似一个转差率为的感应电机。（ ）21. 对电机进行动态分析时，需要列写电机的运动方程。电机的运动方程是一组相量方程。（）22. 从数学上讲，电机中的坐标变换，往往是对一组三相的物理量，进行重新线性组合，得到一组新的物理量。（）23. 同步电机Park（派克）方程中，d、q轴电压方程中的各有一个运动电势，二者具有不同的正负符号。（ ）24. 感应电机动态分析时，采用MT0变换。它是将dq0变换中的d轴固定同转子磁链一起旋转，作为T轴；而将超前T轴90度电角度的轴线，作为M轴。（ ）25. 变压器绕组所受的电磁力，同短路电流的平方成正比。（ ）二、 填空题（每空1分，共15分）1. 在列写电机磁链方程时，采用电动机定则时，正向的电流产生（ ）向的磁链。2. 对于直流发电机，电刷顺着转子旋转方向移动，电枢反应的直轴分量起（）磁作用。3. 从大小上看，他励直流发电机的短路电流（），并励直流发电机的短路电流（）。4. ABC坐标系到dq0坐标系的变换，就是把定子A、B、C三相绕组轴线上的三相物理量进行线性组合，得到固定在转子上的d、q轴线上的物理量（外加一个0轴上的物理量）。在具体操作上，就是将A、B、C三相的物理量，投影到d轴（或轴）并相加，取其（）倍，作为d轴（或q轴）的物理量；将A、B、C三相的物理量直接相加，取其（）倍，作为零轴物理量。5. 同步电机动态分析时，定子标幺值的三个自由选择的物理量基准分别是（ ）。6. 在dq0坐标系中，列写同步电机标幺值的动态方程时，为了使定、转子间互感的标幺值可逆，在定、转子容量标幺值的选择上，应该满足（），用公式表示即（）。7. 在同步电机动态分析中，转子电流的标幺值往往采用所谓Xad基准，它是指： （ ）。8. 无阻尼绕组的同步发电机，发生忽然三相对称短路时，转子励磁绕组的电流包括：稳定的直流分量；瞬变衰减的直流分量，其时间常数为（）；衰减的周期分量，其时间常数为（）。9. 同步电机忽然短路时，励磁绕组具有屏蔽电枢反应磁通进入主极磁路的作用，等效于电枢反应电抗的减小，这时的直轴电抗称为（）。当存在直轴阻尼绕组时，阻尼绕组同样具有屏蔽电枢反应磁通进入主极磁路的作用，因此等效的电枢反应电抗更小，同时考虑阻尼绕组和励磁绕组作用时的直轴电抗，称为（）。10.变压器过电压可分为（）、大气过电压等两种。三、 多项选择题（勾出正确答案，编号填入括号，共30分）1. 关于凸极同步发电机短路，正确的论述有（ ）。(A) 正序阻抗是固定的； (B) 不对称短路时，负序阻抗本质上是周期变化的；(C) 忽然短路电流大于稳定短路电流；(D) 对称短路时，电流为直轴去磁；2. 在感应电动机的正序、负序两个等效电路中，负序等效电路中的转差率s-同正序等效电路中的转差率s+的关系为（ ）。(A) s-s+ (B) s-s+(B) s-+ (C) s-=s+(D) s-=2-s+3. 关于对称分量变换、dq0、MT0、120变换，正确的说法有（AC ）。(A) 对称分量变换前后的物理量为相量；(B) dq0变换为相量变换；(C) 对称分量变换、120变换具有相同的变换矩阵；(D) MT0变换专用于同步电机分析。4. dq0坐标系到ABC坐标系的变换，就是先将d、q轴的物理量，投影到A相（或B相或C相）并相加，再（A），作为A相（或B相或C相）的物理量。(A) 直接加上0轴的物理量；(B) 加上0轴的物理量的1/3；(C) 加上0轴的物理量的2/3；(D) 加上0轴的物理量在该相的投影。5. 感应电机多为隐极，关于其有关电感的论述，正确的有（ABCD）。(A) 定子两相间的互感不随时间变化；(B) 定子自感不随时间变化；(C) 转子两相间的互感不随时间变化；(D) 转子自感不随时间变化；(E) 定、转子之间任何两相的互感不随时间变化。6. 对于凸极同步电机，关于其有关电感的论述，正确的有（ABC）。(A) 定子两相之间的互感是时变的；(B) 定子自感是时变的；(C) 定、转子间的互感是时变的；(D) 转子自感是时变的；7. 转子无阻尼绕组的同步发电机，发生忽然三相对称短路时，关于定子短路电流各分量，正确的论述有（ABDE ）。(A) 存在稳定的周期分量；(B) 存在瞬态衰减的周期分量，时间常数为Td；(C) 存在超瞬态衰减的周期分量，时间常数Td”；(D) 存在衰减的非周期分量，时间常数为Ta；(E) 存在衰减的二次谐波分量，时间常数为Ta。8. 在单相变压器空载接入电网的瞬变过程中，正确的论述有（ABC ）。(A) 主磁通、励磁电流都经历一个瞬变过程；(B) 主磁通由稳态分量和瞬变分量组成(C) 根据磁链不能突变原则，最坏情况下，最大主磁通可达稳态时的约倍；(D) 因电感电路的电流不能突变，最坏情况下，最大电流可达稳态时的约倍。9. 关于变压器空载接入电网，正确的论述有（AC）。(A) 小型变压器电阻较大，电感小，时间常数小，瞬态时间短，可直接入网；(B) 小型变压器电阻较小，电感大，时间常数大，瞬态时间长，不可直接入网；(C) 大型变压器电阻小，电感大，时间常数大，瞬态时间长，往往经电阻入网，后再切除电阻；(D) 大型变压器电阻大，电感小，时间常数小，瞬态时间短，可直接入网。10. 单相变压器空载，二次侧忽然短路时，正确的论述有（ACD）。(A) 短路电流经历一个瞬态过程；(B) 主磁通经历一个瞬态过程；(C) 短路电流包括稳态短路电流分量和衰减的瞬态分量两个部分；(D) 因电感回路电流不能突变，最坏情况下，最大短路电流可达稳定短路电流的约倍。11. 变压器忽然短路时，对漏磁场、绕组受的电磁力，正确论述有（AC）。(A) 漏磁场轴向分量大于径向分量； (B) 电磁力轴向分量大于径向分量；(C) 轴向电磁力的破坏作用大；(D) 径向电磁力破坏作用大。12. 关于变压器承受大气过电压，正确的论述有（ABCD ）。(A) 电压数值大，作用时间短，等效于给变压器施加高频高压；(B) 在动态分析时，主要考虑高压侧绕组的对地电容和匝间电容；(C) 在动态过程的初始阶段，绕组电感可以认为是开路的；(D) 低压侧绕组因靠近铁心，对地电容大，可以认为是接地短路的。13. 变压器承受大气过电压时，正