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电气设计制造及其自动化专业试题以及答案电气自动化专业考试题及其答案直流电机部分1简述直流电动机的工作原理？答：直流电动机在外加电压的作用下，在导体中形成电流，载流导体在磁场中受电磁力的作用，由于换向器的作用，导体进入异性磁极时，导体中的电流方向也相应改变，从而保证了电磁转矩的方向不变，使直流电动机能连续旋转，把直流电能转换成机械能输出。2电磁转矩与什么因素有关？如何确定电磁转矩的实际方向？答：由Tem=CTIa知：对于已制造好的直流电机，其电磁转矩与电枢电流和气磁通的乘积成正比。可用左手判定电枢导体的受力方向，从而确定电磁转矩的实际方向。对于直流发电机而言，电磁转矩为制动转矩，与转子转向相反；而对于直流电动机而言，电磁转矩为驱动性质，与转子转向相同。3直流电机由哪些主要部件组成？其作用如何？答： (一)定子1)主磁极：建立主磁通，包括： 铁心：由低碳钢片叠成 绕组：由柒包铜线绕成2)换向磁极：改善换向，包括： 铁心： 中大型由低碳钢片叠成。 小型由整块锻钢制成。 绕组：由柒包铜线绕成。3)机座：固定主磁极、换向磁极、端盖等，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。4)电刷装置：引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。(二)转子1) 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。由电工钢片叠成。2) 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量转换。由铜线绕成。3) 换向片：换向用，由铜线围叠而成。4直流电动机为什么不能直接起动？如果直接起动会有什么后果？答：起动瞬间转速n=0，电动势 所以Ea=0，最初起动电流 。若直接起动，由于Ra很小，Ist会达到十几倍甚至几十倍的额定电流，造成电机无法换向，同时也会过热，因此不能直接起动。5试说明电动状态、能耗制动状态、回馈制动状态及反接制动状态下的能量关系。答：电动状态：把从电网输入的电能转换成机械能从轴上输出。能耗制动状态：电动机将轴上的机械惯性储能转换成电能消耗在电枢回路电阻上。回馈制动状态：电动机将轴上输入的机械能转换成电能回馈到电网。反接制动状态：电网输入的电能与由轴上输入的机械能转换成的电能一起都消耗在电枢回路的电阻上。6直流电动机有那几种调速方法？各有何特点？答：直流电动机的调速方法有：（1）降压调速；（2）电枢回路串电阻调速；（3）弱磁调速。前两种调速方法适用于恒转矩负载，后一种调速方法适用于恒功率负载。降压调速可实现无级调速，机械特性斜率不变，速度稳定性好，调速范围较大。串电阻调速为有级调速，调速平滑性差，机械特性斜率增大，速度稳定性差，受静差率的限制，调速范围很小。弱磁调速控制方便，能量损耗小，调速平滑，受最高转速的限制，调速范围不大。7何谓恒转矩调速方式及恒功率调速方式？他励直流电动机的三种调速方法各属于什么调速方式？答：恒转矩调速方式是指在调速过程中电动机的电枢电流保持在额定值前提下，其输出转矩是恒定的。恒功率调速方式是指在调速过程中电动机的电枢电流保持在额定值前提下，其输出功率是恒定的。他励直流电动机的降压调速和电枢回路串：电阻调速属于恒转矩调速方式而弱磁调速属于恒功率调速方式。8单相异步电动机为什么没有起动转矩？它有哪几种起动方法？答：单相异步电动机通入单相交流电时产生脉动磁动势，而脉动磁动势可分解成大小相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁动势，由于起动初瞬，转子是静止的，两个旋转磁动势以相同的速率切割转子绕组，产生相应的感应电动势、电流和电磁转矩，显然两个转矩大小相等、方向相反，其合成总转矩为零，故无起动转矩，电动机不能自行起动。单相异步电动机主要有分相和罩极两种起动方法。而分相起动具体分为电容分相起动和电阻分相起动等。9什么是三相步进电机的单三拍、六拍、双三拍工作方式？答：在步进电机工作过程中，定子绕组每改变一次通电方式，称为一拍。若按照U-V-W-U的顺序通电，则步进电动机的转子将按一定速度顺时针方向旋转，步进电动机的转速取决于三相控制绕组的通、断电源的频率。若按照U-W-V-U的顺序通电时，步进电机的转向将改为逆时针。上述的通电控制方式，由于每次只有一相控制绕组通电，故称为三相单三拍控制方式。除此种控制方式外，还有三相单、双六拍工作方式和三相双三拍控制方式。在三相单、双六拍工作方式中，控制绕组的通电顺序为U-UV-V-VW-W-WU-U（转子顺时针旋转）或U-UW-W-WV-V-VU-U（转子逆时针旋转）。在三相双三拍控制方式中，控制绕组的通电顺序为UV-VW-WU-UV或UW-WV-VU-UW。步进电机每改变一次通电状态转子所转过的角度称为步进电机的步距角。10电力拖动系统电动机选择的基本方法是什么？答：（1）电动机容量的选择。（2）电动机种类的选择。（3）电动机型式的选择。（4）电动机额定电压的选择。（5）电动机额定转速的选择。变压器部分1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流I0， 产生励磁磁动势F0， 在铁芯中产生交变主磁通0, 其频率与电源电压的频率相同， 根据电磁感应定律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e1和e且有 , , 显然，由于原副边匝数不等, 即N1N2，原副边的感应电动势也就不等, 即e1e2, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即U1E1, U2E2,故原副边电压不等,即U1U2, 但频率相等。2变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗？为什么？答：不会。因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中产生感应电动势。3变压器有哪些主要部件，它们的主要作用是什么？答：铁心：构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。绕组：构成变压器的电路,它是变压器输入和输出电能的电气回路。分接开关： 变压器为了调压而在高压绕组引出分接头,分接开关用以切换分接头,从而实现变压器调压。油箱和冷却装置：油箱容纳器身,盛变压器油,兼有散热冷却作用。绝缘套管： 变压器绕组引线需借助于绝缘套管与外电路连接，使带电的绕组引线与接地的油箱绝缘。4变压器空载运行时，是否要从电网取得功率？这些功率属于什么性质？起什么作用？为什么小负荷用户使用大容量变压器无论对电网和用户均不利？答：要从电网取得功率，供给变压器本身功率损耗，它转化成热能散逸到周围介质中。小负荷用户使用大容量变压器时，在经济技术两方面都不合理。对电网来说，由于变压器容量大，励磁电流较大，而负荷小，电流负载分量小，使电网功率因数降低，输送有功功率能力下降，对用户来说，投资增大，空载损耗也较大，变压器效率低。5一台220/110伏的变压器，变比 ，能否一次线圈用2匝，二次线圈用1匝，为什么？答：不能。由 可知，由于匝数太少，主磁通 将剧增，磁密 过大,磁路过于饱和，磁导率降低，磁阻 增大。于是，根据磁路欧姆定律 可知, 产生该磁通的激磁电流 必将大增。再由 可知，磁密 过大, 导致铁耗 大增， 铜损耗 也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。6一台380/220伏的单相变压器，如不慎将380伏加在二次线圈上，会产生什么现象？答：根据 可知， ，由于电压增高，主磁通 将增大，磁密 将增大, 磁路过于饱和，根据磁化曲线的饱和特性，磁导率降低，磁阻 增大。于是，根据磁路欧姆定律 可知,产生该磁通的励磁电流 必显著增大。再由铁耗 可知，由于磁密 增大,导致铁耗 增大，铜损耗 也显著增大，变压器发热严重， 可能损坏变压器。7变压器二次侧接电阻、电感和电容负载时，从一次侧输入的无功功率有何不同，为什么？答：接电阻负载时，变压器从电网吸收的无功功率为感性的，满足本身无功功率的需求；接电感负载时，变压器从电网吸收的无功功率为感性的，满足本身无功功率和负载的需求，接电容负载时，分三种情况：1）当变压器本身所需的感性无功功率与容性负载所需的容性无功率相同时，变压器不从电网吸收无功功率，2）若前者大于后者，变压器从电网吸收的无功功率为感性的；3）若前者小于后者，变压器从电网吸收的无功功率为容性的。8为什么变压器的空载损耗可以近似看成铁损，短路损耗可近似看成铜损？负载时变压器真正的铁耗和铜耗与空载损耗和短路损耗有无差别，为什么？答：空载时，绕组电流很小，绕组电阻又很小，所以铜损耗I0a很小,故铜损耗可以忽略，空载损耗可以近似看成铁损耗。测量短路损耗时，变压器所加电压很低，而根据 可知，由于漏电抗压降 的存在， 则更小。又根据 可知， ，因为 很小，磁通就很小，因此磁密 很低。再由铁损耗 ，可知铁损耗很小，可以忽略，短路损耗可以近似看成铜损耗。负载时，因为变压器电源电压不变， 变化很小（ ，主磁通几乎不变，磁密就几乎不变，铁损耗也就几乎不变，因此真正的铁损耗与空载损耗几乎无差别，是不变损耗。铜损耗与电流的平方成正比，因此负载时的铜损耗将随电流的变化而变化，是可变损耗，显然，负载时的铜损耗将因电流的不同而与短路损耗有差别。9三相变压器的组别有何意义，如何用时钟法来表示？答：三相变压器的连接组别用来反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应的线电动势（线电压）之间的相位关系。影响组别的因素不仅有绕组的绕向、首末端标记，还有高、低压侧三相绕组的连接方式。用时钟法表示时，把高压绕组的线电动势（线电压）相量作为时钟的长针，并固定在12点，低压绕组的线电动势（线电压）相量作为短针，其所指的数字即为三相变压器的连接组别号。三相变压器共有12种组别，其中有6种单数组别和6种偶数组别。10 变压器并联运行的理想条件是什么？哪一个条件要求绝对严格？不满足并联条件产生的什么后果？答：变压器并联运行的条件有三条：各变压器一次、二次测的额定电压应分别相等，即变比相同；各变压器的联结组别必须相同；各变压器的短路阻抗（或短路电压）标么值 （ ）相等，且短路阻抗角也相等。第二个条件要求绝对严格。变比不等时将会在并联运行的变压器间产生环流，从而影响负荷分配，使变比小的变压器所带的负载电流大。组别不同，会产生相当大的环流，烧毁变压器的绕组。变压器的负荷分配与短路阻抗标么值 成反比， 小的变压器所分配的的负荷电流大，反之， 大的变要器分担的负荷小，致使不能按期容量成比例分配。交流电动机部分1简述三相异步电动机的工作原理？答：三相异步电动机的定子三相对称绕组，接通三相对称电源，流过三相对称电流，产生旋转磁场（电生磁），切割转子导体，在转子导体中产生感应电动势，进而产生电流。（磁生电），载流导体在磁场中受到电磁力的作用，形成电磁转矩（电磁生力），使转子朝着旋转磁场旋转的方向旋转。2何谓异步电动机的转差率？在什么情况下转差率为正，什么情况为负，什么情况下转差率小于1或大于1？如何根据转差率的不同来区别各种不同运行状态？ 答：异步电机转差率s 是指旋转磁场转速n1与转子转速 n之间的转速差（n1-n）与旋转磁场转速n1的比率，即 。当n0），n n1时转差率为负（sn0时，转差率sn时，转差率s1;当+s1 时为电磁制动运行状态，当1s0时为电动机运行状态，当0s-时为发电机运行状态。3异步电动机的空气隙为什么做的很小？ 答：异步电动机空气隙小的目的是为了减小其励磁电流(空载电流)，从而提高电动机功率因数。因异步电动机的励磁电流是由电网供给的，故气隙越小，电网供给的励磁电流就小。而励磁电流又属于感性无功性质，故减小励磁电流，相应就能提高电机的功率因数。4异步电动机在起动及空载运行时为什么功率因数较低？当满载运行时，功率因数为什么会较高？什么是功率因数，功率因数低的危害有哪些，如何提高功率因数？答：起动时，转差率为1，转子的电抗达到最大，因此异步电动机的功率因数较低。空载时， ，而 ，其中 为有功分量电流，用来供给铁心损耗； 为无功分量电流，用来建立磁场。由于 远大于 ，所以空载电流基本上是以无功性质的电流，因而电动机的功率因数 很低。异步电动机满载运行时，转子电流的有功分量增加，空载电流只占一小部分，故定子电流的有功分量增大，电动机的功率因数提高。功率因数是指电路中电压与电流的相位差，反映负载的性质，功率因数低将引起：1、电源设备不能充分利用；2、输电线路的损耗和压降增加。提高功率因数的方法有：在负载两端并电容；利用过励磁的同步电机补偿无功功率；利用调相电机作无功功率电源；异步电机的同步化运行。5异步电动机的定、转子电路之间并无电的直接联系，当负载增加时，为什么定子电流和输入功率会自动增加？答：当负载增加时，转子转速n下降，则转差率上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势E2和感应电流I2相应增加，转子磁动势F2也增加，由磁动势平衡关系可知，定子磁动势也要增加，则定子电流I1上升，即从电网输入的电功率增加。6将一台异步电动机的转子卡住不动，而定子绕组上加额定电压，此时电动机的定子绕组、转子绕组中的电流及电动机的温度将如何变化？为什么？答：转子不转时，n=0，s=1，此时旋转磁场将以最大速度截切转子导体，转子绕组中将产生较大的感应电流，根据磁动势平衡关系可知，定子也将产生较大的电流，定子、转子电流都将超出额定值的数倍，电动机的温度也将大大增加。7当三相异步电动机拖动位能性负载时，为了限制负载下降时的速