武汉大学电机学考试重点试题.docx

1. 磁路的基本定律有哪些？当铁芯磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算能否采用叠加原理？为什么？答：磁通、磁动势、磁阻分别与电路中的电流、电动势、电阻对应，磁路的基本定律分别与电路的基本定律对应，磁路的基本定律有磁路欧姆定律=FRm=mF，磁路基尔霍夫第一定律=0，磁路基尔霍夫第二定律F=Hl=Rm。当铁芯磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算一般不能用叠加原理。因为铁心磁路存在饱和现象，饱和时，磁阻非常数，因此不能采用叠加原理计算。若铁芯中的磁通密度很小，不饱和，则可以用叠加原理计算。2. 试说明磁动势平衡的概念及其在分析变压器中的作用？对于电力变压器，由于其一次侧绕组漏阻抗压降较小，负载时一次侧感应电动势的值与接入电网的交流电压值近似相等，E1=4.44fN12m=|U1-I1Z1|U1,故铁芯中相应的主磁通近似等于空载时的主磁通，从而产生的合成磁动势与空载磁动势近似相等，即F1+F2=F0,N1I1+N2I2=N1I0。将上述等式两端同时除以N1,得到I1=I0+-I2k=I0+I1L,其中I1L=-I2k。此式说明在负载运行时，变压器一次侧电流有两个分量I0和I1L，I0是励磁电流，用于建立变压器铁芯中的主磁通，I1L是负载分量，用于建立磁动势N1I1L去抵消二次侧磁动势N2I2，即N1I1L+N2I2=0。3为什么变压器的空载损耗可以近似地看成是铁耗，短路损耗可以近似地看成时铜耗？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？ 从变压器空载等效电路看，空载损耗等于铁耗I02Rm和一次绕组铜耗I02R1之和，由于RmR1，且空载电流很小，所以空载损耗可以近似看成铁耗。 短路试验时，一次侧输入电压很小，铁芯中主磁通很小，铁耗很小，而短路电流很大，远大于励磁电流，所以短路损耗可以近似看成铜耗。 负载时和空载试验时外施电压都是额定值，两者的铁耗差不多。严格分析起来，负载铁耗略小于空载时的铁耗，这是由于负载时，负载电流在一次漏阻抗上的压降比空载试验时大，这表明铁芯内的磁通密度比空载时的稍低，因此铁耗也就少些。另外，所谓空载时的损耗，是包含少量铜耗在内的，因此负载下的真正铁耗比空载试验时测得的铁耗略小。 铜耗与电流的平方成正比，当负载电流与短路试验电流相等时，可以认为负载铜耗等于短路损耗。考虑到短路试验时的损耗包含少量铁耗在内，负载时的铜耗略小于相同电流下的短路损耗。3. 变压器的其他条件不变，仅将一、二次绕组匝数变化，对，的影响怎样？如果仅将外施电压变化，其影响怎样？如果仅将频率变化，其影响又怎样？漏电抗X1=2fN121fN121, X2=2fN222fN222,励磁电抗Xm=2fN12mfN12m。主磁通所经磁路的磁导m与饱和程度有关，饱和程度上升时，m减小；饱和程度下降时，m增加。漏磁通所经磁路的磁导12与饱和程度无关，为常数。在变压器结构一定的情况下，铁芯磁密正比于主磁通，因此通过主磁通的大小变化可以判断铁芯饱和程度的变化。在忽略漏阻抗压降的情况下，U1=4.44fN12m.当N1和N2变化+10%时，主磁通m减小，磁路饱和程度下降，m上升，12不变，因此X1 X2变化21%，Xm变化大于21%.同理可得，当N1和N2变化-10%时，X1 X2变化-19%，Xm变化小于-19%。当外施电压U1变化10%时，主磁通相应变化+10%，磁路饱和程度上升，X1 X2不变，Xm减小，同理可得，当外加电压U1变化-10%时，X1 X2不变，Xm增大。当频率f变化+10%时，主磁通m下降，磁路饱和程度下降，m增大，12不变，故X1变化+10%，Xm变化大于+10%。4. 分析变压器的方法有哪些？之间有无联系？为什么？分析变压器有三种方法，即基本方程式、等效电路和相量图。基本方程式是电磁关系的一种数学表达式，相量图是基本方程式的一种图形表示法，而等效电路是从基本方程式出发用电路来模拟实际变压器，因此，三者是完全一致的，知道了其中一种就可以推导出其他两种。由于基本方程式组比较复杂，因此实际工作中，如做定性分析可采用相量图，如作定量计算可采用等效电路。5. 一台变压器，原设计的额定频率为 50Hz，现将它接到60Hz的电网上运行，额定电压不变，试问对励磁电流、铁耗、漏抗、电压变化率等有何影响？ 也50变为60，额定电压不变。 变为原来的，则变为原来的励磁电流减小，即，为原来的 虽然频率变为原来的倍，但频率的1.6次方与铁耗成正比但减小倍，减小倍，但的平方与成正比最终仍是铁耗减小，即 磁电抗 ，饱和程度降低， 漏电抗： 为漏磁路磁导可认为是常数 随频率增大而增大。 电压变化率，6. 为什么采用短距和分布绕组能削弱谐波电动势？为了消除5次或7次谐波电动势，节距应选择多大？若要同时削弱5次和7次谐波电动势，节距应选择多大？采用短距绕组，适当地选择线圈的节距，可以使某一次谐波的短距系数为零或很小，达到消除或消弱该次谐波的目的。若要消除第次谐波电动势，即要使kyv=sinvy12=0,则只要选取y1=-v就可以。分布绕组能有效地消弱谐波电动势，可利用60度相带绕组来说明；对基波磁航而言，线圈组的电动势相量分布在60度范围内，分布比较集中，因此分布系数较大；对v次谐波磁场而言，线圈组的电动势相量分布在v*60度范围内，分布相当分散，因此分布系数很小，线圈组的v次谐波电动势则相当小。线圈组在磁场中分布越集中，其分布系数越接近于1；相反，分布越分散，其分布系数越小。若要消去第五次谐波，则取y1=45;若要消去7次谐波，则取y1=67.若要同时削弱5次和7次谐波，则取45y167,通常选择y1=56。7. 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度。转子磁势是由转子三相（或多相）对称绕组感应的三相（或多相）对称电流产生的一个旋转磁势，这个磁势相对转子的转速由转子电流的频率决定，当转子的转速为相对于转子的转速，转差率为时，转子电流的频率，则这个磁动势相对转子的转速为，它相对定子的转向永远相同，相对定子的转速为，即永远为同步速。57 试说明转子绕组折算和频率折算的意义，折算是在什么条件下进行的？绕组折算：将异步电机转子绕组折算成一个相数为，匝数为，绕组系数为 的等效转子绕组来替代原来的转子绕组，保持极对数不变。频率折算：用一个等效的静止转子来代替原来的旋转的转子，在该静止转子回路中串入一个的模拟电阻，而定子方各物理量不变。折算的条件：保持转子磁动势不变，及转子上有功，无功率不变。58 异步电动机定子绕组与转子绕组没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加，试说明其物理过程。从空载到满载，电机主磁通有无变化？ 电磁势平衡方程式：知 当负载时，定子电流只有一个分量，用以产生磁时来抵消转子磁势的作用，虽然定转子无直接电联系，定子电流会自动增加的原因。 从空载到满载，由电势平衡方程式 基本不变，略有略有下降，故主磁通略为下降。510 异步电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多，会产生什么严重后果？试说明其原因。如果电源电压下降，对感应电动机的、有何影响？ 负载不变 不变 如电压下降过多，为保持不变，易烧毁电机。 转矩不变， 为常数 不变 不变 （或者，成平方下降，而负载转矩不变）512 某绕线转子异步电动机，如果（1）转子电阻增加一倍；（2）转子漏电抗增加一倍；（3）定子电压的大小不变，而频率由50Hz变为60Hz，各对最大转矩和起动转矩有何影响？ （1）增加一倍，增加，不变 （2）增加一倍，减小，减小 （3）由50Hz变为60Hz，相当于增加，且分母增大了，减小67 一台转枢式三相同步发电机，电枢以转速n逆时针方向旋转，对称负载运行时，电枢反应磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的转速又是多少？对电枢的转速为，为定子的转速为0，方向为顺时针。原因是：要想产生平均转矩，励磁磁势与电枢反应磁势必然相对静止，而现在励磁磁势不变。电枢反应磁势对定子也是相对静止的，而转子逆时针转，它必须顺时针转，方能在空间静止。611 试述交轴和直轴同步电抗的意义。为什么同步电抗的数值一般较大，不可能做得很小？请分析下面几种情况对同步电抗有何影响？ （1）电枢绕组匝数增加； （2）铁心饱和程度提高； （3）气隙加大；（4）励磁绕组匝数增加。 ，表征了当对称三相直轴或交轴电流每相为1A时，三相联合产生的总磁场（包括在气隙中的旋转电枢反应磁场和漏磁场）在电枢绕组中每相感应的电动势气隙大，同步电抗大，短路比大，运行稳定性高，但气隙大或同步电抗小，转子铜量大，成本增加，同步电抗不能太小。 （1）电枢绕组匝数增加，产生的直轴交轴电枢反应磁通增大， ，增加，（电流不变） （2）铁心饱和程度提高，磁阻增大， ，减小。 （3）气隙加大，磁阻增大， ，减小。 （4）同步电抗反应的是电枢电流产生的磁场性质与励磁绕组无关，不管什么电抗都有， 617 为什么同步发电机三相对称稳态短路特性为一条直线？短路时，电极磁势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁势，即合成电动势所以起对应的气隙合成磁通很大，电机磁路不饱和，而 是一条直线。619 一台同步发电机的气隙比正常气隙的长度偏大，和将如何变化？ 348 一台三相变压器，Yd11接法。在低压侧加额定电压作空载试验，测得，。在高压侧作短路试验，短路电流，试求：（1）用标么值表示的励磁参数和短路参数； （2）电压变化率时负载的性质和功率因数； （3）电压变化率最大时的功率因数和值； （4）（滞后）时的最大效率。先求出一相的物理量（A） 折算到高压侧： 短路参数： (2) 是容性负载 （超前）（3） （感性）(滞后)(4) (即时效率最大)= =0.06124531 已知一台三相异步电动机的数据为：，定子联接，50Hz，额定转速，忽略不计，。试求：（1）极数； 解： P=2，即2P=4（2）同步转速；（3）额定负载时的转差率和转子频率； （4）绘出T型等效电路并计算额定负载时的、和。 定子电流为（滞后） = 536 一台4极中型异步电动机，定子联接，定子额定电流，频率50Hz，定子铜耗，转子铜耗，铁耗，机械损耗，附加损耗，。正常运行时，；起动时，由于磁路饱和与趋肤效应的影响，。试求： （1）额定负载下的转速、电磁转矩和效率；（2）最大转矩倍数（即过载能力）和起动转矩倍数。 解：（1）=200+0.98+3=203.98kw 即 S=0.01378 （2） 6.58有一台三相1500kW水轮发电机，额定电压为6300V，Y联接，额定功率因数（滞后），已知它的参数，电枢电阻可略去不计，试绘相量图并计算发电机在额定运行状态时的励磁电动势。解：额定电流 IN=PN3UNcosN=171.83A由cosN=0.8（滞后）得N=36.87，sinN=0.6.=tan-1INXq+UNsinN/UNcosN=57.32 =-N=20.45励磁电动势E0=UNcos+INXdsin=6474.2V6.59三相汽轮发电机，2500KVA,6.3KV,Y型连接，Xt=10.4，Ra=0.071。试求下列情况。解：额定电流IN=PN3UN=229.12A 阻抗基值ZN=UNIN=15.875 同步电抗Xt*=XtZN=0.6551（1） 由cosN=0.8（滞后）得，N=36.87，sinN=0.6=tan-1I*Xt