电机原理及运行模拟练习题+答案

电机原理及运行模拟练习题+答案一、选择题1.直流电动机的电磁转矩是（）。A.驱动性质的转矩，其方向与电枢旋转方向相同B.制动性质的转矩，其方向与电枢旋转方向相同C.驱动性质的转矩，其方向与电枢旋转方向相反D.制动性质的转矩，其方向与电枢旋转方向相反答案：A。解析：直流电动机中，电磁转矩是驱动性质的转矩，它驱使电枢转动，所以其方向与电枢旋转方向相同。当电磁转矩克服负载转矩时，电动机才能正常运转。2.变压器空载运行时，原边加额定电压，这时原边电流（）。A.很小，且主要为无功电流B.很小，且主要为有功电流C.很大，且主要为无功电流D.很大，且主要为有功电流答案：A。解析：变压器空载运行时，原边绕组加额定电压，由于副边开路，此时原边电流主要用来建立主磁通，而建立磁通的电流是无功电流，且因为变压器的励磁阻抗较大，所以原边电流很小。3.三相异步电动机的同步转速$n_1$与电源频率$f_1$及磁极对数$p$的关系是（）。A.$n_1=\frac{60f_1}{p}$B.$n_1=\frac{60p}{f_1}$C.$n_1=\frac{f_1}{p}$D.$n_1=\frac{p}{f_1}$答案：A。解析：三相异步电动机的同步转速是旋转磁场的转速，其计算公式为$n_1=\frac{60f_1}{p}$，其中$f_1$是电源频率，单位为Hz，$p$是磁极对数。4.一台他励直流电动机，在稳态运行时，电枢电压、电枢电流、每极磁通均保持不变，若在电枢回路中串入一个电阻，稳定后此电动机的转速将（）。A.升高B.降低C.不变D.无法确定答案：B。解析：他励直流电动机的转速公式为$n=\frac{U-I_aR_a}{K_e\varPhi}$，在电枢回路中串入一个电阻$R_{串}$后，电枢回路总电阻变为$R_a+R_{串}$，由于$U$、$I_a$、$\varPhi$不变，分母不变，分子$U-I_a(R_a+R_{串})$变小，所以转速$n$降低。5.变压器的变比$k$是指（）。A.原、副边绕组匝数之比B.原、副边电压之比C.原、副边电流之比D.以上都对答案：D。解析：变压器的变比$k=\frac{N_1}{N_2}=\frac{U_1}{U_2}=\frac{I_2}{I_1}$，其中$N_1$、$N_2$分别是原、副边绕组匝数，$U_1$、$U_2$分别是原、副边电压，$I_1$、$I_2$分别是原、副边电流。6.三相异步电动机的最大电磁转矩$T_{max}$与电源电压$U_1$的关系是（）。A.$T_{max}$与$U_1$成正比B.$T_{max}$与$U_1^2$成正比C.$T_{max}$与$U_1$成反比D.$T_{max}$与$U_1^2$成反比答案：B。解析：三相异步电动机的最大电磁转矩公式为$T_{max}=\frac{3U_1^2}{4\pif_1\left[R_1+\sqrt{R_1^2+(X_{1\sigma}+X_{2\sigma})^2}\right]}$，从公式可以看出，最大电磁转矩$T_{max}$与电源电压$U_1$的平方成正比。7.直流发电机的电枢电动势$E_a$与电枢电流$I_a$的方向（）。A.相同B.相反C.无关D.不确定答案：A。解析：在直流发电机中，电枢电动势是电源电动势，它推动电流流动，所以电枢电动势$E_a$与电枢电流$I_a$的方向相同。8.一台星形连接的三相异步电动机，接于三相对称电源上，若电源电压不变，将其改接成三角形连接，则电动机的（）。A.相电流增大，线电流减小B.相电流增大，线电流增大C.相电流减小，线电流减小D.相电流减小，线电流增大答案：B。解析：对于三相异步电动机，星形连接时$U_{p}=\frac{U_{l}}{\sqrt{3}}$，$I_{p}=I_{l}$；三角形连接时$U_{p}=U_{l}$，$I_{l}=\sqrt{3}I_{p}$。当电源电压不变，从星形连接改为三角形连接时，相电压增大为原来的$\sqrt{3}$倍，根据欧姆定律，相电流增大。而线电流在三角形连接时是相电流的$\sqrt{3}$倍，所以线电流也增大。9.变压器的效率$\eta$与负载系数$\beta$的关系是（）。A.$\beta$越大，$\eta$越高B.$\beta$越小，$\eta$越高C.存在一个最佳负载系数$\beta_{m}$，使$\eta$达到最大值D.$\eta$与$\beta$无关答案：C。解析：变压器的效率$\eta$与负载系数$\beta$的关系曲线是一条先上升后下降的曲线，存在一个最佳负载系数$\beta_{m}$，当负载系数等于$\beta_{m}$时，变压器的效率达到最大值。10.三相异步电动机的起动转矩$T_{st}$与电源频率$f_1$的关系是（）。A.$T_{st}$与$f_1$成正比B.$T_{st}$与$f_1^2$成正比C.$T_{st}$与$f_1$成反比D.$T_{st}$与$f_1^2$成反比答案：D。解析：三相异步电动机的起动转矩公式为$T_{st}=\frac{3U_1^2R_2'}{2\pif_1\left[(R_1+R_2')^2+(X_{1\sigma}+X_{2\sigma}')^2\right]}$，在其他参数不变的情况下，起动转矩$T_{st}$与电源频率$f_1$的平方成反比。二、填空题1.直流电动机的调速方法有______、______和______。答案：改变电枢电压调速；改变励磁磁通调速；改变电枢回路电阻调速。解析：改变电枢电压调速可以平滑地调节电动机的转速，且调速范围较宽；改变励磁磁通调速适用于弱磁升速的情况；改变电枢回路电阻调速是通过在电枢回路中串入电阻来改变转速，但这种方法能耗较大，调速范围有限。2.变压器的损耗包括______和______，其中______与负载大小无关，______与负载大小有关。答案：铁损耗；铜损耗；铁损耗；铜损耗。解析：变压器的铁损耗是由交变磁通在铁芯中产生的磁滞损耗和涡流损耗组成，只要变压器接在电源上，铁心中就有交变磁通，所以铁损耗与负载大小无关。铜损耗是电流在绕组电阻上产生的损耗，负载电流越大，铜损耗越大，所以铜损耗与负载大小有关。3.三相异步电动机的调速方法有______、______和______。答案：变极调速；变频调速；改变转差率调速。解析：变极调速是通过改变定子绕组的接线方式来改变磁极对数，从而改变同步转速，实现调速；变频调速是通过改变电源频率来改变同步转速，调速性能好，应用广泛；改变转差率调速可以通过改变定子电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法来实现。4.直流发电机按励磁方式可分为______、______、______和______。答案：他励发电机；并励发电机；串励发电机；复励发电机。解析：他励发电机的励磁绕组由独立的直流电源供电；并励发电机的励磁绕组与电枢绕组并联；串励发电机的励磁绕组与电枢绕组串联；复励发电机有并励和串励两个励磁绕组。5.变压器的外特性是指在______和______不变的条件下，______随______变化的关系。答案：原边电压；负载功率因数；副边电压；负载电流。解析：变压器的外特性反映了变压器在带负载运行时副边电压的变化情况，当原边电压和负载功率因数不变时，随着负载电流的变化，副边电压会发生相应的变化。6.三相异步电动机的工作特性是指在______和______不变的条件下，______、______、______、______和______随______变化的关系。答案：定子电压；频率；转速；转矩；效率；功率因数；输出功率。解析：三相异步电动机的工作特性描述了电动机在运行过程中各种性能参数随输出功率的变化情况，通过研究工作特性可以了解电动机的运行性能和效率。7.直流电动机的电磁功率$P_{em}$等于______与______的乘积。答案：电磁转矩$T$；机械角速度$\Omega$。解析：直流电动机的电磁功率$P_{em}=T\Omega$，它是电动机将电能转换为机械能的功率。8.变压器的空载试验通常在______边进行，短路试验通常在______边进行。答案：低压；高压。解析：空载试验在低压边进行是因为低压边电压低，操作安全，且试验时所需的电源容量较小；短路试验在高压边进行是因为高压边电流小，便于测量，同时可以减少试验设备的容量。9.三相异步电动机的转差率$s$的计算公式为______，当电动机起动瞬间，$s$=______，当电动机理想空载运行时，$s$=______。答案：$s=\frac{n_1-n}{n_1}$；1；0。解析：转差率$s$反映了转子转速$n$与同步转速$n_1$之间的差异程度。电动机起动瞬间，转子转速$n=0$，代入公式可得$s=1$；理想空载运行时，转子转速$n$接近同步转速$n_1$，所以$s$趋近于0。10.直流电动机的调速指标有______、______和______。答案：调速范围；调速的平滑性；调速的稳定性。解析：调速范围是指电动机在额定负载下所能达到的最高转速与最低转速之比；调速的平滑性是指调速过程中转速变化的均匀程度；调速的稳定性是指电动机在负载变化时，转速保持稳定的能力。三、简答题1.简述直流电动机的工作原理。答案：直流电动机是根据载流导体在磁场中受到电磁力的作用而发生运动的原理工作的。当直流电源通过电刷和换向器向电枢绕组供电时，电枢绕组中就有电流流过。由于电枢绕组处于主磁极产生的磁场中，根据左手定则，载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，电磁力对电枢轴产生电磁转矩，使电枢转动起来。换向器的作用是在电枢转动过程中，及时改变电枢绕组中电流的方向，保证电磁转矩的方向始终不变，从而使电动机能够连续旋转。2.变压器空载运行时，原边加额定电压，为什么空载电流很小？答案：变压器空载运行时，原边加额定电压，此时副边开路，原边电流主要是用来建立主磁通的励磁电流。由于变压器的铁芯是用高导磁率的材料制成，磁路的磁阻很小，建立额定磁通所需的励磁磁动势就很小。根据安培环路定律，励磁电流也很小。另外，原边绕组的电阻$R_1$很小，而励磁电抗$X_m$很大，由$I_0=\frac{U_1}{\sqrt{R_1^2+X_m^2}}$可知，在额定电压$U_1$作用下，空载电流$I_0$很小。3.简述三相异步电动机的调速原理。答案：三相异步电动机的转速公式为$n=(1-s)n_1=(1-s)\frac{60f_1}{p}$，其中$n_1$是同步转速，$s$是转差率，$f_1$是电源频率，$p$是磁极对数。由此可知，三相异步电动机的调速方法有以下三种：-变极调速：通过改变定子绕组的接线方式来改变磁极对数$p$，从而改变同步转速$n_1$，实现调速。这种调速方法是有级调速，调速范围有限。-变频调速：通过改变电源频率$f_1$来改变同步转速$n_1$，进而实现调速。变频调速可以实现平滑调速，调速范围宽，调速性能好，是一种应用广泛的调速方法。-改变转差率调速：可以通过改变定子电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法来改变转差率$s$，从而实现调速。这种调速方法一般能耗较大，调速范围也有限。4.直流发电机的电枢反应对发电机的运行有哪些影响？答案：直流发电机的电枢反应是指电枢磁动势对主磁极磁动势的影响。电枢反应对发电机的运行有以下影响：-使气隙磁场发生畸变：电枢磁动势的存在会使主磁极的磁场分布发生变化，使磁场的物理中性线发生偏移。-去磁作用：当发电机带负载运行时，电枢反应会产生去磁作用，使每极磁通量减小。这会导致发电机的端电压下降，特别是在负载电流较大时，端电压下降更为明显。-可能引起换向不良：由于电枢反应使磁场畸变，会使换向元件中的感应电动势发生变化，从而影响换向过程，可能导致换向火花增大，甚至产生环火，损坏换向器。5.变压器在运行中，哪些因素会引起其效率变化？如何使变压器处于经济运行状态？答案：影响变压器效率变化的因素主要有以下几个方面：-负载大小：变压器的效率与负载系数$\beta$有关，当负载系数较小时，铁损耗占主导，效率较低；随着负载系数的增大，效率逐渐升高，当负载系数达到最佳值$\beta_{m}$时，效率达到最大值；之后随着负载系数继续增大，铜损耗占主导，效率又会下降。-负载功率因数：在负载大小一定的情况下，负载功率因数越高，变压器输出的有功功率越大，效率越高。-变压器自身损耗：变压器的铁损耗和铜损耗的大小直接影响效率，铁损耗与电源电压有关，铜损耗与负载电流有关。要使变压器处于经济运行状态，可以采取以下措施：-合理选择变压器容量：根据实际负载情况，选择合适容量的变压器，使变压器的负载系数接近最佳负载系数$\beta_{m}$，一般$\beta_{m}=\sqrt{\frac{P_{Fe}}{P_{CuN}}}$，其中$P_{Fe}$是铁损耗，$P_{CuN}$是额定负载时的铜损耗。-提高负载功率因数：通过在负载端并联电容器等无功补偿装置，提高负载功率因数，减少变压器的无功损耗，提高效率。-优化运行方式：对于有多台变压器并联运行的情况，可以根据负载的变化，合理投切变压器，使运行的变压器处于高效运行区域。四、计算题1.一台他励直流电动机，额定功率$P_N=17kW$，额定电压$U_N=220V$，额定电流$I_N=88.9A$，额定转速$n_N=1500r/min$，电枢电阻$R_a=0.195\Omega$。求：（1）额定运行时的电磁功率$P_{em}$；（2）额定运行时的电磁转矩$T$。解：（1）首先求额定运行时的电枢电动势$E_a$，根据公式$E_a=U_N-I_NR_a$，将$U_N=220V$，$I_N=88.9A$，$R_a=0.195\Omega$代入可得：$E_a=220-88.9\times0.195=220-17.3355=202.6645V$电磁功率$P_{em}=E_aI_N$，将$E_a=202.6645V$，$I_N=88.9A$代入可得：$P_{em}=202.6645\times88.9=18016.87W\approx18.02kW$（2）先将额定转速$n_N=1500r/min$换算成机械角速度$\Omega_N$，$\Omega_N=\frac{2\pin_N}{60}=\frac{2\pi\times1500}{60}=50\pirad/s$根据电磁功率与电磁转矩的关系$P_{em}=T\Omega$，可得电磁转矩$T=\frac{P_{em}}{\Omega_N}$，将$P_{em}=18016.87W$，$\Omega_N=50\pirad/s$代入可得：$T=\frac{18016.87}{50\pi}\approx114.6N\cdotm$2.一台三相变压器，$S_N=5000kVA$，$U_{1N}/U_{2N}=10kV/0.4kV$，$Yd$连接。求：（1）原、副边的额定电流$I_{1N}$、$I_{2N}$；（2）原、副边相电流$I_{1p}$、$I_{2p}$。解：（1）对于三相变压器，额定容量$S_N=\sqrt{3}U_{1N}I_{1N}=\sqrt{3}U_{2N}I_{2N}$原边额定电流$I_{1N}=\frac{S_N}{\sqrt{3}U_{1N}}$，将$S_N=5000kVA$，$U_{1N}=10kV$代入可得：$I_{1N}=\frac{5000}{\sqrt{3}\times10}=288.7A$副边额定电流$I_{2N}=\frac{S_N}{\sqrt{3}U_{2N}}$，将$S_N=5000kVA$，$U_{2N}=0.4kV$代入可得：$I_{2N}=\frac{5000}{\sqrt{3}\times0.4}=7217.1A$（2）原边为Y连接，线电流等于相电流，所以$I_{1p}=I_{1N}=288.7A$副边为d连接，线电流是相电流的$\sqrt{3}$倍，所以副边相电流$I_{2p}=\frac{I_{2N}}{\sqrt{