2025年电机学试题及答案

2025年电机学试题及答案一、选择题（每题3分，共30分）1.变压器空载损耗（）A.全部为铜损耗B.全部为铁损耗C.主要为铜损耗D.主要为铁损耗答案：D。变压器空载时，绕组中电流很小，铜损耗很小，空载损耗主要是铁心中的磁滞损耗和涡流损耗，即铁损耗。2.三相异步电动机的旋转方向取决于（）A.电源电压大小B.电源频率高低C.定子电流的相序D.定子绕组的匝数答案：C。三相异步电动机的旋转磁场方向取决于定子电流的相序，改变相序就能改变旋转磁场方向，从而改变电动机的旋转方向。3.直流电动机的电磁转矩与（）成正比。A.每极磁通量和电枢电流B.每极磁通量和励磁电流C.电枢电压和电枢电流D.电枢电压和励磁电流答案：A。直流电动机的电磁转矩公式为\(T=C_T\varPhiI_a\)，其中\(C_T\)为转矩常数，\(\varPhi\)为每极磁通量，\(I_a\)为电枢电流，所以电磁转矩与每极磁通量和电枢电流成正比。4.同步发电机的短路特性是一条（）A.直线B.抛物线C.正弦曲线D.指数曲线答案：A。同步发电机的短路特性是指当转速为额定转速，定子绕组三相短路时，定子稳态短路电流与励磁电流之间的关系曲线，它是一条直线。5.变压器的变比\(k\)是指（）之比。A.一次侧电压与二次侧电压B.一次侧电流与二次侧电流C.一次侧匝数与二次侧匝数D.以上都对答案：D。变压器的变比\(k=\frac{U_1}{U_2}=\frac{I_2}{I_1}=\frac{N_1}{N_2}\)，其中\(U_1\)、\(U_2\)分别为一次侧、二次侧电压，\(I_1\)、\(I_2\)分别为一次侧、二次侧电流，\(N_1\)、\(N_2\)分别为一次侧、二次侧匝数。6.三相异步电动机的调速方法不包括（）A.改变电源频率调速B.改变磁极对数调速C.改变转差率调速D.改变绕组匝数调速答案：D。三相异步电动机的调速方法主要有改变电源频率调速、改变磁极对数调速和改变转差率调速，改变绕组匝数不是常见的调速方法。7.直流发电机的电动势与（）成正比。A.每极磁通量和电枢转速B.每极磁通量和励磁电流C.电枢电压和电枢电流D.电枢电压和励磁电流答案：A。直流发电机的电动势公式为\(E=C_E\varPhin\)，其中\(C_E\)为电动势常数，\(\varPhi\)为每极磁通量，\(n\)为电枢转速，所以电动势与每极磁通量和电枢转速成正比。8.同步电动机的功率因数（）A.总是超前的B.总是滞后的C.可以调节为1D.以上都不对答案：C。通过调节同步电动机的励磁电流，可以使同步电动机的功率因数调节为1，甚至可以使功率因数超前。9.变压器的效率与（）有关。A.负载大小B.负载性质C.电源电压D.以上都是答案：D。变压器的效率与负载大小、负载性质以及电源电压等因素都有关系。负载大小不同，铜损耗和铁损耗的比例不同；负载性质（感性、容性等）会影响变压器的输出功率；电源电压的波动也会影响变压器的损耗和效率。10.三相异步电动机在额定负载下运行时，其转差率\(s\)一般在（）范围内。A.0.010.06B.0.10.6C.0.61D.12答案：A。三相异步电动机在额定负载下运行时，转差率一般较小，通常在0.010.06范围内。二、填空题（每题3分，共30分）1.变压器的主要功能有电压变换、________和阻抗变换。答案：电流变换。变压器根据电磁感应原理，不仅可以改变电压，还能改变电流，同时可以进行阻抗变换以实现匹配。2.三相异步电动机的定子绕组通入三相交流电后会产生________磁场。答案：旋转。三相定子绕组通入三相交流电后，会在空间产生一个旋转的磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电动势和感应电流，使电动机转动。3.直流电动机的调速方法有改变电枢电压调速、________调速和改变磁通调速。答案：改变电枢回路电阻。改变电枢电压、改变电枢回路电阻和改变磁通是直流电动机常见的三种调速方法。4.同步发电机的并网条件是电压大小相等、________、相位相同和相序一致。答案：频率相同。同步发电机要并网运行，必须满足电压大小相等、频率相同、相位相同和相序一致这四个条件。5.变压器的铁心采用硅钢片叠成是为了减小________损耗。答案：涡流。硅钢片具有较高的电阻率，采用硅钢片叠成铁心可以增加涡流路径的电阻，从而减小涡流损耗。6.三相异步电动机的额定功率是指电动机在额定运行时________的功率。答案：轴上输出。三相异步电动机的额定功率是指电动机在额定电压、额定电流、额定频率等额定运行条件下，轴上输出的机械功率。7.直流发电机的换向过程是指________元件中的电流方向改变的过程。答案：换向。在直流发电机中，换向元件在经过电刷时，其电流方向会发生改变，这个过程就是换向过程。8.同步电动机的转速\(n\)与电源频率\(f\)和磁极对数\(p\)的关系为\(n=\)________。答案：\(\frac{60f}{p}\)。这是同步电动机转速的计算公式，表明同步电动机的转速与电源频率成正比，与磁极对数成反比。9.变压器的空载试验通常在________侧进行。答案：低压。空载试验时，在低压侧施加额定电压，高压侧开路，这样可以降低试验电压，便于测量和操作。10.三相异步电动机的启动方法有直接启动和________启动。答案：降压。三相异步电动机的启动方法主要有直接启动和降压启动，直接启动适用于小容量电动机，降压启动适用于大容量电动机以减小启动电流。三、简答题（每题10分，共20分）1.简述变压器的工作原理。答：变压器是基于电磁感应原理工作的。它主要由铁心和套在铁心上的两个或多个绕组组成。当一次绕组接入交流电源时，在一次绕组中就会有交流电流通过，这个交变电流会在铁心中产生交变的磁通。由于铁心是闭合的磁路，大部分磁通会同时穿过一次绕组和二次绕组。根据电磁感应定律，交变的磁通会在一次绕组和二次绕组中分别产生感应电动势。一次绕组的感应电动势与电源电压相平衡，二次绕组的感应电动势会在二次侧接上负载时产生二次电流。由于一次绕组和二次绕组的匝数不同，根据感应电动势与匝数成正比的关系，就实现了电压的变换。同时，根据能量守恒定律，一次侧输入的电功率会通过电磁感应传递到二次侧输出，从而实现了电能的传输和变换。2.说明三相异步电动机的启动性能要求及常用的启动方法。答：三相异步电动机的启动性能要求主要有以下几点：启动电流要小。过大的启动电流会引起电网电压的波动，影响其他用电设备的正常运行，同时也会使电动机绕组发热，加速绝缘老化。启动转矩要大。足够大的启动转矩才能使电动机在较短的时间内达到额定转速，带动负载正常运行。启动设备要简单、可靠、经济。这样可以降低设备成本和维护难度。常用的启动方法有：直接启动：将电动机的定子绕组直接接入额定电压的电源上，这种方法简单、经济，但启动电流大，一般适用于小容量电动机。降压启动：通过降低电动机的启动电压来减小启动电流。常见的降压启动方法有星三角降压启动、自耦变压器降压启动等。星三角降压启动适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的电动机，启动时将定子绕组接成星形，启动结束后再切换为三角形接法；自耦变压器降压启动是利用自耦变压器降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机启动后再切除自耦变压器。四、计算题（每题10分，共20分）1.一台单相变压器，额定容量\(S_N=100kVA\)，额定电压\(U_{1N}/U_{2N}=6000V/230V\)。求：（1）一次、二次侧的额定电流\(I_{1N}\)、\(I_{2N}\)；（2）若二次侧接一电阻性负载，负载电阻\(R=0.5\Omega\)，求此时二次侧电流\(I_2\)和一次侧电流\(I_1\)（忽略变压器的损耗）。解：（1）根据单相变压器额定容量公式\(S_N=U_{1N}I_{1N}=U_{2N}I_{2N}\)，可得：一次侧额定电流\(I_{1N}=\frac{S_N}{U_{1N}}=\frac{100\times10^3}{6000}\approx16.67A\)二次侧额定电流\(I_{2N}=\frac{S_N}{U_{2N}}=\frac{100\times10^3}{230}\approx434.78A\)（2）二次侧接电阻性负载时，根据欧姆定律\(I_2=\frac{U_{2N}}{R}=\frac{230}{0.5}=460A\)由于忽略变压器的损耗，根据变压器的变比关系\(\frac{I_1}{I_2}=\frac{U_{2N}}{U_{1N}}\)，可得：\(I_1=I_2\frac{U_{2N}}{U_{1N}}=460\times\frac{230}{6000}\approx17.77A\)2.一台三相异步电动机，额定功率\(P_N=30kW\)，额定电压\(U_N=380V\)，额定转速\(n_N=1470r/min\)，功率因数\(\cos\varphi_N=0.85\)，效率\(\eta_N=0.9\)。求：（1）电动机的额定电流\(I_N\)；（2）电动机的同步转速\(n_1\)和转差率\(s_N\)。解：（1）对于三相异步电动机，其额定功率\(P_N=\sqrt{3}U_NI_N\cos\varphi_N\eta_N\)，则额定电流为：\(I_N=\frac{P_N}{\sqrt{3}U_N\cos\varph