2025年电机学下期末试题及答案

2025年电机学下期末试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.某单相变压器额定容量为10kVA，额定电压为220V/110V，其高压侧额定电流为（）。A.45.45AB.90.91AC.22.73AD.100A2.三相异步电动机运行时，若负载转矩增大，转差率s将（）。A.减小B.增大C.不变D.先增后减3.同步发电机带感性负载运行时，电枢反应的性质为（）。A.交轴电枢反应B.直轴去磁电枢反应C.直轴增磁电枢反应D.直轴去磁兼交轴电枢反应4.直流电动机的电磁转矩与电枢电流的关系为（）。A.正比B.反比C.平方正比D.无关5.变压器的效率特性曲线呈（）。A.单调递增B.单调递减C.先增后减D.先减后增6.三相异步电动机的临界转差率s_m与转子电阻r₂的关系为（）。A.s_m∝r₂B.s_m∝1/r₂C.s_m∝r₂²D.无关7.同步电机的“失步”现象通常发生在（）。A.欠励状态B.过励状态C.负载超过最大电磁功率D.转速低于同步速8.直流电机换向不良的主要表现是（）。A.电枢发热B.电刷下产生火花C.转速不稳定D.转矩波动9.变压器空载试验时，为减少测量误差，通常在（）侧施加额定电压。A.高压B.低压C.任意D.高低压同时10.三相异步电动机的旋转磁场转速n₀与电源频率f₁、极对数p的关系为（）。A.n₀=60f₁/pB.n₀=60p/f₁C.n₀=120f₁/pD.n₀=120p/f₁二、填空题（每空1分，共10分）1.变压器的电压调整率是指______时二次电压变化的百分值。2.三相异步电动机的转差率s=（n₀-n）/n₀，其中n为______转速。3.同步发电机的功角特性表达式为P_e=（mE₀U/X_d）sinδ，其中δ为______。4.直流电动机的机械特性是指______与转速的关系。5.变压器的短路试验通常将______绕组短路，在另一绕组施加电压。6.三相异步电动机的电磁功率P_em与转子铜耗P_Cu2的关系为P_Cu2=______。7.同步电机的电枢反应是指______对主磁场的影响。8.直流电机的电枢绕组分为叠绕组和______两种类型。9.变压器的效率η=（输出功率/输入功率）×100%，输入功率等于输出功率加上______。10.三相异步电动机的最大电磁转矩T_max与电源电压U₁的平方成______。三、简答题（每题8分，共32分）1.简述变压器空载试验和短路试验的目的及试验方法。2.说明三相异步电动机“异步”的含义，并解释其不能在同步转速下运行的原因。3.同步发电机并网运行时，调节励磁电流对输出有功功率和无功功率的影响有何不同？4.直流电动机的电枢反应会对气隙磁场产生哪些影响？如何改善换向性能？四、计算题（共38分）1.（10分）一台单相变压器，额定容量S_N=50kVA，额定电压U₁N/U₂N=10kV/0.4kV，空载试验（低压侧）测得U₀=400V，I₀=9A，P₀=450W；短路试验（高压侧）测得U_k=450V，I_k=5A，P_k=1200W。试求：（1）变压器的变比k；（2）折算到高压侧的励磁电阻r_m和励磁电抗x_m；（3）折算到高压侧的短路电阻r_k和短路电抗x_k。2.（10分）一台三相异步电动机，额定功率P_N=30kW，额定电压U_N=380V（Δ接法），额定频率f₁=50Hz，额定转速n_N=1460r/min，定子铜耗P_Cu1=1200W，铁耗P_Fe=800W，机械损耗P_mech=500W，附加损耗P_ad=300W。试求：（1）额定转差率s_N；（2）电磁功率P_em；（3）转子铜耗P_Cu2；（4）额定效率η_N。3.（10分）一台隐极同步发电机，额定容量S_N=100kVA，额定电压U_N=400V（Y接法），同步电抗X_s=1.2Ω，不计电枢电阻。当发电机带额定电流且功率因数cosφ=0.8（滞后）时，试求：（1）空载电动势E₀；（2）功角δ；（3）最大电磁功率P_max。4.（8分）一台他励直流电动机，额定电压U_N=220V，额定电流I_N=40A，额定转速n_N=1000r/min，电枢电阻R_a=0.5Ω，励磁绕组电阻R_f=110Ω（励磁电压U_f=220V）。若保持负载转矩不变，将电枢电压降至180V，求此时的转速n（忽略电枢反应）。答案一、选择题1.A2.B3.D4.A5.C6.A7.C8.B9.B10.A二、填空题1.负载功率因数一定（或额定负载）2.转子3.空载电动势E₀与端电压U的夹角（功角）4.电磁转矩（或输出转矩）5.低压6.sP_em7.电枢电流产生的磁场8.波绕组9.总损耗（或铁耗+铜耗）10.正比三、简答题1.空载试验目的：测量变压器的铁耗和励磁参数（r_m、x_m）。方法：低压侧加额定电压，高压侧开路，测量U₀、I₀、P₀，计算励磁阻抗Z_m=U₀/I₀，r_m=P₀/I₀²，x_m=√(Z_m²-r_m²)。短路试验目的：测量变压器的铜耗和短路参数（r_k、x_k）。方法：高压侧加低电压使低压侧电流达额定值，测量U_k、I_k、P_k，计算短路阻抗Z_k=U_k/I_k，r_k=P_k/I_k²，x_k=√(Z_k²-r_k²)。2.“异步”指转子转速n与旋转磁场转速n₀不同步（n≠n₀）。若n=n₀，转子与旋转磁场无相对运动，转子导体不切割磁感线，感应电动势和电流为零，电磁转矩为零，无法驱动转子维持同步转速，故异步电机不能在同步转速下运行。3.调节励磁电流（即调节E₀）时，有功功率由原动机输入功率决定，励磁电流变化不影响有功功率（忽略电枢电阻时）；无功功率与励磁电流密切相关：欠励时（E₀较小）输出感性无功或吸收容性无功，过励时（E₀较大）输出容性无功或吸收感性无功。4.电枢反应影响：①畸变主磁场（交轴电枢反应使气隙磁场前极尖去磁、后极尖增磁）；②去磁作用（直轴电枢反应在电动机中表现为去磁）。改善换向的方法：安装换向极（产生与电枢反应相反的磁场）、选用合适电刷、优化换向器表面质量等。四、计算题1.（1）变比k=U₁N/U₂N=10000/400=25（2）低压侧空载阻抗Z_m'=U₀/I₀=400/9≈44.44Ω，r_m'=P₀/I₀²=450/81≈5.56Ω，x_m'=√(Z_m'²-r_m'²)=√(44.44²-5.56²)≈44.09Ω；折算到高压侧：r_m=k²r_m'=25²×5.56=3475Ω，x_m=k²x_m'=25²×44.09≈27556Ω（3）高压侧短路阻抗Z_k=U_k/I_k=450/5=90Ω，r_k=P_k/I_k²=1200/25=48Ω，x_k=√(Z_k²-r_k²)=√(90²-48²)=√(8100-2304)=√5796≈76.13Ω2.（1）同步转速n₀=1500r/min（p=2），s_N=(n₀-n_N)/n₀=(1500-1460)/1500≈0.0267（2）总机械功率P_mech'=P_N+P_mech+P_ad=30000+500+300=30800W，电磁功率P_em=P_mech'/(1-s_N)=30800/(1-0.0267)≈31640W（3）转子铜耗P_Cu2=s_NP_em=0.0267×31640≈845W（4）输入功率P₁=P_em+P_Cu1+P_Fe=31640+1200+800=33640W，效率η_N=(P_N/P₁)×100%=(30000/33640)×100%≈89.2%3.（1）额定电流I_N=S_N/(√3U_N)=100000/(√3×400)≈144.34A，端电压相量U=400/√3≈230.94V，φ=arccos0.8≈36.87°（滞后），电枢电流相量I=144.34∠-36.87°A；空载电动势E₀=U+jIX_s=230.94∠0°+j144.34∠-36.87°×1.2=230.94+173.2∠53.13°=230.94+103.92+j138.56≈334.86+j138.56≈362.5V（相值），线值E₀L=√3×362.5≈627V（2）功角δ=arctan(138.56/334.86)≈22.3°（3）最大电磁功率P_max=mE₀U/X_s=3×362.5×230.94/1.2≈205000W=205kW4.额定励磁电流I_f=U_f/R_f=220/1