《电机与变压器》考核试题及答案

《电机与变压器》考核试题及答案一、单项选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分）1.一台变压器原边电压为220V，副边电压为20V，如果原边绕组匝数为1100匝，则副边绕组匝数为（）。A.100匝B.200匝C.50匝D.150匝2.变压器空载运行时，其功率因数通常（）。A.接近于1B.很低，约为0.1~0.2C.约为0.5D.等于03.在直流电机中，电枢绕组中的电流性质是（）。A.直流电B.交流电C.脉动直流电D.恒定电流4.三相异步电动机旋转磁场的转速与电源频率、极对数p的关系是（）。A.=B.=C.=D.=5.若并励直流发电机的电压建立不起来，下列原因中不可能的是（）。A.剩磁消失B.励磁绕组接反C.励磁回路电阻过大D.电枢绕组断路6.一台三相异步电动机，其额定转速为1450r/min，则该电动机的同步转速和极对数分别为（）。A.1500r/min，2B.3000r/min，1C.1000r/min，3D.1500r/min，17.变压器负载运行时，副边电压随负载电流增加而降低，这主要是因为变压器内部存在（）。A.漏阻抗B.励磁阻抗C.理想变压器特性D.铁耗8.深槽型和双笼型异步电动机是为了改善（）。A.启动性能B.运行效率C.功率因数D.过载能力9.同步发电机并网运行时，若要增加其输出的有功功率，应（）。A.增大励磁电流B.减小励磁电流C.增大原动机的输入功率D.减小原动机的输入功率10.在直流电动机中，电磁转矩T与电枢电流的关系是（）。A.TB.TC.TD.T与无关11.变压器的短路阻抗电压%越小，说明变压器（）。A.短路电流越小B.电压变化率越大C.外特性越硬D.效率越低12.三相异步电动机采用Y-Δ降压启动时，启动电流是全压启动电流的（）。A.1/3B.1/√3C.1/2D.√3倍13.他励直流电动机进行弱磁调速时，转速（）。A.上升B.下降C.不变D.先升后降14.同步电动机在欠励状态下运行时，其功率因数是（）。A.滞后B.超前C.1D.不确定15.下列关于自耦变压器的叙述中，错误的是（）。A.原副边既有磁耦合又有电联系B.传递功率包含电磁功率和传导功率C.节省材料，效率较高D.常用作安全隔离变压器二、多项选择题（本大题共5小题，每小题3分，共15分。多选、少选、错选均不得分）1.下列各项中，属于变压器损耗的有（）。A.铁耗B.铜耗C.机械损耗D.附加损耗E.励磁损耗2.直流电动机常用的调速方法有（）。A.改变电枢回路串接电阻B.改变电枢供电电压C.改变励磁磁通D.改变电源频率E.改变极对数3.三相异步电动机运行时，转子转速n与旋转磁场同步转速的关系正确的是（）。A.nB.nC.nD.转差率0E.转差率s4.同步发电机投入电网并联运行时，必须满足的条件是（）。A.发电机的电压与电网电压大小相等B.发电机的频率与电网频率相同C.发电机的相位与电网相位一致D.发电机的相序与电网相序相同E.发电机的波形与电网波形相同5.下列关于电机绕组的叙述，正确的有（）。A.叠绕组适用于大电流电机B.波绕组适用于高电压电机C.单层绕组利用率高，但嵌线困难D.双层绕组可以选择节距以改善电动势波形E.同步电机通常采用双层绕组三、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.变压器的额定容量是指变压器在额定状态下的________功率，单位为________或kVA。2.直流电机的电磁功率与电磁转矩T和角速度Ω的关系式为________。3.三相异步电动机的电磁转矩与转差率的关系曲线称为________特性曲线。4.同步电机的电枢反应性质取决于________和空载电动势之间的夹角ψ。5.变压器空载试验测得的损耗主要是________，而短路试验测得的损耗主要是________。6.一台4极、50Hz的三相异步电动机，其同步转速为________r/min。7.他励直流电动机的固有机械特性是一条倾斜的直线，随着负载转矩增加，转速________。8.异步电动机等效电路中，附加电阻代表了________功率。9.同步电动机拖动恒转矩负载运行，若励磁电流增大，电枢电流将________，功率因数将________。10.电机绝缘材料的使用寿命主要受________和________的影响。四、判断题（本大题共10小题，每小题1分，共10分。正确的打“√”，错误的打“×”）1.变压器的主磁通随负载电流的变化而显著变化。（）2.直流电动机电刷的位置确定后，若电枢反转，则电刷的极性也随之改变。（）3.三相异步电动机转子电路的频率与转差率s成正比。（）4.同步发电机无法单独运行，必须与电网并联才能发出电能。（）5.变极调速是一种不连续的调速方法，适用于笼型异步电动机。（）6.直流发电机中的换向极作用是改善换向，其极性应与顺电枢旋转方向的主磁极极性相同。（）7.异步电动机的功率因数总是滞后的。（）8.自耦变压器由于有公共绕组，因此其短路阻抗比同容量的双绕组变压器大。（）9.同步电动机在异步启动过程中，励磁绕组不能直接开路，也不能直接短路。（）10.电机温升越高，说明其负载越重，运行状态越好。（）五、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）1.简述变压器空载运行时，原边电流的主要作用及其组成分量。2.为什么直流电动机电枢绕组通常采用双层绕组？简述单波绕组与单叠绕组的主要区别及应用场合。3.三相异步电动机的电磁转矩T与电源电压有什么关系？如果电源电压下降，对电动机的运行性能有何影响？4.什么是同步电机的“V”形曲线？画出欠励、正常励磁和过励状态下的简单相量图关系，并说明其在功率因数调节中的作用。5.简述三相异步电动机能耗制动的工作原理。六、计算题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）1.一台单相变压器，=10

kVA，/=2200/220

V，=0.8Ω，=0.008Ω(1)原边电流（设以副边电压为参考相量）；(2)原边电压；(3)变压器的效率（设=100

W，2.一台他励直流电动机，=220

V，=80

A，(1)计算电动机的额定电动势和额定电磁转矩（设Φ=9.55Φ(2)若负载转矩保持为额定转矩不变，在电枢回路中串入电阻=0.5Ω，求稳定后的转速3.一台三相异步电动机，=7.5

kW，=380

V，cos=0.85，=0.86，=1440r/min，定子铜耗=(1)电动机的输入功率；(2)电动机的转差率s；(3)电动机的总损耗ΣP(4)电动机的电磁功率和输出机械功率。七、综合分析题（本大题共1小题，共15分）1.某工厂变电所有一台额定容量为1000

kVA，额定电压为10变压器A（原运行）：=1000

kVA，变压器B（待选）：=1000

kVA，假设两台变压器的变比相同，连接组别相同。(1)分析这两台变压器能否并联运行？如果能，并联运行的条件是什么？(2)若并联运行，当总负载为1600

kVA(3)从充分利用变压器容量的角度出发，对短路电压的选择有何要求？参考答案及解析一、单项选择题1.A解析：根据变压器变比公式k=/=2.B解析：变压器空载运行时，原边电流主要是励磁电流，用于建立磁场。由于励磁电抗很大，励磁电流中无功分量占绝大部分，且有功分量（对应铁耗）很小，因此功率因数很低，通常在0.1~0.2之间。3.B解析：直流电机电枢绕组是旋转的，尽管外部通入的是直流电，但电枢绕组内部通过换向器的作用，导体中的感应电动势和电流实际上是交变的，以产生恒定方向的电磁转矩。4.A解析：同步转速公式=60/p5.D解析：并励直流发电机自励建压条件包括：①电机主磁路有剩磁；②励磁绕组并联极性正确（接反则去磁）；③励磁回路电阻小于临界电阻。电枢绕组断路会导致整个电路不通，无法产生电压，但通常“电压建立不起来”指有剩磁但电压升不起来，若电枢断路则属于完全故障，不属于自励条件不满足的常规范畴，但在特定语境下，D也是故障原因。然而，最经典的“三大条件”是A、B、C。选项D属于严重硬件故障，不属于自励原理层面的条件。若题目问“不可能的原因”，通常指自励条件之外的。实际上，若电枢断路，电枢无电流，也无剩磁感应电压，当然建压不起来。但在考试常规逻辑中，A、B、C是调节参数，D是硬故障。更严谨的题意可能是：在励磁回路正常调节下，哪个不是自励条件。不过，若电枢断路，电机都无法旋转或输出，显然也是不能建压的原因。但在此类标准题库中，通常考察A、B、C三个条件，D作为干扰项。此处若选D，需确认题意。实际上，若电枢绕组断路，电机完全无法工作，当然不能建压。但A、B、C是“自励”特有的三个条件。若问“不属于自励建压条件的是”，则选D。题目问“不可能的原因”，逻辑上D也是原因。但通常此类题目指代自励原理受阻。修正：仔细审题，问“不可能的原因”。在讨论自励建压问题时，A、B、C是直接影响建压的参数原因。D是硬件损坏。若硬件损坏，当然不能建压。但若题目意在考察自励三要素，D是正确选项（即D不属于自励条件范畴）。最终判定：在标准电机学试题中，此题意在考察自励条件，故选D。6.A解析：异步电动机额定转速略低于同步转速。=1450，最接近的同步转速为1500。由=60f/p，当f7.A解析：变压器负载运行时，由于原副边漏阻抗的存在，电流流过会产生压降，导致副边电压随负载电流变化而波动。8.A解析：深槽型和双笼型利用集肤效应，使启动时转子电阻增大，从而增大启动转矩，减小启动电流；运行时转子电阻自动减小，保证较高效率。主要是为了改善启动性能。9.C解析：同步发电机输出的有功功率由原动机（如汽轮机、水轮机）提供的机械功率决定。增大原动机输入功率，转子加速，功角δ增大，电磁功率∝sin10.A解析：直流电机电磁转矩公式T=Φ。对于他励或并励电机，磁通Φ基本恒定，故11.C解析：短路阻抗电压%代表变压器内部阻抗压降。%越小，内部阻抗越小，负载电流引起的电压降落越小，即外特性越硬（电压变化率小）。12.A解析：Y-Δ启动时，定子绕组承受的电压降为额定电压的1/。由于转矩与电压平方成正比，电流与电压成正比（线性近似），故启动电流降为全压启动的113.A解析：由转速公式n=(U)/(Φ14.A解析：同步电动机欠励时，励磁电流较小，电枢反应产生去磁作用，此时电网需向电机提供感性的无功功率（即电机从电网吸收滞后无功），故功率因数是滞后的。过励时功率因数超前。15.D解析：自耦变压器原副边有电的直接联系，不能用作安全隔离变压器（安全隔离变压器必须使用双绕组结构以实现电气隔离）。二、多项选择题1.ABD解析：变压器损耗包括铁耗（磁滞与涡流）、铜耗（电阻损耗）和附加损耗。机械损耗存在于旋转电机中，变压器无旋转部件。励磁损耗通常指铁耗的一部分。2.ABC解析：直流电机调速方法主要有：电枢串电阻、改变电枢电压、改变励磁磁通。变频调速和变极调速主要用于交流电机。3.AD解析：异步电动机作为电动机运行时，转速n必须小于同步转速，即0<s<1。若n=，则4.ABCDE解析：理想并网条件包括：电压幅值相等、频率相同、相位一致、相序相同、波形相同（通常均为正弦波）。5.ABDE解析：叠绕组并联支路数多，适合大电流；波绕组支路对数恒为1，适合高电压。单层绕组嵌线容易，但利用率不如双层。双层绕组可短距，改善波形。同步电机常用双层短距绕组。三、填空题1.视在；kVA2.=3.机械4.电枢电流I5.铁耗；铜耗6.15007.下降8.总机械（或输出的机械）9.先减小后增大（视具体负载性质而定，对于恒转矩负载，通常随励磁增加，电枢电流先减小后增大）；由滞后变为超前10.温度；湿度（或绝缘材料等级）四、判断题1.×解析：变压器主磁通≈/(4.44f)2.×解析：直流电动机电刷的极性由磁极极性和电枢旋转方向共同决定。若仅电枢反转（磁场方向不变），电刷两端感应电动势的极性会改变，但对于电动机，外加电源极性不变，电枢电流方向不变，只是电磁转矩反向导致反转。题目若指发电机，则极性改变；若指电动机，通常指外部电源极性固定，内部电流方向不变（相对于接线端子）。3.√解析：转子频率=s4.×解析：同步发电机完全可以单独运行（孤岛运行），向独立负载供电。并联运行是为了提高供电可靠性和效率。5.√解析：变极调速通过改变定子绕组接线方式改变极对数，是有级调速。由于笼型转子无固定极对数，自动适应定子极对数，故适用于笼型电机。6.×解析：换向极的极性应为：在发电机中，与顺电枢旋转方向的下一个主磁极极性相同；在电动机中，与顺电枢旋转方向的下一个主磁极极性相反（即与主磁极极性相反）。7.√解析：异步电动机需从电网吸收励磁电流，励磁电流是感性的，因此其功率因数总是滞后的（小于1）。8.×解析：自耦变压器的短路阻抗比同容量双绕组变压器小，因为其短路阻抗是串联绕组阻抗折算值，等效阻抗较小。9.√解析：启动过程中，旋转磁场切割励磁绕组会产生高压，若开路可能击穿绝缘；若直接短路，产生单轴转矩影响启动。通常串接一个约为励磁绕组电阻10倍的电阻。10.×解析：温升过高会加速绝缘老化，降低电机寿命，是不允许的，并非运行状态好。五、简答题1.答：变压器空载运行时，原边电流称为空载电流。作用：的主要作用是建立变压器的主磁通，即产生励磁磁场。组成：包含两个分量：(1)无功分量（磁化电流）：用于产生铁芯中的磁通，是的主要部分，与磁通同相位。(2)有功分量（铁耗电流）：用于供给铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，与电压反电动势−同相位。即=+2.答：采用双层绕组的原因：(1)可以选择最有利的节距（如短距y<(2)线圈端部排列整齐，有利于散热和机械平衡；(3)制造工艺上便于采用成型线圈。单波绕组与单叠绕组的区别及应用：(1)区别：单叠绕组：换向器上的节距=±1。一个元件的首末端接到相邻的两个换向片上。并联支路数单波绕组：换向器上的节距≈2K/p（(2)应用：单叠绕组：支路数多，适用于电流较大、电压较低的电机。单波绕组：支路数少，每条支路串联元件多，适用于电压较高、电流较小的电机。3.答：关系：异步电动机的电磁转矩T与电源电压的平方成正比，即T∝。电压下降的影响：(1)电磁转矩减小：若电压下降，最大转矩和启动转矩均按电压平方比例下降。(2)转速下降：在负载转矩不变的情况下，根据T=，由于T减小，电机必须通过增大转差率s来产生所需的电磁转矩，导致转速n(3)定子电流增大：转速下降导致转子电流增大，根据磁动势平衡，定子电流也随之增大。(4)过载能力降低：若电压下降过多，可能导致最大转矩小于负载转矩，电机带不动负载而停转（堵转）。(5)损耗增加，温升升高：电流增大导致铜耗增加，且转速降低导致散热条件变差，容易烧毁电机。4.答：V形曲线定义：在电网电压U和频率f恒定，且维持电动机输出功率（或电磁功率）不变的条件下，定子电枢电流I随励磁电流变化的关系曲线I=f()相量关系简述：正常励磁：cosφ=1，电流I欠励：减小，减小，产生去磁电枢反应，电流I滞后于U，电机从电网吸收感性无功。过励：增大，增大，产生助磁电枢反应，电流I超前于U，电机向电网发出感性无功（或吸收容性无功）。作用：V形曲线是同步电机进行功率因数调节的重要依据。通过调节励磁电流，可以使同步电机运行在滞后、单位或超前功率因数状态。通常让同步电动机运行在过励状态，以提高电网的功率因数。5.答：能耗制动原理：将运行中的异步电动机定子绕组从交流电源上切除，并立即在其中通入直流电。(1)定子磁场：通入直流电后，定子绕组在气隙中建立一个恒定不动的静止磁场。(2)转子感应：由于转子在惯性作用下继续旋转，转子导体切割静止磁场，产生感应电动势和电流。(3)制动转矩：转子电流与静止磁场相互作用，产生电磁转矩。根据左手定则，该转矩的方向与转子旋转方向相反，即为制动转矩。(4)能量转换：电机将转子的动能转换为电能消耗在转子回路的电阻上，故称为能耗制动。转速越快，制动转矩越大；转速为零时，制动转矩也为零。六、计算题1.解：变比k=将副边参数折算到原边：===设=×(注意：题目要求以副边电压为参考，计算原边电流。通常T型电路计算是折算到原边，这里我们假设折算到原边计算。若以副边电压为参考，则=220总阻抗计算：励磁阻抗=+副边支路总阻抗=+励磁支路与副边支路并联后的阻抗：=计算分子：(计算分母：1100.8≈(1)原边电流：=（注意：这里通常已知求，但题目给的是负载阻抗，且让以为参考。这意味着我们要假设已知，反推和。或者理解为输出端电压已知。）实际上，题目“以副边电压为参考”通常意味着=220那么=2200=====实部=1.96cos虚部=1.96sin≈3.95(2)原边电压：==8.45=((3)效率计算：输出功率=cos=k=220输入功率=cos=2218.1或者利用损耗计算：Σ==Σ=+ΣP=3855重新计算：上功率=×=×总损耗ΣP=3841.6效率η=2