《电机与变压器》试卷与参考答案

《电机与变压器》试卷与参考答案一、单项选择题（本大题共20小题，每小题2分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1.直流电机电枢绕组中感应电动势的大小，主要取决于（）。A.电枢电流的大小B.励磁磁通的大小C.电机转速的大小与主磁通D.电机的负载转矩2.一台变压器的变比k=10，若一次侧电压为A.100B.10C.1D.1003.三相异步电动机转差率s=A.额定运行状态B.空载运行状态C.堵转（启动）状态D.发电机运行状态4.在直流电动机中，电磁转矩的方向与电枢旋转方向（）。A.相同B.相反C.垂直D.无关5.变压器空载试验时，所测得的功率主要损耗是（）。A.铜损耗B.铁损耗C.机械损耗D.附加损耗6.深槽型和双笼型异步电动机是为了利用（）效应来改善启动性能的。A.趋肤B.电磁感应C.磁滞D.涡流7.同步发电机并网运行时，若只增加原动机的输入功率，而保持励磁电流不变，则发电机将（）。A.输出有功功率增加，功率角增大，功率因数滞后B.输出无功功率增加，功率角增大C.输出有功功率增加，功率角减小D.端电压升高8.一台四极三相异步电动机，额定频率为50HzA.1500B.3000C.1000D.7509.直流电动机采用能耗制动时，电枢回路需串入适当的电阻，其目的是（）。A.增加制动转矩B.限制制动电流C.提高制动效率D.改变转向10.变压器负载运行时，二次侧电压随负载电流增加而下降，其主要原因是（）。A.一次侧漏阻抗压降B.二次侧漏阻抗压降C.励磁电流增加D.铁芯磁饱和11.三相异步电动机的电磁功率与转差率的关系是（）。A.=B.=C.=D.=12.下列哪种调速方法属于恒转矩调速？（）A.变极调速B.变频调速（f<，保持UC.绕线式转子串电阻调速D.变频调速（f>，保持U13.同步电动机中，若励磁电流小于正常励磁电流（欠励），则电枢电流的性质为（）。A.纯电阻性B.电容性C.电感性D.无法确定14.直流发电机中，换向极的作用是（）。A.减小电刷火花，改善换向B.产生主磁通C.补偿电枢反应去磁作用D.增强输出电压15.某三相变压器联接组别为Y,A.B.C.D.16.异步电动机的功率因数cosφA.定子功率因数B.转子功率因数C.整个电动机的功率因数D.输出功率与视在功率之比17.他励直流电动机进行弱磁调速时，通常磁通Φ是（）。A.从额定值向上增加B.从额定值向下减小C.保持不变D.先增后减18.变压器短路阻抗越大，则其电压变化率ΔU%A.越大B.越小C.不变D.不确定19.交流伺服电动机为了消除自转现象，转子电阻设计得（）。A.较小B.较大C.与普通异步电机一样D.为零20.一台=100kVA的变压器，若负载阻抗角为（cosA.100B.80C.60D.125二、多项选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分。在每小题给出的四个选项中，有多项是符合题目要求的。全部选对得3分，部分选对得1分，有选错得0分）1.直流电机电枢反应的主要影响包括（）。A.使气隙磁场发生畸变B.产生去磁作用（或增磁作用）C.增加换向困难D.降低电机效率2.三相变压器并联运行的条件包括（）。A.变比相等B.联接组别相同C.短路阻抗标幺值相等D.短路阻抗角相等3.异步电动机降压启动的常用方法有（）。A.定子串电阻或电抗启动B.星-三角（Y−C.自耦变压器降压启动D.转子串电阻启动4.同步发电机调节励磁电流，可以改变（）。A.端电压B.输出的无功功率C.功率因数D.输出的有功功率5.下列关于直流电动机调速方法的描述，正确的有（）。A.改变电枢回路电阻调速是有级调速，效率低B.改变电枢电压调速可以实现平滑无级调速，且机械特性硬C.弱磁调速只能在额定转速以上进行D.弱磁调速属于恒转矩调速6.变压器铁芯必须接地，且只能一点接地，原因是（）。A.防止静电感应电位升高B.防止产生悬浮电位造成对地放电C.避免形成闭合磁路产生环流D.固定铁芯结构7.异步电动机运行时，转子频率与定子频率的关系是（）。A.=B.启动时=C.额定运行时很低D.理想空载时=8.造成同步发电机失去同步（失步）的原因可能有（）。A.原动机输入功率突然过大B.励磁电流突然减小过多C.电网电压突然大幅度降低D.负载突然切除9.下列损耗中，属于异步电动机的可变损耗的有（）。A.定子铜耗B.铁耗C.转子铜耗D.机械损耗10.步进电动机的主要性能指标包括（）。A.步距角B.静态转矩C.最高运行频率D.启动频率三、填空题（本大题共10空，每空2分，共20分）1.直流电机的电磁转矩公式为T=Φ，其中2.变压器空载运行时，空载电流的主要作用是建立__________，因此其分量中主要是无功分量。3.一台三相异步电动机，额定转速为1455r/min，极对数为2，电源频率为50Hz，则其额定转差率4.同步电机的电枢反应性质取决于__________和内功率因数角ψ。5.他励直流电动机的固有机械特性方程为n=T，其中斜率6.若三相变压器的高压绕组为星形连接，低压绕组为三角形连接，且高压线电动势相位滞后低压线电动势，则其联接组别标号为__________。7.异步电动机的过载能力（最大转矩倍数）=，临界转差率与转子电阻成__________比。8.交流测速发电机的输出电压幅值与转速成__________，其频率与转速无关，等于励磁电源频率。9.电动机的制动状态主要有回馈制动、反接制动和__________。10.旋转变压器是一种输出电压与转子转角成某种函数关系的精密微特电机，主要用于计算装置中作为__________元件。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.直流电机换向器的作用是将交流电转换为直流电（或反之），同时也起到电枢绕组换向的作用。（）2.变压器额定负载运行时，其效率不一定最大，效率最大通常发生在负载系数为0.5~3.三相异步电动机无论转子旋转方向如何，只要定子相序改变，转子转向就会改变。（）4.同步电动机在欠励状态下运行，将从电网吸收感性无功功率，相当于电网的一个感性负载。（）5.他励直流电动机进行反接制动时，电枢两端反接电压，并在电枢回路中串入大电阻是为了限制制动电流。（）6.变压器的短路试验通常在高压侧加电压，将低压侧短路。（）7.深槽式异步电动机启动时，由于趋肤效应，转子有效电阻增大，从而增大了启动转矩。（）8.只要步进电动机的通电脉冲频率足够高，它就能正常启动并连续运行，不会发生丢步或振荡。（）9.交流伺服电动机的控制方式有幅值控制、相位控制和幅-相控制三种。（）10.异步电动机的功率因数总是滞后的，因为它总是需要从电网吸收感性的无功功率来建立磁场。（）五、简答题（本大题共4小题，每小题8分，共32分）1.简述直流电动机能耗制动的工作原理及能量转换关系。2.为什么变压器空载试验通常在低压侧进行，而短路试验通常在高压侧进行？3.试比较三相异步电动机转子回路串电阻调速和变频调速的优缺点。4.什么是同步电机的V形曲线？画出同步电动机在正常励磁、欠励和过励三种情况下的相量图（定性说明），并说明其无功功率调节原理。六、计算分析题（本大题共4小题，共78分。要求写出必要的计算过程、公式和文字说明）1.（18分）一台单相变压器，=10kVA，/=3800/220V，=0.14Ω，=(1)计算变压器的变比k；(2)画出变压器的T型等效电路图（标明各参数符号）；(3)当变压器副边接负载=10a.负载阻抗折算到高压侧的值；b.输入电流；c.副边电压。2.（20分）一台他励直流电动机，=7.5kW，=220V，=41(1)计算电动机的电动势常数和转矩常数；(2)计算电动机额定运行时的电磁转矩和效率；(3)若电动机拖动恒转矩负载=0.8在额定状态下运行，现采用电枢串电阻调速，要求转速降至1000r/min，求电枢回路需串入的电阻(4)若在额定负载下进行能耗制动，要求最大制动电流不超过2，求电枢回路应串入的最小制动电阻。3.（20分）一台三相绕线式异步电动机，=40kW，=380V，=50Hz，=1470r/min，定子绕组Y接法。已知每相参数：=0.3Ω，=0.25(1)计算该电机的极对数p、同步转速和额定转差率；(2)利用简化等效电路（忽略励磁支路），计算额定运行时的转子电流折算值；(3)计算额定运行时的电磁功率、总机械功率和输出功率（验证是否接近）；(4)计算电动机的最大转矩及过载能力。4.（20分）一台凸极同步电动机并联在无穷大电网上运行，电网电压U=。电动机的参数（标幺值）：1.0，0.6。忽略定子电阻。电动机在额定电压、额定电流（=1.0）且功率因数cosφ(1)画出电动机此时的电压、电流相量图（标明U˙(2)计算此时的空载电动势（励磁电动势）标幺值和功率角θ；(3)若保持励磁电流不变，但将负载转矩减半，求新的功率角和定子电流标幺值（提示：需利用凸极同步电机的功角特性或相量图几何关系求解，计算过程可适当简化，重点列出思路和关键方程）。参考答案一、单项选择题1.C2.C3.C4.A5.B6.A7.A8.A9.B10.B11.B12.C13.C14.A15.A16.A17.B18.A19.B20.B二、多项选择题1.ABC2.ABCD3.ABC4.ABC5.ABC6.AB7.ABCD8.ABC9.AC10.ABCD三、填空题1.电磁转矩常数（或转矩常数）2.主磁通3.0.034.负载性质（或内功率因数角）5.软硬程度6.Y,d117.正8.正比9.能耗制动10.解算（或坐标变换）四、判断题1.√2.√3.√4.√5.√6.√7.√8.×9.√10.√五、简答题1.答：直流电动机能耗制动的工作原理是：在制动时，将电动机的电枢绕组从电源上切断，并立即通过一个制动电阻接通（即电枢脱离电源，经电阻短接）。此时，电动机的励磁绕组仍接在电源上，主磁通保持不变。由于惯性，电枢继续旋转，切割气隙磁场，在电枢绕组中感应电动势。此时电机处于发电机状态，感应电动势在电枢回路中产生电流，该电流方向与电动势方向相同，而与原来电动运行时的电枢电流方向相反。根据电磁转矩公式T=Φ，由于电流反向，电磁转矩T也反向，与转速能量转换关系：能耗制动时，电动机将转子储存的动能转换为电能，消耗在电枢回路的电阻（包括电枢绕组自身电阻和外接制动电阻）上，因此称为能耗制动。2.答：变压器空载试验通常在低压侧进行，短路试验通常在高压侧进行，主要原因是为了试验安全和测量方便：(1)空载试验：目的是测量励磁阻抗、铁损耗和变比k。空载电流很小，如果在高压侧加额定电压，虽然电流小，但电压很高，对试验人员和设备绝缘要求高，且低压侧仪表可能无法直接测量高压侧的微小电流。在低压侧加额定电压，电压较低，比较安全，且容易测量低压侧的电压和电流，测量结果折算到高压侧即可。(2)短路试验：目的是测量短路阻抗、铜损耗。短路时，为了使短路电流达到额定值，所需施加的电压（短路电压）很低，通常仅为额定电压的5%~103.答：转子回路串电阻调速：优点：方法简单，设备投资少，调速电阻还可兼作启动电阻使用；机械特性较软，调速平滑性较差（有级调速）。缺点：调速效率低，因为转差功率s全部消耗在转子电阻上，转速越低，损耗越大；轻载时调速范围小。适用场合：适用于调速要求不高、断续工作制的生产机械，如起重机、通风机等。变频调速：优点：调速范围宽，平滑性好（无级调速），机械特性硬，效率高（变频过程中转差损耗小）；可以实现恒转矩调速（低于额定频率）和恒功率调速（高于额定频率）。缺点：需要专用的变频电源装置，设备复杂，成本较高，技术含量高。适用场合：广泛应用于要求高性能调速的场合，如数控机床、纺织机械、水泵风机节能运行等。4.答：V形曲线定义：同步电机在电网电压U和频率f恒定，且输出有功功率P保持不变的条件下，定子电流I随励磁电流变化的关系曲线I=f相量图说明：正常励磁：电枢电流I与电压U同相，cosφ过励：励磁电流大于正常励磁，增大，电枢电流I滞后于电压U（发出感性无功），电流增大。欠励：励磁电流小于正常励磁，减小，电枢电流I超前于电压U（吸收感性无功/发出容性无功），电流增大。（注：此处对于同步电动机，过励通常指功率因数超前，即从电网吸收容性无功或发出感性无功；欠励指功率因数滞后。具体描述视参考教材对电动机无功正方向定义，但物理本质一致：调节改变，从而改变I˙的无功分量。）无功调节原理：调节励磁电流改变了主磁通和空载电动势的大小。在U和P恒定的前提下，根据电动势平衡方程U˙=−+jI˙六、计算分析题1.解：(1)变比k：k(2)等效电路图：（文字描述）T型等效电路为一条串联回路：一次侧漏阻抗+j串联在输入端，之后并联励磁阻抗+j，励磁支路后串联折算后的二次侧漏阻抗+j参数：=0.14(3)负载计算：a.负载阻抗折算值：==b.输入电流：总阻抗：=励磁阻抗==计算并联部分：分母D分子N==N=利用计算器或复数运算：≈≈|=c.副边电压：利用分压关系求两端电压：=或者更精确地计算：==2.解：(1)计算常数：==(2)额定电磁转矩和效率：=====(3)串电阻调速：负载转矩=0.8，由于磁通不变，电流=目标转速n=根据转速公式n=100013332.80.5=(4)能耗制动电阻：制动时，U=0，初始转速=1500限制电流≤2电路方程