大学电机进阶试题及详尽答案剖析

大学电机进阶试题及详尽答案剖析考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、单项选择题（下列每小题只有一个选项是正确的，请将正确选项的字母填在题后括号内。每小题2分，共20分）1.一台三相组式变压器，一次侧额定电压为6600V，二次侧额定电压为220V，若一次侧绕组为Y接法，二次侧绕组为Y接法，则一次、二次侧的额定电流之比为（）。A.1:1B.1:3C.3:1D.30:12.一台三相变压器，额定容量为S，一次侧额定电压为U1，额定电流为I1，二次侧额定电压为U2，额定电流为I2。若该变压器一次、二次侧均采用星形接法，且一次、二次侧额定电压之比等于额定电流之比的倒数，则该变压器的短路阻抗模|Zk|等于（）。A.(U1/I1)²B.(U2/I2)²C.(U1I1)/SD.S/(U1I1)3.某三相变压器，一次侧额定电压为U1N，二次侧额定电压为U2N，连接组别为Yd11。当一次侧施加额定电压U1N时，若忽略励磁电流，则二次侧开路电压的相位比一次侧电压（）。A.滞后30°B.超前30°C.滞后330°或超前30°D.超前330°或滞后30°4.一台同步发电机，定子绕组为星形接法，额定频率为fN，额定电压为UN。当发电机运行在额定电压、额定频率下产生额定功率时，其功角特性曲线呈（）。A.水平直线B.上升曲线C.下降曲线D.U型曲线5.三相隐极同步电动机拖动恒定负载运行，在保持电源电压和频率不变的情况下，若减小励磁电流，则电动机的（）。A.转速升高，定子电流减小B.转速降低，定子电流增大C.转速不变，定子电流增大D.转速不变，定子电流减小6.某三相绕线式异步电动机，定子绕组为Y接法，转子绕组为Y接法。正常运行时，其转差率s约为0.02。若在转子回路中串入三相对称电阻，使电动机的临界转差率sC变为0.1，则串入的电阻值约为正常运行时转子电阻值的（）。A.1倍B.5倍C.10倍D.20倍7.一台三相绕线式异步电动机，定子绕组为D接法，转子绕组为Y接法。正常运行的转差率s=0.03。若保持定子电源不变，将转子绕组改接为D接法，则电动机的转差率s将变为（）。A.大于0.03B.小于0.03C.等于0.03D.无法确定8.在分析同步发电机短路特性时，发现空载特性曲线与短路特性曲线的延长线交于纵轴某点，该点的纵坐标值代表了（）。A.电机短路阻抗B.电机同步阻抗C.电机励磁阻抗D.电机漏抗9.一台三相异步电动机，额定功率为Pn，额定电压为Un，额定电流为In。若将其定子绕组由Y接法改为D接法，且接至相同的电源上，则电动机的额定电流In'和额定功率Pn'的关系为（）。A.In'=In，Pn'=PnB.In'=√3In，Pn'=PnC.In'=In/√3，Pn'=PnD.In'=In/3，Pn'=Pn10.某直流电机，电枢总电阻为Ra。当电枢电流Ia增大时，若忽略电枢反应的去磁效应，则电机的（）。A.电枢反电动势增大B.电枢反电动势减小C.电磁转矩减小D.电磁转矩增大二、多项选择题（下列每小题有多个选项是正确的，请将所有正确选项的字母填在题后括号内。每小题3分，共15分）1.影响变压器电压变化率的主要因素有（）。A.变压器一次、二次侧的额定电压B.变压器的短路阻抗模|Zk|C.变压器的连接组别D.变压器一次侧所加的电压E.变压器负载的性质（阻性、感性、容性）2.三相异步电动机运行时，其转子的感应电动势和感应电流产生的磁动势相对于转子的转速为（）。A.零B.同步转速nsC.转差率s倍的同步转速nsD.2倍同步转速nsE.ns/(1-s)3.对于并励直流发电机要建立空载稳定电压，必须满足的条件有（）。A.有合适的励磁回路电阻B.励磁绕组导线足够粗C.发电机转速达到额定值D.励磁磁势足以克服铁芯饱和的影响E.发电机输出端有足够的负载4.比较他励直流电动机和串励直流电动机的启动性能，下列说法正确的有（）。A.他励直流电动机启动电流较大B.串励直流电动机启动电流较大C.他励直流电动机启动转矩较大D.串励直流电动机启动转矩很大E.两种电机启动时都需要限制启动电流5.电机在运行时可能产生的损耗有（）。A.铜损耗B.铁损耗C.机械损耗D.附加损耗E.励磁损耗三、计算题（请列出详细的计算步骤，写出必要的公式和计算结果。每小题10分，共40分）1.一台三相变压器，额定容量为S=100kVA，一次侧额定电压U1N=6000V，二次侧额定电压U2N=230V，连接组别为Yyn0。已知变压器短路阻抗模|Zk|=0.015+0.05jΩ（折算到一次侧）。试求：(1)当变压器一次侧加额定电压，二次侧接三相对称负载，负载功率因数cosφ2=0.8（滞后）时，二次侧电流I2N为多少？(2)在上述负载下，变压器的电压变化率△U%为多少？(3)若负载功率因数变为cosφ2=0.8（超前），在同样电流I2N下，二次侧实际输出电压U2为多少？2.一台三相隐极同步发电机，定子绕组为Y接法，额定容量S=1500kVA，额定电压UN=6.3kV，额定功率因数cosφN=0.8（滞后），额定频率fN=50Hz。短路特性实验数据如下（短路电流以额定电流为基准）：当励磁电压为额定电压的50%时，短路电流为1.0倍额定电流；当励磁电压为额定电压时，短路电流为2.5倍额定电流。试求：(1)该发电机的短路电压Uk（以额定电压为基准）；(2)该发电机的同步电抗Xd（以额定电压和额定电流为基准）。（忽略饱和影响）3.一台三相绕线式异步电动机，定子绕组为Y接法，额定功率Pn=75kW，额定电压UN=380V，额定频率fN=50Hz，额定负载时的转差率s=0.02，额定负载时的定子电流In=150A，定子电阻R1=0.5Ω，转子电阻折算值R2'=0.6Ω。试求：(1)该电动机的额定转速nN；(2)该电动机的额定转矩TN；(3)该电动机的最大转矩Tmax。（假设机械特性是线性关系）4.一台他励直流电动机，额定电压UN=220V，额定电流In=80A，额定转速nN=1500r/min，电枢总电阻Ra=0.25Ω。若在额定电压下运行，电枢电流Ia=60A，试求：(1)电动机的电磁转矩Te；(2)电动机的输出转矩To。（忽略空载转矩）(3)若在该电机转子回路中串入电阻Rc=0.5Ω，欲使其以1000r/min的转速稳定运行，需在电枢回路中串入多大电阻？四、分析题（请结合所学知识，对问题进行分析和解释。每小题10分，共20分）1.为什么三相异步电动机的启动电流很大，但启动转矩不一定很大？在什么情况下启动转矩会很大？2.分析直流电机电枢反应对主磁场的影响。在发电机和电动机中，电枢反应有何不同作用？试卷答案一、单项选择题1.C2.C3.D4.B5.C6.B7.B8.C9.C10.D二、多项选择题1.B,C,D,E2.A,C3.A,C,D4.B,D5.A,B,C,D,E三、计算题1.解：(1)S=√3*U1N*I1N，I1N=S/(√3*U1N)=100*10³/(√3*6000)=9.62AI2N=I1N*(√3*U1N/U2N)=9.62*(√3*6000/230)=144.3A(2)|Zk|=0.015+0.05jΩ，φk=arctan(5/15)=arctan(1/3)≈18.43°△U%=I2N*|Zk|*100%/U2N=144.3*(0.015²+0.05²)¹/²*100%/230△U%=144.3*0.0506*100%/230≈6.31%(3)电压变化率公式：△U=(I2*|Zk|*cosφ2-I2*|Zk|*sinφ2)/U2△U=I2N*|Zk|*(cosφ2*cos18.43°-sinφ2*sin18.43°)/U2N△U=I2N*|Zk|*cos(φ2+18.43°)/U2N△U'=△U*(U2N'/U2N)=△U*(U2N/U2N')=6.31%*(230/230√(1+0.8²))=6.31%*(230/325)=4.46%U2'=U2N*(1-△U')=230*(1-0.0446)=218.7V2.解：(1)励磁电压与短路电流的关系近似为线性，可视为气隙磁通与短路电流成正比。Uk基准=Uf50%/I短路50%=UN*50%/1.0=0.5*6.3kV=3.15kV当Uf=UN时，I短路=2.5倍额定电流，此时短路电压Uk（基准）=Uk基准*I短路/I额定=3.15kV*2.5/1.0=7.875kVUk标=Uk（基准）/UN=7.875kV/6.3kV≈1.25(2)同步电抗Xd标=Ux标/I短路标=Uk标/I短路标=1.25/2.5=0.5Xd=Xd标*UN*I额定=0.5*6.3kV*1500kVA/(√3*6.3kV*1500A)=0.5*(1500*10³)/(1500*√3)=0.5/√3Ω≈0.289Ω3.解：(1)ns=60*fN/p=60*50/2=1500r/minnN=ns*(1-s)=1500*(1-0.02)=1470r/min(2)T基=9550*Pn/nN=9550*75/1470=490N·mTe=T基/(1-s)=490/(1-0.02)=490/0.98≈499N·mTN=Te-To≈TN=Te(忽略To)≈499N·m(3)Tmax/TN=R2'/RaTmax=TN*(R2'/Ra)=499*(0.6/0.5)=499*1.2=598.8N·m4.解：(1)Ea=UN-Ia*Ra=220-60*0.25=220-15=205VTe=Ea*Ia/(2π*nN/60)=205*60/(2π*1500/60)=205*60*60/(2π*1500)≈127.3N·m(2)To=Te-Tj≈Te(忽略Tj)≈127.3N·m(3)n'=nN*(Ea'/Ea)=1500*(UN-Ia*(Ra+Rc))/Ea1000=1500*(220-60*(0.25+Rc))/2051000*205=1500*(220-60*(0.25+Rc))205000=330000-90000-90000Rc90000Rc=330000-90000-205000=25000Rc=25000/90000≈0.278Ω四、分析题1.解：三相异步电动机启动瞬间，定子绕组加额定电压U1N，转差率s=1，此时电枢（转子）的感应电动势E2s=0，转子绕组（假设是绕线式，此处泛指）的等效电阻R2'很大（若为鼠笼式，则R2'≈0，但启动电流仍大，主要受定子电阻限制）。因此，启动电流Ia启动≈U1N/(Ra+R2'/(1-s))≈U1N/Ra（若为鼠笼式，则Ia启动≈U1N/Ra，此时R2'≈0）。所以启动电流很大。但启动转矩Te启动=Cm*Φf*Ia启动*cosφa启动。虽然启动电流大，但启动时cosφa启动（转子回路功率因数）很低（接近0），导致启动转矩Te启动不一定很大。当在转子回路中串入较大电阻Rc时，根据转矩公式，可以增大最大转矩Tmax，并且在启动瞬间，如果Rc选择合适，使得此时转矩达到或接近最大转矩，那么启动转矩就会很大。同时，串电阻也会使启动电流Ia启动减小。2.解：直流电机电枢电流Ia产生的磁场（电枢磁场）与励磁磁极产生的磁场（主磁场）相互作用，