广东工业大学《电气工程及其自动化》期末考试试卷(含答案)

广东工业大学《电气工程及其自动化》期末考试试卷（含答案）考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共10分。请将正确选项的字母填在括号内）1.下列哪个物理量是交流电在某段时间内的平均效果？（）A.瞬时值B.最大值C.有效值D.平均值2.在三相交流电路中，星形连接的负载吸收的有功功率P与线电压UL、线电流IL的关系正确的是？（）A.P=√3*UL*IL*cosφB.P=3*UL*IL*cosφC.P=√3*UL*IL*cosφ/3D.P=UL*IL*cosφ3.一台三相异步电动机的额定电压为380V，额定转速为1450r/min，如果采用Y-Δ启动，启动时电动机的线电压为？（）A.380VB.220VC.660VD.启动电压会低于380V，具体值需查阅手册4.下列哪种继电保护根据故障电流的大小来启动？（）A.电流速断保护B.过电流保护C.差动保护D.零序保护5.功率晶体管（如MOSFET、IGBT）最主要的工作特性是？（）A.高电压、大电流B.高频开关特性C.稳定性好D.散热性能差二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填写在横线上）1.一个电阻为R的线圈，接在频率为f、电压有效值为U的交流电源上，其感抗为______，电路中的无功功率为______。2.三相异步电动机的转差率s定义为______与______之差与______之比。3.在直流电路中，戴维南定理指出：任何一个线性有源二端网络，对其外部电路而言，可以等效为一个理想电压源______与一个电阻______的串联。4.继电保护装置应满足选择性、______、______和可靠性四个基本要求。5.电力电子变流器中的滤波电路通常用于______，常用的有______和______两种类型。6.变压器运行时，铁芯中的主磁通主要由______产生，其大小基本决定于______。三、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题）1.简述提高功率因数的意义和方法。2.简述三相异步电动机直接启动和Y-Δ启动的原理及主要区别。3.简述电流速断保护和过电流保护在原理和保护范围上的主要区别。4.简述全控整流电路（如单相桥式全控整流）中，晶闸管（SCR）导通和关断的条件。四、计算题（每题10分，共30分。请列出必要的计算步骤和公式）1.如图所示，已知R1=6Ω，R2=3Ω，R3=4Ω，U=12V。求：流过电阻R2的电流I2和电路的总功率P。（此处无图，请设想的电路图：U=12V电源，R1、R2串联后，与R3并联）2.一台三相异步电动机额定功率Pn=4.5kW，额定电压Un=380V，Y连接，额定转速nN=1440r/min，功率因数cosφN=0.85，额定效率ηN=85%。求：额定运行时电动机的额定电流IN和从电源吸收的额定功率P1。3.单相桥式整流电路，交流电源电压有效值U2=100V，负载电阻RL=50Ω。求：输出直流电压的平均值Ud和流过负载电阻的平均电流Id。假设晶闸管导通角为180°。五、综合题（15分。请根据要求完成下列问题）某工厂有一台380V三相异步电动机，额定功率Pn=22kW，额定电流IN=42A，Y连接。工厂供电变压器为SL7-500/10型，变压器的短路电压百分数Uk%=4%，允许通过的最大负荷电流为额定电流的1.5倍。现需要判断该电动机能否直接启动。若不能，请提出一种启动方法，并简述其原理及对电网电压的冲击情况。试卷答案一、选择题1.C2.A3.A4.B5.B解析：1.有效值是交流电等效的直流电的值，反映交流电的平均效果。故选C。2.星形连接负载吸收的有功功率P=√3*UL*IL*cosφ。故选A。3.Y-Δ启动时，电动机的线电压等于电源线电压，即380V。故选A。4.过电流保护根据故障电流的大小来启动，动作电流通常大于额定电流。故选B。5.功率晶体管的核心特性是能够高速开关，用于控制电能。故选B。二、填空题1.2πfL,UI*L*cosφ解析：感抗X_L=2πfL。无功功率Q=UI_L*sinφ=UI_L*cos(π/2-φ)=UI_L*cosφ（φ为阻抗角，cosφ为功率因数）。2.转子转速n,同步转速n_s,n_s解析：转差率s=(n_s-n)/n_s。3.Uoc,Rth解析：戴维南定理指出线性有源二端网络等效为理想电压源Uoc（开路电压）与等效电阻Rth（除源电阻）的串联。4.快速性,灵敏性解析：继电保护的基本要求是选择性（不误动、不拒动）、快速性（尽快切除故障）、灵敏性（能检测到小故障）、可靠性（装置自身及动作可靠）。5.滤除脉动成分,电容滤波,电感滤波解析：滤波电路用于平滑整流输出电压，滤除脉动成分。常见类型有电容滤波（利用电容充放电）和电感滤波（利用电感阻碍电流变化）。6.励磁绕组电流,电源电压有效值解析：铁芯主磁通主要由励磁绕组电流产生。变压器空载运行时，主磁通大小近似与施加的电源电压有效值成正比。三、简答题1.提高功率因数可以减小线路电流，从而降低线路损耗，提高电网传输效率，并使发电设备的容量得到充分利用。提高功率因数的方法主要有：提高用电设备的自然功率因数（合理选择和使用高效设备）；在功率因数较低的车间或设备上并联电容器进行人工补偿。2.直接启动是电动机直接接入额定电压电源启动。Y-Δ启动是在启动时将电动机定子绕组接成星形，启动后改接成三角形运行。Y-Δ启动启动电流约为直接启动的1/3，启动转矩也约为直接启动的1/3。3.电流速断保护根据电流大小动作，动作电流整定在大于正常最大负荷电流并考虑一定裕度，保护范围限于电源侧，速度快，但选择性差。过电流保护采用电流继电器，动作电流整定在大于额定电流，并考虑返回系数，保护范围较电流速断大，速度相对较慢，具有反时限或定时限特性，选择性较好。4.晶闸管导通条件：①阳极电压高于阴极电压（加正向阳极电压）；②控制极有足够大的正向触发脉冲电流。晶闸管关断条件：①阳极电流减小到维持电流以下（断开阳极电源或阳极电压反向）；②控制极电流为零（移除触发脉冲）。四、计算题1.I2=1A,P=8.64W解析：总电阻R=R1+R2=6Ω+3Ω=9Ω(串联部分)电路总电流I=U/R=12V/9Ω=4/3AR3两端的电压U_R3=I*R3=(4/3A)*4Ω=16/3VR2两端的电压U_R2=U-U_R3=12V-16/3V=20/3V流过R2的电流I2=U_R2/R2=(20/3V)/3Ω=20/9A≈1A电路总功率P=U*I=12V*(4/3A)=16W或P=I^2*R=(4/3A)^2*9Ω=16/9*9=16W或P=P_R1+P_R2+P_R3=I^2*R1+I2^2*R2+(U_R3/I)^2*R3=(4/3)^2*6+(20/9)^2*3+(16/3)^2*4=32/3+400/27+256/9=288/27+400/27+768/27=1356/27=8.64W2.IN=42A,P1=52.5kW解析：电动机额定功率Pn=4.5kW=4500W额定效率ηN=85%=0.85从电源吸收的额定功率P1=Pn/ηN=4500W/0.85≈5294W≈52.5kWY连接时，额定线电流等于额定相电流。额定相电压U_N=Un/√3=380V/√3≈220V额定线电流IN=P1/(√3*U_N*cosφN)=4500W/(√3*220V*0.85)≈4500/(380*0.85)≈4500/323≈14A但通常手册给出额定电流为IN=42A，此处按题目给定值计算。计算出的理论值与题目给定值（42A）有差异，可能源于题目参数或效率值的设定，按题目给定的额定电流IN=42A回答。3.Ud=141.4V,Id=2.84A解析：单相桥式整流输出电压平均值Ud=0.9*U2=0.9*100V=90V负载电阻RL上的平均电流Id=Ud/RL=90V/50Ω=1.8A（注：若考虑晶闸管导通角为180°，则Ud=0.9*U2=90V，Id=1.8A。若导通角小于180°，则Ud=0.9*U2*(π-α)/(π+α)，Id=Ud/RL。题目未明确说明小于180°，按标准桥式计算。）五、综合题判断能否直接启动：电动机额定电流IN=42A允许最大负荷电流=1.5*IN=1.5*42A=63A变压器短路电压百分数Uk%=4%电动机启动电流Ist≈6*IN=6*42A=252A比较Ist(252A)与允许最大负荷电流(63A)：Ist>允许最大负