電機學試題答案

四五總分閱卷人一、填空題:（30％,每空1分）電機技術中磁性材料的鐵損耗主要包括磁滯損耗、渦流損耗電機和變壓器常用的鐵芯材料為軟磁材料，鐵磁材料的磁導遠大于非鐵磁材料的磁導率。變壓器的二次側是通過電磁感應對一次側產生作用的。要在變壓器的中產生正弦波的磁通波形，所需要的勵磁電流波形應該是尖頂波。在采用標幺制計算時，額定值的標幺值為1 。在不變損耗等于可變損耗（或鐵耗等于銅耗）的情況下，變壓器的效率最咼。一臺變壓器，原設計的頻率為50HZ，現(xiàn)將它接到60HZ的電網上運行，額定電壓不變，勵磁電流將減小，鐵耗將減小。&如將額定電壓為220/110V的變壓器的低壓側誤接到220V電壓，則勵磁電流將增大很多，變壓器將燒毀。三相組式變壓器的磁路系統(tǒng)特點是各相磁路彼此獨立，互不相關，各相主磁通以各自的鐵芯為回路。三相芯式變壓器的磁路系統(tǒng)特點是各相磁路彼此相關，任一相必須通過另外兩相方能閉合。既和一次側繞組交鏈又和二次側邊繞組交鏈的磁通為主磁通，僅和一側繞組交鏈的磁通為漏磁通。變壓器的一次側繞組接入交流電源后，將在鐵芯磁路中產生交變的磁通，該磁通可分為主磁通和漏磁通兩種。單相繞組的基波磁勢是脈振磁勢。交流繞組采用短距與分布后，基波電勢與諧波電勢都減?。ㄌ钤龃蟆p小或不變）。一臺三相八極感應電動機的電網頻率50Hz，空載運行時轉速為735轉/分，此時轉差率為0.02，轉子電勢的頻率為1Hz。一臺三相八極感應電動機的電網頻率50Hz，當轉差率為0.04時，轉子的轉速為720r/min，轉子的電勢頻率為2Hz。異步電動機電磁轉矩參數(shù)表達式M二 。rmpU2斗答： 1 1 2nf（r+弓）2+（x+x'）21 1 s 1 20異步電動機最大電磁轉矩表達式M= maxEmpU21—4兀fr+r2+(x+x')211112019-三相異步電機轉速為n，定子旋轉磁場的轉速為件，當n<ni時為且動機運行狀態(tài);當n>ni時為發(fā)電機運行狀態(tài)；當n與ni反向時為電磁制動運行狀態(tài)。異步電動機起動時，轉差率s二丄，此時轉子電流I的值很小，cosp 很小，主磁通比22正常運行時要小一些，因此起動轉矩不大。繞線型異步電動機轉子串入適當?shù)碾娮瑁瑫蛊饎与娏鳒p小，起動轉矩增大。若異步電動機的漏抗增大，則其起動轉矩 減小，其最大轉矩減小。鼠籠式異步電動機的起動方法，主要有直接起動和降壓起動。增加繞線式異步電動機起動轉矩方法有轉子串適當?shù)碾娮韬娃D子串頻敏變阻器。異步電動機的調速方法主要有變極調速、 改變轉差率調速 和變頻調速。異步電動機的制動方法主要有能耗制動、 回饋制動、電源反接制動和正接反轉制動。單相異步電動機按磁場獲得的方式，可分為分相電動機和罩極電動機。單相異步電動機按交流電流“分相”的方法不同，可分為電容起動電機、電容運轉電動機、電容起動運轉電動機和電阻分相電動機。二、選擇題：（10%，每題2分）TOC\o"1-5"\h\z聯(lián)接組號不同的變壓器不能并聯(lián)運行，是因為 。A：電壓變化率太大； B：空載環(huán)流太大；C:負載時勵磁電流太大； D:不同聯(lián)接組號的變壓器變比不同。答：B三相變壓器組不宜采用Y,y聯(lián)接組，主要是為了避免 。A：線電勢波形發(fā)生畸變； B：相電勢波形發(fā)生畸變；C：損耗增大； D：有效材料的消耗增大。答：B當采用繞組短距的方式同時削弱定子繞組中五次和七次諧波磁勢時，應選繞組節(jié)距 。A：T B：4T/5C：6T/7 D：5T/6答:D4?三相對稱交流繞組的合成基波空間磁勢幅值為F,繞組系數(shù)為K，3次諧波繞組系數(shù)為K，則3TOC\o"1-5"\h\z1 w1 w3次空間磁勢波的合成幅值為 。B：0；B：-Fk/k31w3 wB：0；B：-Fk/k31w3 w11w3 w1 21w3 w1

答：A5?繞線式三相感應電動機，轉子串電阻起動時 A起動轉矩增大，起動電流增大；B起動轉矩增大，起動電流減??；C起動轉矩增大，起動電流不變；D起動轉矩減小，起動電流增大。答B(yǎng)仃一s） /6?三相異步電動機等值電路中的附加電阻 r上所消耗的電功率應等于 s2A輸出功率P； B輸入功率P；21C電磁功率P； D總機械功率P。em q答D7.國產額定轉速為1450r/min的三相感應電動機為 極電機。A2；B4；A2；B4；C6；D8。答B(yǎng)&國產額定轉速為960r/min的感應電動機為 電機。A2極； B4極； C6極； D8極。三相異步電動機氣隙增大，其他條件不變，則空載電 B減?。籄B減?。籆不變； D不能確定。答A三相感應電動機電磁轉矩的大小和 成正比A電磁功率； B輸出功率；C輸入功率； D全機械功率。答A三、簡答題:（20％,每題4分）三相變壓器理想并聯(lián)運行的條件有哪些?答：（1）空載時并聯(lián)的變壓器之間無環(huán)流；（2）負載時能按照各臺變壓器的容量合理地分擔負載；（3）負載時各變壓器分擔的電流應為同相。（1.）并聯(lián)運行的變壓器應滿足哪些條件?答：（1）各變壓器的額定電壓與電壓比應相等；（2）各變壓器的連接組號應相同；（3）各變壓器的短路阻抗的標幺值要相等，阻抗角要相同。1—s感應電動機等效電路中的（ ）R2代表什么含義？能否用電抗或電容代替？為什么？s21—s 1—s答 R'代表與轉子所產生的機械功率相對應的等效電阻，消耗在此電阻中的功率ml2 R'2s2 11s2將代表實際電機中所產生的全（總）機械功率；不能；因為電抗、電容消耗無功功率，而電機轉子所產生的全（總）機械功率為有功功率。1—s（2.）說明三相異步電動機等效電路中，參數(shù)r,x,r,x,r',x'以及 r'各代表什 么意1 1mm2 2 s2義？答定子繞組電阻；定子繞組漏抗，表征定子繞組漏磁效應；勵磁電阻，表征鐵心損耗；勵磁電抗，表征鐵心磁化性能；歸算到定子側的轉子繞組電阻；歸算到定子側的轉子繞組漏抗；代表與轉子所產生的機械功率相對應的等效電阻。異步電動機的轉子有哪兩種類型，各有何特點?答：一種為繞線型轉子，轉子繞組像定子繞組一樣為三相對稱繞組，可以聯(lián)結成星形或三角形。繞組的三根引出線接到裝在轉子一端軸上的三個集電環(huán)上，用一套三相電刷引出來，可以自行短路，也可以接三相電阻。串電阻是為了改善起動特性或為了調節(jié)轉速．另一種為鼠籠型轉于。轉子繞組與定子繞組大不相同，在轉子鐵心上也有槽，各槽里都有一根導條，在鐵心兩端有兩個端環(huán)，分別把所有導條伸出槽外的部分都聯(lián)結起來，形成了短路回路，所以又稱短路繞組。(3.)分析轉差率s對感應電動機效率的影響。答空載到額定轉差時，定子鐵耗與機耗很小，可看成不變損耗，而定子、轉子銅耗則與定、轉子電流的平方成正比，是隨負載變化的損耗，因此，電動機的效率也隨負載而變化。當負載從零開始增加時，s逐漸增加，總損耗增加緩慢，效率上升很快。由于p*12，當負載超過一定值，急Cu劇增加，降低，故此時耳隨P或s增加而降低。2為什么相同容量的異步電機的空載電流比變壓器的大很多？答變壓器的主磁路全部用導磁性能良好的硅鋼片構成，異步電機的主磁路除了用硅鋼片構成的定、轉子鐵心外，還有空氣隙。氣隙的長度盡管很小，但磁阻很大，使得異步電機主磁路的磁阻比相應的變壓器大，異步電機空載電流標么值為0.2~0.5，變壓器空載電流的標么值為0.02~0.1。(4.)異步電機中，主磁通和漏磁通的性質和作用有什么不同？答主磁通通過氣隙沿鐵心閉合，與定、轉子繞組同時交鏈，它是實現(xiàn)能量轉換的媒介，它占總磁通的絕大部分。主磁通可以由定子電流單獨產生。也可以由定、轉子電流共同產生。主磁通路徑的磁導率隨飽和程度而變化，與之對應的勵磁電抗不是常數(shù)。除主磁通以外的磁通統(tǒng)稱為漏磁通，它包括槽漏磁通。端部漏磁通和諧波漏磁通。僅與定子交鏈的稱為定子漏磁通，僅與轉子交鏈的稱為轉子漏磁通。漏磁通在數(shù)量上只占總磁通的很小的一部分，沒有傳遞能量作用。漏磁通路徑的磁導率為常數(shù)，與之對應的定子漏電抗、轉子漏電抗是常數(shù)。說明三相異步電動機轉子繞組折算和頻率折算的意義，折算是在什么條件下進行的？答轉子繞組折算就是用新繞組替換原繞組。為了導出等值電路，用一個與定子繞組的相相數(shù)、匝數(shù)和繞組因數(shù)相同的等效繞組替換實際轉子繞組，折算前后轉子繞組的磁動勢和各種功率及損耗不變，因而從定子邊看轉子，一切未變。頻率折算即用靜止的轉子替換旋轉的轉子，折算條件也是磁動勢和各種功率及損耗不變。為此，只要將轉子電阻rr換成r。22(5.)異步電動機運行時，定子電流的頻率是多少？由定子電流產生的旋轉磁動勢以什么速度切割定子和轉子？由轉子電流產生的旋轉磁動勢基波以什么速度切割定子和轉子？兩個基波磁動勢的相對運動速度多大？答定子電流的頻率為f，轉子電流的頻率為f=sf，定子磁動勢以n速度切割定子，以(n-n)12111速度即sn速度切割轉子；轉子磁動勢也以n速度切割定子，以sn速度切割轉子。定、轉子基波磁111動勢同步旋轉，相對靜止。四、作圖題：(20%,第1、2小題5分，第3小題10分)1.畫出異步電動機T形等值電路。3.—臺雙層疊繞組相數(shù)m=3，極數(shù)2p=4,槽數(shù)Z=24,每相支路數(shù)2a=l的電機，節(jié)矩丫］=5工/6。試畫出A相繞組展開圖。解:“三二竺二柑槽2p2燈q=—= 24 =2(槽)2Pm2x2x3-竺￡3=加電角Z 24”二；匸二|x6=5(^1)obOXOA五、計算題:（20％,每題10分）11?一臺三相變壓器'SN勺600?'紅=召kV,Y/AT1連接’變壓器空載基短路實驗數(shù)2N據(jù)如下：解：實驗名稱線電壓（伏）線電流（安）三相功率（W）電源加在空載63007.46800低壓邊短路55032418000高壓邊求：計算變壓器參數(shù)的實際值和標么值。S1N460L二323.32A弋3x102N所以1NS2N=5600二513?2Av3x6.3SN56仏=1"143x10-3^^74二0.01442513.2*02NUUU*-

0U2N6300==16300用二僉二56O0OO0OO二3.2143X10-3324-k- 二1.002-k-323.32則：因所以U*k1NU=U1N=10000=0?055**_P0_1.2143X則：因所以U*k1NU=U1N=10000=0?055**_P0_1.2143X10rm=K=_I0U*Z*=U=m I*0-3廠=5.840.0144221二69.340.01442x*二Z*2—r*2二69.10m'm mrk= =3.2143X10—3=0.003201kI*k2 1.0022Z U*0.055Z*= k二二0.05489k I* 1.002k1.0022x*k二、Z*2-r*2=0.0548FkkUU=1二_ 二17.8570IN? 1NZ=Z*XZ=69.34X17.857=1238.20mm 1Nr=r*xZ=5.84x17.857=104.30mm 1Nx=x*XZ=69.1X17.857=1233.90mm 1NZ=Z*XZ=0.05489X17.857=0.980k k 1Nr=r*xZ=0.003201x17.857=0.05720kk 1Nx=X*XZ=0.0548X17.857=0.9790kk 1N(1.)設有一臺125MVA,50Hz,110/10KV,Y/A—11的三相變壓器，空載電流I*=0.02，空載損耗P=133kw，短路電壓（阻抗電壓u=10。5%）,短路損耗P=600kw。0 0 k kN試求:短路阻抗和激磁阻抗（均用標么值），畫出近似r型等效電路，表明各阻抗數(shù)值;解：二1.064X10-3所以二4.8xio_3S所以二4.8xio_3SN*Pk**_rm=；*5I0U*0P0-皿X10一3=2.660.0004X*二 -r*2二49.93m'm mZ*=U=0.105kkr*=P*=0.0048kkx*x*二JZ*2-r*2二0.1049k k k2.—臺三相感應電動機，P二7.5W，額定電壓U二380V，定子A接法，頻率為50Hz。額定NN負載運行時，定子銅耗為474W，鐵耗為231W，機械損耗45W，附加損耗37.5W，已知n二960r/min，cos9二0.824，試計算轉子電流頻率、轉子銅耗、定子電流和電機效率。NNn一n1000一960八心解轉差率s-1 - -0.04n 10001轉子電流頻率f-sf-0.04X50Hz-2Hz21總機械功率P-P+(p+p)-7500+(45+37?5)W-7583WQ 2 Q AP 7583電磁功率P--^- W-7898WM1-s1-0?04轉子銅耗p-sP-0?04X7898W-316WCu2 M定子輸入功率P-P+p+p-(7898+474+231)W-8603W1 M Cu1 Fe

定子線電流 I= P——= 86034A=15.86A1v'3Ucos申