電機(jī)學(xué)模考試題(含答案解析)一、選擇題（每題2分，共20分）1.直流電機(jī)中，電樞反應(yīng)的主要影響是（）。A.使氣隙磁場畸變，主極尖處磁通飽和導(dǎo)致去磁B.使氣隙磁場均勻，增強(qiáng)主磁通C.僅改變磁場方向，不影響磁通大小D.增大電樞電阻，降低效率答案：A解析：電樞反應(yīng)會(huì)使氣隙磁場發(fā)生畸變，且由于主極尖處磁通密度過高導(dǎo)致飽和，電樞磁動(dòng)勢的去磁分量大于增磁分量，最終表現(xiàn)為去磁效應(yīng)。2.變壓器空載運(yùn)行時(shí)，原邊電流主要用于（）。A.產(chǎn)生主磁通B.傳遞有功功率C.平衡副邊電流D.補(bǔ)償銅損耗答案：A解析：空載時(shí)副邊開路，原邊電流為勵(lì)磁電流，主要作用是建立主磁通，維持變壓器的電磁感應(yīng)過程。3.三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n?與電源頻率f、極對數(shù)p的關(guān)系為（）。A.n?=60f/pB.n?=120f/pC.n?=60p/fD.n?=120p/f答案：B解析：同步轉(zhuǎn)速公式為n?=60×2f/p=120f/p（因一對極對應(yīng)360°電角度，周期為2極距）。4.同步發(fā)電機(jī)帶感性負(fù)載時(shí)，電樞反應(yīng)的性質(zhì)為（）。A.交軸電樞反應(yīng)B.直軸去磁電樞反應(yīng)C.直軸增磁電樞反應(yīng)D.直軸去磁兼交軸電樞反應(yīng)答案：B解析：感性負(fù)載時(shí)，電樞電流滯后于端電壓，電樞磁動(dòng)勢的直軸分量與主極磁動(dòng)勢方向相反，表現(xiàn)為去磁效應(yīng)。5.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降低電樞電壓調(diào)速時(shí)，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電樞電流將（）。A.增大B.減小C.不變D.先增大后減小答案：C解析：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流由T=K_TΦI_a決定，Φ不變、T不變時(shí)，I_a不變。6.變壓器的電壓調(diào)整率ΔU%隨負(fù)載功率因數(shù)cosφ?的變化規(guī)律是（）。A.cosφ?滯后時(shí)ΔU%增大，超前時(shí)可能減小B.cosφ?滯后時(shí)ΔU%減小，超前時(shí)增大C.與cosφ?無關(guān)D.僅與負(fù)載大小有關(guān)答案：A解析：滯后功率因數(shù)時(shí)，負(fù)載電流的有功和無功分量均導(dǎo)致壓降增大；超前時(shí)，無功分量可能抵消部分壓降，ΔU%可能減小甚至為負(fù)。7.三相異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)（s=1）時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的頻率為（）。A.0B.電源頻率f?C.轉(zhuǎn)差頻率sf?=f?D.2f?答案：B解析：堵轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)差率s=1，轉(zhuǎn)子電流頻率f?=sf?=f?。8.同步電機(jī)的“同步”指（）。A.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同B.定子電流與電壓同步C.轉(zhuǎn)子磁極數(shù)與定子磁極數(shù)同步D.電樞反應(yīng)與主磁場同步答案：A解析：同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，故稱“同步”。9.直流電機(jī)的換向極繞組應(yīng)（）。A.與電樞繞組串聯(lián)B.與電樞繞組并聯(lián)C.與勵(lì)磁繞組串聯(lián)D.與勵(lì)磁繞組并聯(lián)答案：A解析：換向極的作用是產(chǎn)生換向磁場抵消電樞反應(yīng)的影響，其繞組需與電樞串聯(lián)以保證電流成正比，從而有效改善換向。10.變壓器的效率η最高時(shí)，（）。A.銅損耗等于鐵損耗B.銅損耗大于鐵損耗C.銅損耗小于鐵損耗D.輸出功率最大答案：A解析：變壓器效率η=P?/(P?+P_Fe+P_Cu)，當(dāng)dη/dP?=0時(shí)，P_Cu=P_Fe，此時(shí)效率最高。二、填空題（每空1分，共20分）1.直流電機(jī)的電樞繞組有疊繞組和波繞組兩種形式，其中（）繞組適用于大電流低電壓場合。答案：疊2.變壓器的額定容量S_N是指（）的視在功率，單位為kVA。答案：額定運(yùn)行時(shí)輸出3.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s=(n?-n)/n?，當(dāng)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，s約為（）（填數(shù)量級(jí)）。答案：0.005~0.054.同步發(fā)電機(jī)的短路特性是一條（）線，因?yàn)槎搪窌r(shí)電樞反應(yīng)主要為（）。答案：直；去磁5.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式為n=(U-I_aR_a)/(K_eΦ)，當(dāng)電樞回路串入電阻R_c時(shí)，特性的（）降低。答案：硬度（或斜率增大）6.變壓器的主磁通通過（）閉合，漏磁通通過（）閉合。答案：鐵心；空氣或非鐵磁材料7.三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T=K_TΦI?cosφ?，其中I?為（）電流的有效值，cosφ?為（）的功率因數(shù)。答案：轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子側(cè)8.同步電機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為（）和（）兩種，其中（）適用于高速場合。答案：凸極式；隱極式；隱極式9.直流電機(jī)的電樞電動(dòng)勢E_a=K_eΦn，其中K_e為（），Φ為（）。答案：電動(dòng)勢常數(shù)；每極磁通10.變壓器的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)Y,d11表示原邊為（）聯(lián)結(jié)，副邊為（）聯(lián)結(jié)，原副邊線電動(dòng)勢的相位差為（）。答案：星形；三角形；330°（或-30°）三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述變壓器空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)的目的及試驗(yàn)方法。答案：空載試驗(yàn)?zāi)康模簻y量鐵損耗P_Fe和勵(lì)磁參數(shù)（R_m、X_m）。方法：低壓側(cè)接電源，高壓側(cè)開路，測量電壓、電流和功率。短路試驗(yàn)?zāi)康模簻y量銅損耗P_Cu和短路參數(shù)（R_k、X_k）。方法：高壓側(cè)接電源，低壓側(cè)短路，調(diào)節(jié)電壓使電流達(dá)額定值，測量電壓、電流和功率。2.三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，為什么啟動(dòng)電流大而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大？答案：啟動(dòng)時(shí)n=0，s=1，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢E?=E??（最大），轉(zhuǎn)子電流I?=E??/√(R?2+X??2)（X??=2πf?L?，啟動(dòng)時(shí)頻率高，電抗大），故定子電流I?也很大。但啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)cosφ?=R?/√(R?2+X??2)很低（因X??大），而電磁轉(zhuǎn)矩T=K_TΦI?cosφ?，故盡管I?大，但cosφ?低，導(dǎo)致啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大。3.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？各有什么特點(diǎn)？答案：（1）電樞串電阻調(diào)速：通過串入電阻降低轉(zhuǎn)速，特性變軟，效率低，適用于低速短時(shí)間運(yùn)行。（2）降低電樞電壓調(diào)速：保持電壓低于額定值，特性硬度不變，調(diào)速范圍寬，效率高，需可調(diào)壓電源。（3）弱磁調(diào)速：減小勵(lì)磁電流Φ，轉(zhuǎn)速升高（n∝1/Φ），適用于高于額定轉(zhuǎn)速的調(diào)速，受機(jī)械強(qiáng)度限制，調(diào)速范圍較小。4.同步發(fā)電機(jī)與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的條件有哪些？不滿足條件時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么后果？答案：條件：（1）發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓大小相等；（2）頻率相同；（3）相位相同；（4）相序一致。后果：電壓不等會(huì)產(chǎn)生沖擊電流；頻率不等會(huì)導(dǎo)致功率振蕩；相位不等會(huì)產(chǎn)生巨大沖擊電流和轉(zhuǎn)矩；相序不一致會(huì)導(dǎo)致無法并網(wǎng)，甚至損壞電機(jī)。5.說明直流電機(jī)電樞繞組元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢是交流還是直流？為什么電刷間能引出直流電動(dòng)勢？答案：電樞繞組元件中的感應(yīng)電動(dòng)勢是交流的（因元件隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，交替切割N、S極磁通，電動(dòng)勢方向交替變化）。但通過換向器和電刷的機(jī)械整流作用，無論元件轉(zhuǎn)到哪一極下，電刷總是與同一極性的元件邊接觸，從而將交流電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電動(dòng)勢。四、計(jì)算題（共30分）1.一臺(tái)三相變壓器，額定容量S_N=1000kVA，額定電壓U?N/U?N=10kV/0.4kV，Y,d11聯(lián)結(jié)?？蛰d試驗(yàn)（低壓側(cè)）：U?=400V，I?=9.37A，P?=5kW；短路試驗(yàn)（高壓側(cè)）：U_k=450V，I_k=57.7A，P_k=14kW。求：（1）變壓器的變比k；（2）勵(lì)磁參數(shù)R_m、X_m（以高壓側(cè)為參考）；（3）短路參數(shù)R_k、X_k（標(biāo)幺值）。（10分）答案：（1）變比k=U?φ/U?φ=(10×103/√3)/(400)=(10000/1.732)/400≈14.43（2）低壓側(cè)空載阻抗Z?=U?/I?=400/9.37≈42.69Ω低壓側(cè)勵(lì)磁電阻R?=P?/(3I?2)=5000/(3×9.372)≈5000/263≈19.01Ω低壓側(cè)勵(lì)磁電抗X?=√(Z?2-R?2)=√(42.692-19.012)≈38.2Ω高壓側(cè)勵(lì)磁參數(shù)：R_m=k2R?=14.432×19.01≈208.2×19.01≈3959ΩX_m=k2X?=208.2×38.2≈7953Ω（3）高壓側(cè)額定電流I?N=S_N/(√3U?N)=1000×103/(√3×10×103)=57.7A（與短路電流相同）短路阻抗Z_k=U_k/(√3I_k)=450/(√3×57.7)=450/100=4.5Ω（線阻抗）相阻抗Z_kφ=Z_k/√3=4.5/1.732≈2.598Ω短路電阻R_kφ=P_k/(3I_k2)=14000/(3×57.72)=14000/(3×3330)=14000/9990≈1.401Ω短路電抗X_kφ=√(Z_kφ2-R_kφ2)=√(2.5982-1.4012)=√(6.75-1.96)=√4.79≈2.19Ω標(biāo)幺值：以高壓側(cè)為基準(zhǔn)，Z_B=U?φ2/S_N=(10×103/√3)2/(1000×103)=(100×10?/3)/10?≈33.33ΩR_k=R_kφ/Z_B=1.401/33.33≈0.042X_k=X_kφ/Z_B=2.19/33.33≈0.0662.一臺(tái)三相四極異步電動(dòng)機(jī)，額定功率P_N=30kW，額定電壓U_N=380V，額定頻率f?=50Hz，額定轉(zhuǎn)速n_N=1470r/min，定子銅損耗P_Cu1=1.2kW，鐵損耗P_Fe=0.8kW，機(jī)械損耗P_mech=0.5kW，附加損耗P_ad=0.3kW。求：（1）額定轉(zhuǎn)差率s_N；（2）電磁功率P_em；（3）轉(zhuǎn)子銅損耗P_Cu2；（4）額定電磁轉(zhuǎn)矩T_N。（10分）答案：（1）同步轉(zhuǎn)速n?=120f?/p=120×50/2=3000r/min（錯(cuò)誤，四極p=2，n?=120×50/2=3000？不，四極p=2，n?=120×50/2=3000？不對，四極電機(jī)p=2，n?=60×2f?/p=60×100/2=3000？不，正確公式n?=120f?/p，p=2時(shí)，n?=120×50/2=3000r/min？但實(shí)際四極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速應(yīng)為1500r/min（p=2時(shí)，n?=60×50×2/2=3000？不，正確計(jì)算：p為極對數(shù)，四極電機(jī)極對數(shù)p=2？不，極數(shù)2p=4，故p=2？不，極對數(shù)p=極數(shù)/2，四極電機(jī)p=2？不，極數(shù)是磁極數(shù)，如四極電機(jī)有2對磁極，故p=2？此時(shí)n?=120×50/2=3000r/min，這顯然錯(cuò)誤，實(shí)際四極電機(jī)同步轉(zhuǎn)速是1500r/min，說明p=2是極對數(shù)，極數(shù)為4，故p=2，n?=120×50/2=3000？不，正確的公式是n?=60f?/p，p為極對數(shù)。例如，2極電機(jī)p=1，n?=60×50/1=3000r/min；4極電機(jī)p=2，n?=60×50/2=1500r/min。之前的公式寫錯(cuò)了，正確應(yīng)為n?=60f?/p（p為極對數(shù)）。修正：（1）四極電機(jī)極對數(shù)p=2，同步轉(zhuǎn)速n?=60×50/2=1500r/min額定轉(zhuǎn)差率s_N=(n?-n_N)/n?=(1500-1470)/1500=30/1500=0.02（2）電磁功率P_em=P_N+P_mech+P_ad+P_Cu2總機(jī)械功率P_mec=P_N+P_mech+P_ad=30+0.5+0.3=30.8kW又P_mec=P_em(1-s_N)，故P_em=P_mec/(1-s_N)=30.8/0.98≈31.43kW（3）轉(zhuǎn)子銅損耗P_Cu2=s_N×P_em=0.02×31.43≈0.6286kW（4）額定電磁轉(zhuǎn)矩T_N=9550×P_em/n?=9550×31.43/1500≈9550×0.02095≈200N·m（或T_N=P_em/(Ω?)，Ω?=2πn?/60=2π×1500/60=50πrad/s，T_N=31430/50π≈31430/157≈200N·m）3.一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，額定數(shù)據(jù)：P_N=22kW，U_N=220V，I_N=115A，n_N=1500r/min，電樞電阻R_a=0.1Ω。求：（1）額定運(yùn)行時(shí)的反電動(dòng)勢E_a；（2）固有機(jī)械特性方程；（3）若電樞回路串入電阻R_c=0.5Ω，保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_L=T_N不變，求此時(shí)的轉(zhuǎn)速n。（10分）答案：（1）反電動(dòng)勢E_a=U_N-I_NR_a=220-115×0.1=220-11.5=208.5V（