電力及電機(jī)拖動模擬練習(xí)題（附答案）一、選擇題1.已知某元件兩端的電壓$u=10\sin(100t+30^{\circ})V$，電流$i=5\sin(100t-30^{\circ})A$，則該元件為（）A.電阻B.電感C.電容D.無法確定答案：B解析：電壓$u=10\sin(100t+30^{\circ})V$，電流$i=5\sin(100t-30^{\circ})A$，電壓相位比電流相位超前$60^{\circ}$。在純電阻電路中，電壓和電流同相位；純電感電路中，電壓超前電流$90^{\circ}$；純電容電路中，電流超前電壓$90^{\circ}$。這里雖然不是嚴(yán)格的$90^{\circ}$超前，但符合電感元件的相位特征，所以選B。2.三相異步電動機(jī)啟動時，啟動電流大的原因是（）A.電源電壓高B.啟動時轉(zhuǎn)差率小C.啟動時轉(zhuǎn)子頻率低，轉(zhuǎn)子感抗小D.啟動時轉(zhuǎn)子頻率高，轉(zhuǎn)子感抗大答案：D解析：三相異步電動機(jī)啟動瞬間，$n=0$，轉(zhuǎn)差率$s=1$，此時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為0，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對切割速度最大，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流都很大。轉(zhuǎn)子電流頻率$f_2=sf_1$（$f_1$為定子電源頻率），啟動時$s=1$，所以$f_2=f_1$，頻率高則轉(zhuǎn)子感抗$X_{2\sigma}=2\pif_2L_{2\sigma}$大。定子電流是和轉(zhuǎn)子電流相平衡的，轉(zhuǎn)子電流大，定子電流也就大。所以啟動電流大的原因是啟動時轉(zhuǎn)子頻率高，轉(zhuǎn)子感抗大，選D。3.一個線圈的電感與（）無關(guān)。A.線圈匝數(shù)B.線圈的尺寸C.線圈中電流的大小D.線圈的材料答案：C解析：根據(jù)電感的計算公式$L=\frac{N^2\muS}{l}$（$N$為線圈匝數(shù)，$\mu$為磁導(dǎo)率，$S$為線圈橫截面積，$l$為線圈長度）。線圈匝數(shù)越多，電感越大；線圈的尺寸（如橫截面積、長度）會影響電感大??；線圈的材料不同，磁導(dǎo)率不同，也會影響電感。而電感是線圈本身的一種屬性，與通過它的電流大小無關(guān)，選C。4.直流電動機(jī)調(diào)速方法中，（）調(diào)速方法能夠得到恒功率調(diào)速的特性。A.改變電樞電壓B.改變勵磁磁通C.改變電樞回路電阻D.以上都不是答案：B解析：-改變電樞電壓調(diào)速時，電動機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式$n=\frac{U}{C_e\varPhi}-\frac{R_{a}}{C_eC_T\varPhi^2}T$，在基速以下調(diào)速，隨著電樞電壓$U$的降低，轉(zhuǎn)速$n$降低，電磁轉(zhuǎn)矩$T$不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。-改變勵磁磁通調(diào)速時，當(dāng)減小勵磁磁通$\varPhi$，轉(zhuǎn)速$n$升高，同時電磁轉(zhuǎn)矩$T$減小，根據(jù)$P=T\omega$（$\omega$為角速度），可以得到恒功率調(diào)速的特性。-改變電樞回路電阻調(diào)速，也是在基速以下調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。所以選B。5.同步電動機(jī)在正常運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（）同步轉(zhuǎn)速。A.高于B.低于C.等于D.可能高于也可能低于答案：C解析：同步電動機(jī)的原理就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速始終與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速相等。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速不相等，就無法保持穩(wěn)定的同步運(yùn)行，所以選C。6.已知正弦交流電$i=10\sin(314t+45^{\circ})A$，則該電流的有效值為（）A.$10A$B.$5\sqrt{2}A$C.$10\sqrt{2}A$D.$5A$答案：B解析：對于正弦交流電$i=I_m\sin(\omegat+\varphi)$，其有效值$I=\frac{I_m}{\sqrt{2}}$。已知$I_m=10A$，則有效值$I=\frac{10}{\sqrt{2}}=5\sqrt{2}A$，選B。7.三相異步電動機(jī)額定運(yùn)行時，其轉(zhuǎn)差率一般在（）范圍內(nèi)。A.$0.02-0.06$B.$0-1$C.$0.1-1$D.大于1答案：A解析：三相異步電動機(jī)額定運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率較小，一般在$0.02-0.06$范圍內(nèi)，選A。當(dāng)啟動時轉(zhuǎn)差率$s=1$，空載時轉(zhuǎn)差率接近0。8.變壓器的變比$k$與（）有關(guān)。A.原副邊的電壓比B.原副邊的電流比C.原副邊的匝數(shù)比D.以上都是答案：D解析：變壓器的變比$k=\frac{N_1}{N_2}=\frac{U_1}{U_2}=\frac{I_2}{I_1}$（$N_1$、$N_2$分別為原副邊匝數(shù)，$U_1$、$U_2$分別為原副邊電壓，$I_1$、$I_2$分別為原副邊電流）。所以變比與原副邊的電壓比、電流比、匝數(shù)比都有關(guān)，選D。9.在直流電動機(jī)中，換向器的作用是（）A.把直流變交流B.把交流變直流C.改變磁極極性D.在每個繞組元件中改變電流方向答案：D解析：在直流電動機(jī)中，電樞繞組在旋轉(zhuǎn)磁場中切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流。換向器的作用是當(dāng)電樞繞組轉(zhuǎn)過一定角度時，及時改變該繞組中的電流方向，使電樞繞組所受到的電磁力方向始終保持一致，從而使電動機(jī)能連續(xù)轉(zhuǎn)動。所以選D。10.當(dāng)電源電壓和頻率一定時，三相異步電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩$T_{max}$（）A.與轉(zhuǎn)子電阻$R_2$無關(guān)B.與轉(zhuǎn)子電阻$R_2$有關(guān)C.與定子電阻$R_1$無關(guān)D.與定、轉(zhuǎn)子漏抗$X_{1\sigma}$、$X_{2\sigma}$無關(guān)答案：A解析：三相異步電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的計算公式$T_{max}=\frac{3U_1^2}{2\omega_1[R_1+\sqrt{R_1^2+(X_{1\sigma}+X_{2\sigma})^2}]}$（$\omega_1$為同步角速度，$U_1$為定子相電壓），可以看出當(dāng)電源電壓$U_1$和頻率（決定$\omega_1$）一定時，最大轉(zhuǎn)矩$T_{max}$與轉(zhuǎn)子電阻$R_2$無關(guān)，選A。二、填空題1.正弦交流電的三要素是______、______和______。答案：最大值（幅值）、角頻率、初相位解析：正弦交流電可以用$i=I_m\sin(\omegat+\varphi)$表示，其中$I_m$就是最大值，它決定了交流電的大小范圍；$\omega$是角頻率，它與頻率$f$的關(guān)系是$\omega=2\pif$，表示交流電變化的快慢；$\varphi$是初相位，它確定了交流電在$t=0$時刻的狀態(tài)。2.三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有______、______和______三種。答案：改變定子繞組的磁極對數(shù)調(diào)速、改變電源頻率調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速解析：-改變定子繞組的磁極對數(shù)調(diào)速：通過改變定子繞組的連接方式，改變磁極對數(shù)$p$，根據(jù)同步轉(zhuǎn)速$n_0=\frac{60f}{p}$，可以改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。-改變電源頻率調(diào)速：同步轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，改變電源頻率可以平滑地改變同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種調(diào)速方法性能優(yōu)越。-改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：可以通過改變電樞回路電阻、改變電源電壓等方式改變轉(zhuǎn)差率，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。3.變壓器空載試驗(yàn)一般在______側(cè)進(jìn)行，短路試驗(yàn)一般在______側(cè)進(jìn)行。答案：低壓、高壓解析：-空載試驗(yàn)：空載試驗(yàn)的目的是測量變壓器的空載損耗和空載電流等參數(shù)。在低壓側(cè)施加額定電壓，根據(jù)變比關(guān)系，高壓側(cè)會感應(yīng)出相應(yīng)的高電壓。在低壓側(cè)進(jìn)行空載試驗(yàn)，設(shè)備容量要求較低，操作較為安全方便。-短路試驗(yàn)：短路試驗(yàn)是將變壓器一側(cè)繞組短路，另一側(cè)施加較小的電壓，使電流達(dá)到額定值。在高壓側(cè)進(jìn)行短路試驗(yàn)，因?yàn)楦邏簜?cè)額定電流較小，所需的試驗(yàn)設(shè)備容量相對較小，便于測量和操作。4.直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩$T=$______，它與______和______有關(guān)。答案：$C_T\varPhiI_a$、每極磁通$\varPhi$、電樞電流$I_a$解析：直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩計算公式為$T=C_T\varPhiI_a$，其中$C_T$是與電動機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，$\varPhi$是每極磁通，$I_a$是電樞電流。電磁轉(zhuǎn)矩的大小取決于每極磁通和電樞電流的大小。5.同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性主要有______、______、______和______。答案：空載特性、短路特性、負(fù)載特性、外特性解析：-空載特性：是指發(fā)電機(jī)在空載運(yùn)行時，空載電動勢$E_0$與勵磁電流$I_f$的關(guān)系曲線。-短路特性：是指發(fā)電機(jī)在端電壓$U=0$（短路）時，短路電流$I_k$與勵磁電流$I_f$的關(guān)系曲線。-負(fù)載特性：是指當(dāng)轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)和電樞電流一定時，端電壓$U$與勵磁電流$I_f$的關(guān)系曲線。-外特性：是指當(dāng)轉(zhuǎn)速、勵磁電流和負(fù)載功率因數(shù)一定時，端電壓$U$與負(fù)載電流$I$的關(guān)系曲線。三、判斷題1.純電阻電路中，電壓和電流的有效值滿足歐姆定律，即$U=IR$。（）答案：√解析：在純電阻電路中，電壓和電流同相位，$u=U_m\sin(\omegat)$，$i=I_m\sin(\omegat)$，根據(jù)歐姆定律$U_m=I_mR$，兩邊同時除以$\sqrt{2}$，可得$U=IR$，所以該說法正確。2.三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速。（）答案：√解析：三相異步電動機(jī)就是依靠旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對運(yùn)動，使轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，那么旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間就沒有相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)子繞組中就不會產(chǎn)生感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩。所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，該說法正確。3.變壓器原、副邊繞組的匝數(shù)比等于原、副邊繞組的電流比。（）答案：×解析：變壓器原、副邊繞組的匝數(shù)比$k=\frac{N_1}{N_2}$，而匝數(shù)比與電流比的關(guān)系是$\frac{N_1}{N_2}=\frac{I_2}{I_1}$（理想變壓器），即匝數(shù)比等于原、副邊繞組電流比的倒數(shù)，所以該說法錯誤。4.直流電動機(jī)電磁制動的方法有能耗制動、反接制動和回饋制動三種。（）答案：√解析：-能耗制動：是將正在運(yùn)行的直流電動機(jī)的電樞從電源上切除，同時接入一個制動電阻，電動機(jī)靠慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，電樞繞組切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，此電流與磁場相互作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)迅速停車，制動過程中電動機(jī)的動能轉(zhuǎn)化為電能消耗在制動電阻上。-反接制動：分為電源反接制動和倒拉反接制動。電源反接制動是改變電樞電壓的極性，使電動機(jī)產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩而制動；倒拉反接制動是在位能負(fù)載作用下，改變電樞回路電阻，使電動機(jī)反轉(zhuǎn)而制動。-回饋制動：當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速時，電動機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，將機(jī)械能回饋給電網(wǎng)，同時產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。所以該說法正確。5.同步電動機(jī)不能自行啟動。（）答案：√解析：同步電動機(jī)的定子繞組通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子通直流電產(chǎn)生恒定磁場。當(dāng)定子旋轉(zhuǎn)磁場啟動時，由于轉(zhuǎn)子具有慣性，轉(zhuǎn)子跟不上旋轉(zhuǎn)磁場的速度，在最初的瞬間，轉(zhuǎn)子受到一個方向正負(fù)交變的脈振轉(zhuǎn)矩，其平均轉(zhuǎn)矩為零，所以同步電動機(jī)不能自行啟動，通常需要輔助啟動方法，如異步啟動法。四、簡答題1.簡述三相異步電動機(jī)的工作原理。答案：三相異步電動機(jī)定子繞組通入三相交流電后，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速$n_0=\frac{60f}{p}$（$f$為電源頻率，$p$為磁極對數(shù)）。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的。由于旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在相對運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流（根據(jù)電磁感應(yīng)定律）。轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中受到電磁力的作用，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)使轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。因?yàn)橹挥挟?dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速$n$低于同步轉(zhuǎn)速$n_0$時，旋轉(zhuǎn)磁場才能與轉(zhuǎn)子繞組有相對切割運(yùn)動，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，“異步”之名由此而來。2.說明變壓器的作用和主要組成部分。答案：作用：-電壓變換：變壓器可以將一種電壓等級的交流電變換為另一種電壓等級的交流電，滿足不同用電設(shè)備對電壓的需求。例如，在電力系統(tǒng)中，通過升壓變壓器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓升高，便于遠(yuǎn)距離輸電，減少線路損耗；通過降壓變壓器將輸電電壓降低，供用戶使用。-電流變換：根據(jù)變壓器原副邊電流和匝數(shù)的關(guān)系$\frac{I_2}{I_1}=\frac{N_1}{N_2}$，可以實(shí)現(xiàn)電流的變換。-阻抗變換：變壓器可以改變負(fù)載阻抗，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，使負(fù)載獲得最大功率。主要組成部分：-鐵芯：是變壓器的磁路部分，通常用硅鋼片疊壓而成，其作用是提供良好的磁通路，減少磁滯和渦流損耗。-繞組：是變壓器的電路部分，分為原繞組（初級繞組）和副繞組（次級繞組）。原繞組接電源，副繞組接負(fù)載，通過電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。-其他附件：包括油箱、油枕、散熱器、瓦斯繼電器、溫度計等。油箱用于盛放變壓器油，變壓器油有絕緣和散熱的作用；油枕可以調(diào)節(jié)油箱內(nèi)油的體積變化；散熱器用于散發(fā)變壓器運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量；瓦斯繼電器用于保護(hù)變壓器內(nèi)部故障；溫度計用于測量變壓器油溫。五、計算題1.已知一個正弦交流電壓$u=220\sqrt{2}\sin(314t+60^{\circ})V$，求：（1）該電壓的最大值、有效值、角頻率、頻率、周期和初相位。（2）畫出該電壓的波形圖。答案：（1）-最大值$U_m$：根據(jù)表達(dá)式$u=220\sqrt{2}\sin(314t+60^{\circ})V$，可知最大值$U_m=220\sqrt{2}V$。-有效值$U$：對于正弦交流電，有效值$U=\frac{U_m}{\sqrt{2}}$，所以$U=\frac{220\sqrt{2}}{\sqrt{2}}=220V$。-角頻率$\omega$：表達(dá)式中$\omega=314rad/s$。-頻率$f$：根據(jù)$\omega=2\pif$，可得$f=\frac{\omega}{2\pi}=\frac{314}{2\pi}\approx50Hz$。-周期$T$：$T=\frac{1}{f}=\frac{1}{50}=0.02s$。-初相位$\varphi$：初相位$\varphi=60^{\circ}$。（2）波形圖繪制步驟：-首先確定坐標(biāo)軸，橫坐標(biāo)為時間$t$，縱坐標(biāo)為電壓$u$。-確定周期$T=0.02s$，在橫坐標(biāo)上標(biāo)注出$0$、$\frac{T}{4}=0.005s$、$\frac{T}{2}=0.01s$、$\frac{3T}{4}=0.015s$、$T=0.02s$等關(guān)鍵點(diǎn)。-初相位$\varphi=60^{\circ}$，當(dāng)$t=0$時，$u=220\sqrt{2}\sin60^{\circ}=220\sqrt{2}\times\frac{\sqrt{3}}{2}\approx269.4V$。-根據(jù)正弦函數(shù)的性質(zhì)，在$t=\frac{T}{4}$時，$\omegat+\varphi=90^{\circ}+60^{\circ}=150^{\circ}$，$u=220\sqrt{2}\sin150^{\circ}=220\sqrt{2}\times\frac{1}{2}\approx155.6V$；在$t=\frac{T}{2}$時，$\omegat+\varphi=180^{\circ}+60^{\circ}=240^{\circ}$，$u=220\sqrt{2}\sin240^{\circ}