電機學(xué)模擬題+參考答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.變壓器空載運行時，原邊加額定電壓，由于副邊開路，此時原邊電流（）A.為零B.很小C.很大D.等于額定電流2.三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速$n_1$取決于（）A.電源頻率B.磁極對數(shù)C.電源頻率和磁極對數(shù)D.負載大小3.直流發(fā)電機電刷在幾何中性線上，如果磁路不飽和，這時電樞反應(yīng)是（）A.去磁B.助磁C.不去磁也不助磁D.以上都不對4.一臺并勵直流電動機，在保持轉(zhuǎn)矩不變的情況下，如果電源電壓$U$降低，此時電機的轉(zhuǎn)速$n$和電樞電流$I_a$將（）A.$n$下降，$I_a$增大B.$n$上升，$I_a$增大C.$n$下降，$I_a$減小D.$n$上升，$I_a$減小5.變壓器的變比$k$是指（）A.原副邊電壓之比B.原副邊電流之比C.原副邊匝數(shù)之比D.以上都對6.三相異步電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩$T_{max}$與（）A.電源電壓成正比B.電源電壓的平方成正比C.電源頻率成正比D.轉(zhuǎn)子電阻成正比7.同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)性質(zhì)取決于（）A.負載的性質(zhì)B.發(fā)電機的轉(zhuǎn)速C.發(fā)電機的勵磁電流D.以上都不對8.直流電動機的調(diào)速方法中，（）調(diào)速可以實現(xiàn)無級調(diào)速。A.改變電樞電壓B.改變勵磁電流C.改變電樞回路電阻D.以上都可以9.變壓器的效率$\eta$與負載系數(shù)$\beta$的關(guān)系是（）A.$\beta$越大，$\eta$越高B.$\beta$越小，$\eta$越高C.存在一個最佳的$\beta$值，使$\eta$達到最大值D.$\eta$與$\beta$無關(guān)10.三相異步電動機在額定負載下運行時，其轉(zhuǎn)差率$s$一般在（）范圍內(nèi)。A.0.01-0.06B.0.1-0.6C.0.6-1D.1-2二、填空題（每題2分，共20分）1.變壓器的主要功能是______________、______________和______________。2.三相異步電動機的調(diào)速方法有______________、______________和______________。3.直流發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩是______________轉(zhuǎn)矩，直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是______________轉(zhuǎn)矩。4.同步發(fā)電機的并列運行條件是______________、______________、______________和______________。5.變壓器的損耗主要包括______________和______________。6.三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組分為______________和______________兩種。7.直流電動機的調(diào)速指標(biāo)主要有______________、______________和______________。8.同步電機按運行方式和功率轉(zhuǎn)換方向可分為______________、______________和______________三種。9.變壓器的空載試驗通常在______________側(cè)進行，短路試驗通常在______________側(cè)進行。10.三相異步電動機的起動方法有______________和______________兩種。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述變壓器空載運行時的物理過程。2.說明三相異步電動機的工作原理。3.分析直流電動機的調(diào)速方法及其優(yōu)缺點。四、計算題（每題15分，共30分）1.一臺單相變壓器，$S_N=50kVA$，$U_{1N}/U_{2N}=10000/230V$，$f=50Hz$。在低壓側(cè)做空載試驗，測得$U_2=230V$，$I_0=2.1A$，$P_0=350W$；在高壓側(cè)做短路試驗，測得$U_{k}=450V$，$I_{k}=5A$，$P_{k}=1600W$。試求：-變壓器的變比$k$；-空載損耗$P_0$和短路損耗$P_{k}$；-折算到高壓側(cè)的參數(shù)$R_m$、$X_m$、$R_{k}$和$X_{k}$。2.一臺三相異步電動機，$P_N=10kW$，$U_N=380V$，$\cos\varphi_N=0.85$，$\eta_N=0.9$，$n_N=1450r/min$，定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)。試求：-額定電流$I_N$；-額定轉(zhuǎn)差率$s_N$；-額定轉(zhuǎn)矩$T_N$。參考答案一、選擇題1.答案：B-解析：變壓器空載運行時，副邊開路，原邊電流主要是用來建立主磁通的勵磁電流，由于變壓器的磁路磁阻較小，所以勵磁電流很小。2.答案：C-解析：三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速$n_1=\frac{60f}{p}$，其中$f$是電源頻率，$p$是磁極對數(shù)，所以同步轉(zhuǎn)速取決于電源頻率和磁極對數(shù)。3.答案：C-解析：直流發(fā)電機電刷在幾何中性線上，且磁路不飽和時，電樞磁動勢的軸線與主磁極軸線垂直，這時電樞反應(yīng)是交軸電樞反應(yīng)，不去磁也不助磁。4.答案：A-解析：并勵直流電動機的轉(zhuǎn)矩$T=K_T\PhiI_a$，保持轉(zhuǎn)矩不變，即$\PhiI_a$不變。電源電壓$U$降低，根據(jù)$U=E+I_aR_a$，$E=K_E\Phin$，$U$降低，$E$也降低，$n$下降。又因為$\PhiI_a$不變，磁通$\Phi$基本不變，所以$I_a$增大。5.答案：D-解析：變壓器的變比$k=\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1}{N_2}=\frac{I_2}{I_1}$，所以原副邊電壓之比、原副邊電流之比、原副邊匝數(shù)之比都與變比有關(guān)。6.答案：B-解析：三相異步電動機的最大電磁轉(zhuǎn)矩$T_{max}=\frac{3U_1^2}{4\pif_1[R_1+\sqrt{R_1^2+(X_{1\sigma}+X_{2\sigma}')^2}]}$，可見最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比。7.答案：A-解析：同步發(fā)電機的電樞反應(yīng)性質(zhì)取決于負載的性質(zhì)，當(dāng)負載為純電阻時，電樞反應(yīng)為交軸電樞反應(yīng)；當(dāng)負載為純電感時，電樞反應(yīng)為直軸去磁電樞反應(yīng)；當(dāng)負載為純電容時，電樞反應(yīng)為直軸助磁電樞反應(yīng)。8.答案：A-解析：改變電樞電壓調(diào)速可以實現(xiàn)無級調(diào)速，因為電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)。改變勵磁電流調(diào)速有一定的范圍限制，改變電樞回路電阻調(diào)速是有級調(diào)速。9.答案：C-解析：變壓器的效率$\eta$與負載系數(shù)$\beta$的關(guān)系是存在一個最佳的$\beta$值，使$\eta$達到最大值。當(dāng)$\beta$較小時，鐵耗占主要部分，效率較低；當(dāng)$\beta$較大時，銅耗占主要部分，效率也會降低。10.答案：A-解析：三相異步電動機在額定負載下運行時，其轉(zhuǎn)差率$s$一般在0.01-0.06范圍內(nèi)。二、填空題1.電壓變換、電流變換、阻抗變換2.改變電源頻率調(diào)速、改變磁極對數(shù)調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速3.制動、驅(qū)動4.發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率相同、發(fā)電機的電壓與電網(wǎng)電壓大小相等、發(fā)電機的電壓相位與電網(wǎng)電壓相位相同、發(fā)電機的相序與電網(wǎng)相序相同5.鐵損耗、銅損耗6.籠型繞組、繞線型繞組7.調(diào)速范圍、調(diào)速的平滑性、調(diào)速的穩(wěn)定性8.同步發(fā)電機、同步電動機、同步補償機9.低壓、高壓10.直接起動、降壓起動三、簡答題1.簡述變壓器空載運行時的物理過程。-當(dāng)變壓器原邊加上額定電壓$U_1$時，原邊繞組中便有電流$I_0$流過，$I_0$稱為空載電流?？蛰d電流$I_0$產(chǎn)生空載磁動勢$F_0=I_0N_1$，該磁動勢建立的磁場絕大部分通過鐵心閉合，這部分磁通稱為主磁通$\Phi$，主磁通同時交鏈原、副邊繞組。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，主磁通$\Phi$在原、副邊繞組中分別感應(yīng)出電動勢$E_1$和$E_2$，其大小分別為$E_1=4.44fN_1\Phi_m$和$E_2=4.44fN_2\Phi_m$，其中$f$是電源頻率，$N_1$、$N_2$分別是原、副邊繞組的匝數(shù)，$\Phi_m$是主磁通的最大值。由于副邊開路，副邊電流$I_2=0$，原邊電流$I_0$除了產(chǎn)生主磁通外，還產(chǎn)生一小部分只交鏈原邊繞組的漏磁通$\Phi_{1\sigma}$，漏磁通在原邊繞組中感應(yīng)出漏感電動勢$E_{1\sigma}$。原邊的電壓方程為$U_1=-E_1-E_{1\sigma}+I_0R_1$，由于$E_{1\sigma}$和$I_0R_1$相對較小，可近似認(rèn)為$U_1\approx-E_1$。副邊的電壓$U_2=E_2$。2.說明三相異步電動機的工作原理。-三相異步電動機的定子繞組通入三相交流電后，會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速就是同步轉(zhuǎn)速$n_1=\frac{60f}{p}$。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電動勢和電流。根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中會受到電磁力的作用，電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速$n$總是低于同步轉(zhuǎn)速$n_1$，即$n<n_1$，所以稱為異步電動機。轉(zhuǎn)差率$s=\frac{n_1-n}{n_1}$是衡量異步電動機運行狀態(tài)的一個重要參數(shù)。當(dāng)電動機空載時，轉(zhuǎn)差率很??；當(dāng)電動機負載增加時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大以平衡負載轉(zhuǎn)矩。3.分析直流電動機的調(diào)速方法及其優(yōu)缺點。-改變電樞電壓調(diào)速-優(yōu)點：可以實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍寬，調(diào)速平滑性好，調(diào)速過程中電動機的機械特性硬度不變，穩(wěn)定性好，調(diào)速效率高，適用于要求高精度調(diào)速的場合。-缺點：需要一套電壓可調(diào)的直流電源，設(shè)備投資較大。-改變勵磁電流調(diào)速-優(yōu)點：調(diào)速方法簡單，控制方便，調(diào)速時電能損耗小，調(diào)速范圍較寬。-缺點：由于電動機的磁路一般接近飽和，所以只能在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，調(diào)速范圍受到一定限制。而且減弱磁通會使電動機的電磁轉(zhuǎn)矩減小，過載能力降低。-改變電樞回路電阻調(diào)速-優(yōu)點：調(diào)速方法簡單，設(shè)備投資少。-缺點：調(diào)速是有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，調(diào)速過程中在電阻上消耗大量電能，效率低，而且隨著電樞回路電阻的增大，電動機的機械特性變軟，穩(wěn)定性變差。四、計算題1.（1）變壓器的變比$k=\frac{U_{1N}}{U_{2N}}=\frac{10000}{230}\approx43.48$-（2）空載損耗$P_0=350W$，短路損耗$P_{k}=1600W$-（3）在低壓側(cè)做空載試驗：-空載阻抗$Z_0=\frac{U_2}{I_0}=\frac{230}{2.1}\approx109.52\Omega$-空載電阻$R_0=\frac{P_0}{I_0^2}=\frac{350}{2.1^2}\approx79.37\Omega$-空載電抗$X_0=\sqrt{Z_0^2-R_0^2}=\sqrt{109.52^2-79.37^2}\approx75.48\Omega$-折算到高壓側(cè)：$R_m=k^2R_0=43.48^2\times79.37\approx149.22k\Omega$-$X_m=k^2X_0=43.48^2\times75.48\approx142.44k\Omega$-在高壓側(cè)做短路試驗：-短路阻抗$Z_{k}=\frac{U_{k}}{I_{k}}=\frac{450}{5}=90\Omega$-短路電阻$R_{k}=\frac{P_{k}}{I_{k}^2}=\frac{1600}{5^2}=64\Omega$-短路電抗$X_{k}=\sqrt{Z_{k}^2-R_{k}^2}=\sqrt{90^2-64^2}\approx63.67\Omega$2.（1）根據(jù)$P_N=\sqrt{3}U_NI_N\cos\varphi_N\eta_N$，可得額定電流$I_N=\frac{P_N}{\sqrt{3}U_N\cos\varphi_N\eta_N}=\frac