河北工業(yè)大學《電氣工程及其自動化》試題及答案一、選擇題1.電力系統(tǒng)的中性點運行方式主要有（）。A.中性點直接接地B.中性點不接地C.中性點經(jīng)消弧線圈接地D.以上都是答案：D解析：電力系統(tǒng)中性點運行方式主要分為中性點直接接地、中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地這三種方式，所以答案選D。2.變壓器的主要功能不包括（）。A.電壓變換B.電流變換C.功率變換D.阻抗變換答案：C解析：變壓器主要有電壓變換、電流變換和阻抗變換的功能。變壓器本身不能進行功率變換，理想變壓器輸入功率等于輸出功率，實際變壓器只是存在一定的功率損耗，并非進行功率變換，所以答案選C。3.同步發(fā)電機的并網(wǎng)條件不包括（）。A.發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率相同B.發(fā)電機的電壓幅值與電網(wǎng)電壓幅值相同C.發(fā)電機的相序與電網(wǎng)相序相同D.發(fā)電機的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)轉(zhuǎn)速相同答案：D解析：同步發(fā)電機的并網(wǎng)條件包括發(fā)電機的頻率與電網(wǎng)頻率相同、電壓幅值與電網(wǎng)電壓幅值相同、相序與電網(wǎng)相序相同。電網(wǎng)不存在轉(zhuǎn)速的說法，所以答案選D。4.下列哪種調(diào)速方法屬于直流電動機的調(diào)速方法（）。A.改變定子繞組磁極對數(shù)調(diào)速B.改變電源頻率調(diào)速C.改變電樞電壓調(diào)速D.以上都是答案：C解析：改變定子繞組磁極對數(shù)調(diào)速和改變電源頻率調(diào)速是交流電動機的調(diào)速方法。直流電動機的調(diào)速方法主要有改變電樞電壓調(diào)速、改變勵磁磁通調(diào)速和改變電樞回路電阻調(diào)速等，所以答案選C。5.繼電保護裝置的基本要求不包括（）。A.選擇性B.速動性C.靈敏性D.經(jīng)濟性答案：D解析：繼電保護裝置的基本要求包括選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。經(jīng)濟性不是繼電保護裝置的基本要求，所以答案選D。6.高壓斷路器的主要作用不包括（）。A.控制作用B.保護作用C.隔離作用D.滅弧作用答案：C解析：高壓斷路器具有控制作用（能根據(jù)電網(wǎng)運行需要，可靠地投入或切除電路）、保護作用（在電路發(fā)生故障時，能快速切斷故障電流）和滅弧作用（熄滅觸頭間的電?。８綦x作用是隔離開關的主要作用，所以答案選C。7.下列哪種電力電子器件屬于全控型器件（）。A.二極管B.晶閘管C.絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）D.雙向晶閘管答案：C解析：二極管是不可控器件；晶閘管和雙向晶閘管是半控型器件；絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是全控型器件，它可以通過控制信號來控制其導通和關斷，所以答案選C。8.電力系統(tǒng)的無功功率平衡對（）有重要影響。A.電壓質(zhì)量B.頻率質(zhì)量C.功率因數(shù)D.以上都是答案：A解析：電力系統(tǒng)的無功功率平衡主要影響電壓質(zhì)量。無功功率不足會導致電壓下降，無功功率過剩會使電壓升高。頻率質(zhì)量主要與有功功率平衡有關；功率因數(shù)是衡量用電設備對電能利用效率的指標，與無功功率平衡有一定關系，但不是直接受無功功率平衡影響的最主要方面，所以答案選A。9.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與（）有關。A.電源頻率B.磁極對數(shù)C.轉(zhuǎn)差率D.A和B答案：D解析：三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）公式為(n_0=60f10.下列哪種測量儀表屬于電動系儀表（）。A.電壓表B.電流表C.功率表D.以上都是答案：C解析：電動系儀表可以測量功率、電能等。電壓表和電流表一般有磁電系、電磁系等類型。功率表通常采用電動系測量機構(gòu)，所以答案選C。二、填空題1.電力系統(tǒng)的負荷按重要程度可分為_____、_____和_____三類。答案：一級負荷、二級負荷、三級負荷2.變壓器的損耗主要包括_____和_____。答案：鐵損耗、銅損耗3.同步發(fā)電機的運行特性主要有_____、_____、_____和_____。答案：空載特性、短路特性、負載特性、外特性4.直流電動機的調(diào)速方法有_____、_____和_____。答案：改變電樞電壓調(diào)速、改變勵磁磁通調(diào)速、改變電樞回路電阻調(diào)速5.繼電保護裝置的基本組成部分有_____、_____和_____。答案：測量部分、邏輯部分、執(zhí)行部分6.高壓開關電器主要包括_____、_____、_____和_____等。答案：高壓斷路器、隔離開關、負荷開關、熔斷器7.電力電子技術(shù)的應用領域主要有_____、_____、_____和_____等。答案：電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通運輸、家用電器8.三相異步電動機的調(diào)速方法有_____、_____和_____。答案：改變定子繞組磁極對數(shù)調(diào)速、改變電源頻率調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速9.測量儀表的誤差主要分為_____和_____。答案：基本誤差、附加誤差10.電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施主要有_____、_____、_____和_____等。答案：改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓、改變變壓器變比調(diào)壓、利用無功補償裝置調(diào)壓、改變線路參數(shù)調(diào)壓三、判斷題1.電力系統(tǒng)的中性點直接接地方式適用于110kV及以上的高壓電網(wǎng)。（）答案：√解析：110kV及以上的高壓電網(wǎng)采用中性點直接接地方式，這種方式在發(fā)生單相接地故障時，非故障相電壓不會升高，能保證電氣設備的絕緣要求相對較低，同時可快速切除故障線路，提高供電可靠性，所以該說法正確。2.變壓器的變比等于一次側(cè)繞組匝數(shù)與二次側(cè)繞組匝數(shù)之比。（）答案：√解析：變壓器的變比(k=N13.同步發(fā)電機并網(wǎng)時，只要滿足頻率相同和電壓幅值相同這兩個條件就可以并網(wǎng)。（）答案：×解析：同步發(fā)電機并網(wǎng)需要滿足頻率相同、電壓幅值相同、相序相同和相位相同這四個條件，缺一不可，所以該說法錯誤。4.直流電動機的調(diào)速性能比交流電動機差。（）答案：×解析：直流電動機具有良好的調(diào)速性能，可以在較寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，而交流電動機以往調(diào)速性能相對較差，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)有了很大進步，但總體來說直流電動機在調(diào)速的平滑性、調(diào)速范圍等方面仍具有一定優(yōu)勢，所以該說法錯誤。5.繼電保護裝置的選擇性是指保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小。（）答案：√解析：繼電保護裝置的選擇性就是要求保護裝置在動作時，能夠準確地選擇故障元件并將其切除，盡量減少停電范圍，保證非故障部分的正常運行，所以該說法正確。6.高壓斷路器在正常運行時可以切斷和接通負荷電流，在故障時可以切斷短路電流。（）答案：√解析：高壓斷路器具備控制和保護功能，在正常運行時能夠可靠地投入或切除負荷電流，在電路發(fā)生故障時，能快速切斷短路電流，所以該說法正確。7.電力電子器件的開關頻率，一般比傳統(tǒng)的機電開關高很多。（）答案：√解析：電力電子器件是基于半導體原理工作的，其開關速度非?？欤_關頻率可以達到很高的值，而傳統(tǒng)機電開關受機械運動等因素限制，開關頻率較低，所以該說法正確。8.三相異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。（）答案：√解析：三相異步電動機就是因為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速存在差異（轉(zhuǎn)差）才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，就不會有相對運動，也就不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速永遠低于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，該說法正確。9.電動系儀表可以測量交流電壓和電流。（）答案：√解析：電動系儀表不僅可以測量功率等，也可以通過適當?shù)碾娐吩O計來測量交流電壓和電流，所以該說法正確。10.電力系統(tǒng)的無功功率平衡對頻率質(zhì)量有重要影響。（）答案：×解析：電力系統(tǒng)的無功功率平衡主要影響電壓質(zhì)量，有功功率平衡對頻率質(zhì)量有重要影響，所以該說法錯誤。四、簡答題1.簡述電力系統(tǒng)的組成及其各部分的作用。(1).電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成。(2).發(fā)電環(huán)節(jié)：主要是利用各種能源（如煤炭、水能、風能、太陽能等）通過發(fā)電機將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能。例如火力發(fā)電廠利用煤炭燃燒產(chǎn)生的熱能加熱水產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。(3).輸電環(huán)節(jié)：將發(fā)電廠發(fā)出的電能通過高壓輸電線路輸送到遠方的負荷中心。高壓輸電可以減少輸電過程中的電能損耗，提高輸電效率。(4).變電環(huán)節(jié)：通過變壓器等設備改變電壓等級，以滿足不同用戶和不同輸電距離的需求。例如將高壓電變?yōu)橹袎夯虻蛪弘姡阌诜峙浜褪褂谩?5).配電環(huán)節(jié)：將變電后的電能通過配電線路分配到各個用戶。配電系統(tǒng)可以分為高壓配電、中壓配電和低壓配電等不同層次。(6).用電環(huán)節(jié)：各種用電設備消耗電能，實現(xiàn)電能向其他形式能量的轉(zhuǎn)換，如照明設備將電能轉(zhuǎn)換為光能，電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能等。2.說明變壓器的工作原理。(1).變壓器是基于電磁感應原理工作的。它主要由鐵芯和繞在鐵芯上的兩個或多個繞組組成，分別稱為一次繞組和二次繞組。(2).當一次繞組接入交流電源時，在一次繞組中會產(chǎn)生交變電流，交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通。(3).這個交變磁通同時穿過一次繞組和二次繞組，根據(jù)電磁感應定律，在二次繞組中會感應出電動勢。(4).如果二次繞組接有負載，就會有電流流過負載，從而實現(xiàn)了電能從一次側(cè)到二次側(cè)的傳遞。同時，通過改變一次繞組和二次繞組的匝數(shù)比，可以實現(xiàn)電壓的變換，即(U1U23.分析同步發(fā)電機并網(wǎng)運行的優(yōu)點。(1).提高供電可靠性：多臺同步發(fā)電機并網(wǎng)運行，當其中一臺發(fā)電機發(fā)生故障或需要檢修時，其他發(fā)電機可以繼續(xù)向電網(wǎng)供電，不會造成大面積停電，保證了供電的連續(xù)性和可靠性。(2).提高發(fā)電效率：不同類型和容量的發(fā)電機可以根據(jù)負荷的變化進行合理調(diào)度。例如，在負荷低谷時，可以讓效率較高的發(fā)電機滿負荷運行，而讓效率較低的發(fā)電機減少出力或停機，從而提高整個電力系統(tǒng)的發(fā)電效率。(3).減少備用容量：并網(wǎng)運行時，各發(fā)電機可以相互支援，不需要每臺發(fā)電機都配備很大的備用容量，從而減少了總的備用容量，降低了發(fā)電成本。(4).有利于能源的合理利用：可以將不同能源（如水電、火電、風電等）的發(fā)電機并網(wǎng)運行，根據(jù)能源的特點和負荷需求進行優(yōu)化調(diào)度。例如，在豐水期可以多利用水電，在枯水期則增加火電的發(fā)電比例，實現(xiàn)能源的合理配置和有效利用。(5).提高電能質(zhì)量：并網(wǎng)運行的發(fā)電機可以共同調(diào)節(jié)電網(wǎng)的電壓和頻率，使電網(wǎng)的電壓和頻率更加穩(wěn)定，提高了電能質(zhì)量。4.簡述直流電動機的調(diào)速原理和方法。(1).調(diào)速原理：直流電動機的轉(zhuǎn)速公式為(n=U?IaRa(2).調(diào)速方法：改變電樞電壓調(diào)速：通過調(diào)節(jié)電樞電壓的大小來改變電動機的轉(zhuǎn)速。這種方法調(diào)速范圍寬，調(diào)速平滑，可實現(xiàn)無級調(diào)速，適用于要求調(diào)速性能較高的場合。改變勵磁磁通調(diào)速：通過改變勵磁電流來改變勵磁磁通。當減小勵磁磁通時，電動機轉(zhuǎn)速升高。這種方法調(diào)速范圍相對較窄，但調(diào)速時功率損耗小，適用于恒功率負載的調(diào)速。改變電樞回路電阻調(diào)速：在電樞回路中串入調(diào)節(jié)電阻，改變電樞回路電阻的大小，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速。這種方法調(diào)速簡單，但調(diào)速范圍有限，且調(diào)速過程中會有較大的能量損耗，適用于對調(diào)速性能要求不高的場合。5.說明繼電保護裝置的基本要求及其含義。(1).選擇性：保護裝置動作時，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，保證非故障部分繼續(xù)正常運行。例如，當電力系統(tǒng)某條線路發(fā)生故障時，該線路的保護裝置應首先動作，將故障線路切除，而不影響其他正常線路的運行。(2).速動性：要求保護裝置能快速切除故障。快速切除故障可以減少故障對電氣設備的損壞程度，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如，在高壓輸電線路中，快速切除故障可以防止系統(tǒng)失去穩(wěn)定，避免大面積停電。(3).靈敏性：保護裝置對其保護范圍內(nèi)發(fā)生的故障或不正常運行狀態(tài)應具有足夠的反應能力。靈敏性通常用靈敏系數(shù)來衡量，靈敏系數(shù)越大，說明保護裝置對故障的反應越靈敏。例如，對于短路故障，保護裝置應能在故障發(fā)生的瞬間準確動作。(4).可靠性：保護裝置在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，應能可靠地動作（在應該動作時動作）和不動作（在不應該動作時不動作）?？煽啃允潜Ｗo裝置正常運行的基礎，它取決于保護裝置的設計、制造、安裝和維護等多個方面。例如，保護裝置的元件質(zhì)量、接線的正確性等都會影響其可靠性。五、計算題1.一臺三相變壓器，額定容量(S_N=1000kVA)，額定電壓(U_{1N}/U_{2N}=10/0.4kV)，Y,d聯(lián)結(jié)。求：(1).一次側(cè)和二次側(cè)的額定電流(I_{1N})和(I_{2N})；(2).一次側(cè)和二次側(cè)的相電流(I_{1φ})和(I_{2φ})。解：-(1).對于三相變壓器，額定容量(S_N=3U_{1N}I_{1N}=3U_{2N}I_{2N})。-一次側(cè)額定電流(I_{1N}=SN3U1N=1000×1033×10×103≈57.74A)。-二次側(cè)額定電流(I_{2N}=SN3U2N=2.一臺直流電動機，額定功率(P_N=22kW)，額定電壓(U_N=220V)，額定效率(η_N=0.85)，求：(1).額定電流(I_N)；(2).額定運行時的輸入功率(P_{1N})。解：-(1).根據(jù)效率公式(ηN=PNP1N)，且(P{1N}=U_NI_N)，可得(I_N=P