2025年電力及電機拖動模擬練習題(附答案)一、選擇題1.直流電動機的調速方法中，能實現(xiàn)無級調速且效率高的是（）。A.改變電樞回路電阻調速B.改變電樞電壓調速C.改變勵磁磁通調速D.以上都不是答案：B。改變電樞電壓調速可以平滑地調節(jié)電動機的轉速，實現(xiàn)無級調速，并且在調速過程中電能損耗較小，效率較高。改變電樞回路電阻調速有級調速且能耗大；改變勵磁磁通調速調速范圍有限。2.三相異步電動機的旋轉磁場的轉速與（）有關。A.電源頻率B.磁極對數C.電源電壓D.A和B答案：D。根據旋轉磁場轉速公式\(n_1=\frac{60f}{p}\)（其中\(zhòng)(n_1\)為旋轉磁場轉速，\(f\)為電源頻率，\(p\)為磁極對數）可知，旋轉磁場的轉速與電源頻率和磁極對數有關，與電源電壓無關。3.變壓器的變比\(k\)是指（）。A.一次側電壓與二次側電壓之比B.二次側電壓與一次側電壓之比C.一次側電流與二次側電流之比D.二次側匝數與一次側匝數之比答案：A。變壓器變比\(k=\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1}{N_2}=\frac{I_2}{I_1}\)，其中\(zhòng)(U_1\)、\(U_2\)分別為一次側、二次側電壓，\(N_1\)、\(N_2\)分別為一次側、二次側匝數，\(I_1\)、\(I_2\)分別為一次側、二次側電流，所以變比是一次側電壓與二次側電壓之比。4.同步電動機的啟動方法通常采用（）。A.直接啟動B.降壓啟動C.異步啟動D.以上都不對答案：C。同步電動機本身沒有啟動轉矩，不能直接啟動。通常采用異步啟動的方法，在轉子上加裝阻尼繞組，利用異步電動機的啟動原理使電動機啟動，待轉速接近同步轉速時，再通入直流勵磁電流，使電動機牽入同步運行。5.在電力系統(tǒng)中，衡量電能質量的主要指標是（）。A.電壓、頻率和波形B.電壓、電流和功率C.電流、頻率和波形D.電壓、電流和頻率答案：A。電能質量主要指標包括電壓質量（電壓幅值、電壓波動與閃變、三相電壓不平衡等）、頻率質量和波形質量（諧波含量等），而電流和功率不是衡量電能質量的主要指標。二、填空題1.直流發(fā)電機的電磁轉矩是（）轉矩，直流電動機的電磁轉矩是（）轉矩。答案：制動；驅動。在直流發(fā)電機中，電磁轉矩的方向與轉子旋轉方向相反，起到阻礙轉子轉動的作用，是制動轉矩；在直流電動機中，電磁轉矩的方向與轉子旋轉方向相同，驅動轉子轉動，是驅動轉矩。2.三相異步電動機的調速方法有（）調速、（）調速和（）調速。答案：變極；變頻；變轉差率。變極調速是通過改變定子繞組的接線方式來改變磁極對數，從而改變電動機的轉速；變頻調速是通過改變電源頻率來調節(jié)電動機的轉速；變轉差率調速包括改變電樞回路電阻、改變電源電壓等方法。3.變壓器的損耗主要包括（）損耗和（）損耗。答案：鐵；銅。鐵損耗是由于變壓器鐵芯中的磁滯和渦流現(xiàn)象產生的，與鐵芯材料和電源頻率有關，近似為不變損耗；銅損耗是由于變壓器繞組中的電阻產生的，與繞組電流的平方成正比，是可變損耗。4.同步發(fā)電機的運行特性主要有（）特性、（）特性、（）特性和外特性。答案：空載；短路；負載。空載特性是指發(fā)電機在空載運行時，端電壓與勵磁電流的關系；短路特性是指發(fā)電機在短路運行時，短路電流與勵磁電流的關系；負載特性是指發(fā)電機在負載運行時，端電壓與勵磁電流的關系；外特性是指發(fā)電機在負載運行時，端電壓與負載電流的關系。5.電力系統(tǒng)的中性點運行方式主要有（）接地、（）接地和（）接地三種。答案：中性點不；中性點經消弧線圈；中性點直接。中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，線電壓仍然對稱，允許繼續(xù)運行一段時間，但非故障相電壓會升高為線電壓；中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)可以補償接地電容電流，減少接地故障的危害；中性點直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，會產生很大的短路電流，需迅速切除故障線路。三、判斷題1.直流電動機的調速范圍是指電動機在額定負載下的最高轉速與最低轉速之比。（）答案：√。調速范圍是衡量直流電動機調速能力的一個重要指標，通常定義為電動機在額定負載下的最高轉速與最低轉速之比，即\(D=\frac{n_{max}}{n_{min}}\)。2.三相異步電動機的轉差率\(s\)越大，電動機的轉速越高。（）答案：×。轉差率\(s=\frac{n_1n}{n_1}\)（其中\(zhòng)(n_1\)為旋轉磁場轉速，\(n\)為電動機轉子轉速），轉差率越大，說明轉子轉速\(n\)與旋轉磁場轉速\(n_1\)的差值越大，電動機的轉速越低。3.變壓器的變比只與一次側和二次側的匝數有關，與負載無關。（）答案：√。變壓器變比\(k=\frac{N_1}{N_2}\)，其中\(zhòng)(N_1\)、\(N_2\)分別為一次側、二次側匝數，匝數是變壓器的固有參數，與負載情況無關。4.同步電動機在正常運行時，其轉速始終保持與旋轉磁場的轉速同步。（）答案：√。同步電動機的特點就是轉子轉速與旋轉磁場的轉速同步，即\(n=n_1=\frac{60f}{p}\)，只要電源頻率和磁極對數不變，電動機的轉速就保持恒定。5.在電力系統(tǒng)中，提高功率因數可以減少線路上的功率損耗和電壓損耗。（）答案：√。根據\(P=UI\cos\varphi\)（\(P\)為有功功率，\(U\)為電壓，\(I\)為電流，\(\cos\varphi\)為功率因數），當有功功率\(P\)和電壓\(U\)一定時，提高功率因數\(\cos\varphi\)可以減小線路電流\(I\)。而線路功率損耗\(\DeltaP=I^{2}R\)，電壓損耗\(\DeltaU=IR\)（\(R\)為線路電阻），所以線路電流減小可以減少線路上的功率損耗和電壓損耗。四、簡答題1.簡述直流電動機的工作原理。答案：直流電動機主要由定子和轉子兩部分組成。定子上有主磁極，產生主磁場。轉子上有電樞繞組，當電樞繞組通入直流電流時，根據安培力定律，載流導體在磁場中會受到力的作用。由于電樞繞組是分布在轉子圓周上的，這些力會形成一個電磁轉矩，驅動轉子旋轉。同時，為了使電動機能夠持續(xù)旋轉，需要通過換向器和電刷的配合，及時改變電樞繞組中電流的方向，保證電磁轉矩的方向始終與轉子旋轉方向一致，從而使電動機能夠連續(xù)運轉。2.說明三相異步電動機的啟動過程。答案：三相異步電動機接通三相電源后，定子繞組中通入三相交流電，產生旋轉磁場。旋轉磁場以同步轉速\(n_1\)旋轉，轉子導體與旋轉磁場之間存在相對運動，根據電磁感應定律，轉子導體中會產生感應電動勢和感應電流。載流的轉子導體在旋轉磁場中受到電磁力的作用，形成電磁轉矩，驅動轉子順著旋轉磁場的方向旋轉。在啟動瞬間，轉子轉速\(n=0\)，轉差率\(s=1\)，此時轉子感應電動勢和電流都很大，電磁轉矩也較大，但同時啟動電流也很大，一般為額定電流的47倍。隨著轉子轉速的逐漸升高，轉差率\(s\)逐漸減小，轉子感應電動勢和電流也逐漸減小，當轉速接近同步轉速時，轉差率很小，電動機進入穩(wěn)定運行狀態(tài)。3.變壓器的空載試驗和短路試驗的目的是什么？答案：空載試驗的目的：（1）測量變壓器的空載損耗，主要是鐵損耗，因為空載時變壓器的銅損耗很小，可以忽略不計，所以空載損耗近似等于鐵損耗。（2）測量變壓器的變比，通過測量一次側和二次側的電壓，可以計算出變壓器的變比。（3）測量空載電流，空載電流的大小反映了變壓器的磁路性能和繞組匝數等情況。短路試驗的目的：（1）測量變壓器的短路損耗，短路損耗主要是銅損耗，因為短路時電壓很低，鐵損耗可以忽略不計，所以短路損耗近似等于銅損耗。（2）測量變壓器的短路阻抗，短路阻抗是變壓器的一個重要參數，它對變壓器的電壓調整率和短路電流等有重要影響。4.同步電動機的功率因數為什么可以調節(jié)？答案：同步電動機的功率因數可以調節(jié)是因為其勵磁電流與電樞電流之間的關系。當同步電動機的勵磁電流改變時，其電樞電流的相位會發(fā)生變化，從而使功率因數發(fā)生改變。當勵磁電流為正常勵磁時，電樞電流與電壓同相，功率因數\(\cos\varphi=1\)；當勵磁電流小于正常勵磁時，電樞電流滯后于電壓，電動機呈感性，功率因數\(\cos\varphi\lt1\)；當勵磁電流大于正常勵磁時，電樞電流超前于電壓，電動機呈容性，功率因數\(\cos\varphi\gt1\)。因此，可以通過調節(jié)同步電動機的勵磁電流來調節(jié)其功率因數，使其在不同的工況下都能保持較高的功率因數，提高電力系統(tǒng)的運行效率。5.簡述提高電力系統(tǒng)功率因數的意義和方法。答案：意義：（1）提高發(fā)電設備的利用率。發(fā)電設備的容量是按視在功率\(S=UI\)來設計的，提高功率因數\(\cos\varphi\)，可以使同樣的發(fā)電設備輸出更多的有功功率\(P=S\cos\varphi\)。（2）降低線路損耗。根據\(\DeltaP=I^{2}R\)和\(\DeltaU=IR\)，提高功率因數可以減小線路電流，從而降低線路上的功率損耗和電壓損耗，提高供電質量。（3）減少用戶電費支出。電力部門對用戶的功率因數有一定要求，功率因數低的用戶需要繳納額外的電費，提高功率因數可以避免或減少這部分費用。方法：（1）提高用電設備本身的功率因數，如合理選擇電動機、變壓器等設備的容量，避免設備輕載或空載運行。（2）采用無功補償裝置，如并聯(lián)電容器，電容器可以提供容性無功功率，補償感性負載所需的無功功率，從而提高整個系統(tǒng)的功率因數。五、計算題1.一臺直流電動機，額定功率\(P_N=17\)kW，額定電壓\(U_N=220\)V，額定效率\(\eta_N=0.83\)，求該電動機的額定電流\(I_N\)。解：根據效率公式\(\eta_N=\frac{P_N}{P_{1N}}\)（其中\(zhòng)(P_{1N}\)為輸入功率），可得輸入功率\(P_{1N}=\frac{P_N}{\eta_N}\)。又因為\(P_{1N}=U_NI_N\)，所以\(I_N=\frac{P_{1N}}{U_N}=\frac{P_N}{U_N\eta_N}\)。將\(P_N=17\times10^{3}\)W，\(U_N=220\)V，\(\eta_N=0.83\)代入上式得：\(I_N=\frac{17\times10^{3}}{220\times0.83}\approx93.2\)A。2.一臺三相異步電動機，額定功率\(P_N=30\)kW，額定電壓\(U_N=380\)V，額定轉速\(n_N=1470\)r/min，功率因數\(\cos\varphi_N=0.85\)，效率\(\eta_N=0.9\)，求該電動機的額定電流\(I_N\)。解：根據\(P_N=\sqrt{3}U_NI_N\cos\varphi_N\eta_N\)，可得\(I_N=\frac{P_N}{\sqrt{3}U_N\cos\varphi_N\eta_N}\)。將\(P_N=30\times10^{3}\)W，\(U_N=380\)V，\(\cos\varphi_N=0.85\)，\(\eta_N=0.9\)代入上式得：\(I_N=\frac{30\times10^{3}}{\sqrt{3}\times380\times0.85\times0.9}\approx60.6\)A。3.一臺變壓器，一次側匝數\(N_1=1000\)匝，二次側匝數\(N_2=200\)匝，一次側電壓\(U_1=220\)V，求二次側電壓\(U_2\)和變比\(k\)。解：根據變壓器變比公式\(k=\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1}{N_2}\)，可得變比\(k=\frac{N_1}{N_2}=\frac{1000}{200}=5\)。又因為\(U_2=\frac{U_1}{k}\)，所以\(U_2=\frac{220}{5}=44\)V。4.一臺同步電動機，額定功率\(P_N=100\)kW，額定電壓\(U_N=380\)V，額定功率因數\(\cos\varphi_N=0.9\)（超前），求該電動機的額定電流\(I_N\)。解：根據\(P_N=\sqrt{3}U_NI_N\cos\varphi_N\)，可得\(I_N=\frac{P_N}{\sqrt{3}U_N\cos\varphi_N}\)。將\(P_N=100\times10^{3}\)W，\(U_N=380\)V，\(\cos\varphi_N=0.9\)代入上式得：\(I_N=\frac{100\times10^{3}}{\sqrt{3}\times380\times0.9}\approx168.3\)A。5.某工廠的有功功率\(P=200\)kW，功率因數\(\cos\varphi_1=0.6\)，現(xiàn)要將功率因數提高到\(\cos\varphi_2=0.9\)，求需要并聯(lián)的電容器的無功功率\(Q_C\