1、 共 3 页 第 1 页 考 试 卷 （ A 卷） 课程名 称 电机学 考试学 期 07-08/3 得分 适用专 业 电气工程及其自动化 考试形 式 开卷 闭卷 半开卷 考试时间长 度 120 分 钟 一、 填空题：（ 35 分） 1. 在国际单位制中，磁场强度单位是 _A/m_。电磁感应定律的物理意义是，当闭合的线圈中磁通发生变化时，线圈中的产生的感应电流所产生的磁场 _阻碍 _原来磁通的变化。一个线圈产生的磁通所经过路径的磁阻越大，说明该线圈的电感就越 _小 _。 2. 变压器损耗包括绕组铜耗和 _铁 耗 _，后者又包括涡流和磁滞损耗。电力变压器最大效率通常设计在负载系数为 _0.50.6
2、_之间。当_可变损耗等于不变损耗 _（ 或 _kNpp0 ） _时，变压器效率达最大。 3. 由于铁心饱和特性，施加正弦电压时变压器激磁电流波形通常为 _尖顶 _波，而铁心的磁滞特性使之为 _不对称尖顶 _波。 4. 并联运行的变压器必须有相同的电压等级，且属于相同的 _连接组_。各变压器的负载分配与该变压器的额定容量成正比，与 _短路电 压（标幺值） _成反比。 _短路电压（标幺值） _小的变压器先达到满载。 5. 三相变压器组不能接成 Yy 的原因是励磁绕组中需要的 _三次谐波_电流不能流通，使磁通近似为 _平顶波 _波，会在绕组中电动势波形严重畸变，产生 _过电压 _危害线圈绝缘。 6.
3、 三相变压器组的零序阻抗比三相铁心式变压器的零序阻抗 _大_。 7. 电压互感器二次侧不允许 _短路 _，而电流互感器二次侧不允许 _开路 _。 8. 交流电机绕组的短距和分 布既可以改善磁动势波形，也可以改善 _电势_波形。设电机定子为双层绕组，极距为 12 槽，为同时削弱共 3 页 第 2 页 5 次和 7 次谐波，绕组的节距应取 _10_槽。单层绕组的短距系数为 _1.0_。 9. 脉振磁动势可以分解为两个 _圆形旋转 _磁动势，它们的旋转方向相反，幅值是脉振磁动势的 _1/2（一半） _。三相不对称电流流过三相对称绕组产生 _椭圆形 _磁动势，当它的幅值最小时，速度最 _大 _。 10
4、. 设异步电 动机磁场基波频率为 f1，同步速为 n1，转速为 n，则气隙中的次谐波磁场在定子绕组上的感应电势频率为 _ f1_，在转子绕组上感应电势频率为 _ fnfn11 1_。 11. 异步电动机频率归算后转子回路将增加一项附加电阻，其上的电功率代表转子的 _总的机械功率 _功率，该电阻称为 _模拟 _电阻。 12. 异步电动机的电源电压降低 10 ，电机的过载能力降低到_80%_，临界转差率 _不变 _，负载不变时 ，电机的转速将 _降低 _。 13. 异步电机转子结构有鼠笼式和 _绕线 _式两种。利用变比为 KA的自耦变压器对鼠笼异步电机进行降压起动时，电网提供的电流与电机直接起动时
5、的电流之比为 _AK21 _。异步电机恒转矩变频调速时， _定子电压 _与定子电流频率之比应保持不变，目的是为了保持 _磁通 _不变。 二、 简答题：（ 35 分） 1. 画出 Yd7 和 Dd4 三相变压器绕组连接图，并作出相应的电动势矢量图。（ 8 分） 2. 为什么采用短距可以削弱双层绕组电动势的谐波。（ 4 分） 3. 三相对称绕组连成星形接法，接入三相对称电压，形成旋转磁场的性质如何（幅值、旋转速度）？若绕组有一相断线，试问此时合成磁动势的共 3 页 第 3 页 大小和性质？（用公式表示）（ 8 分） 4. 画出异步电机 T s 曲线，标明起动点、临界转差率点。指出电动机工作时稳定与
6、不稳定运行区域，并给出解释。（ 9 分） 5. 画出变压器和异步电动机负载时的等效电路，从能量转换的角度说明它们的异同点。（ 6 分） 三、 计算题：（ 30 分） 1. 两台三相变压器串联运行，容量均为 1500kVA，两次降压后，供一负载，两台 变压器均为 Dy 连接，第 I 台额定电压为 66/6.3kV，第 II 台额定电压为 6.3/0.4kV，当两台变压器在 6.3kV 侧做短路试验，数据如下，试求： （ 1） 每台变压器的短路阻抗 Zk， rk， xk 的标幺值；（ 8 分） （ 2） 额定负载时，功率因数为 0.9 滞后时总的电压变化率。（ 7 分） 变压器 线电压（ V） 短
7、路电流（ A） 三相功率（ kW） I 334 130 14 II 300 124 12 2. 一台三相四极异步电动机， 150kW， 50Hz， 380V， Y接法，额定负载时pcu2=2.2kW， pmec=2.6kW，附加损耗 pad=1.1kW。试求： （ 1） 额定运行时的转速、转差率；（ 4 分） （ 2） 额定运行时的电磁功率和电磁转矩；（ 5 分） （ 3） 如额定运行时，保持负载转矩不变，在转子绕组中串入电阻使电机的转速降低 10，问串入的电阻阻值是原转子电阻的多少倍？调速后的转子铜耗是多少？（ 6 分） 共 3 页 第 4 页 附：参考答案 二、 简答题 1. 答： Yd7
8、: Dd4: or： C y B A C Zx Xy Yz c b a x z B A a y b z c x abE ABE X Y C X B A C Zx Xy Yz c b a x y z B Z A Y a y b z c x abE ABE 共 3 页 第 5 页 2. 答： 双层短 距绕组可以等效为两个相位相差短距角 的单层绕组，其双层短距绕组的基波和谐波电势为两个单层绕组相应电势的矢量和，其数值分别小于其代数和，其减小系数为短距因数，谐波的短距因数要小于基波的短距因数。因此，通过短距，牺牲一点基波来达到更多地抑制谐波的作用。 3. 答： 三相对称绕组连成星形接法，接入三相对称电
9、压，形成旋转磁场，基波合成磁动势是一个圆形旋转磁动势，其幅值不变，为一相脉动磁动势幅值的 3/2 倍，旋转速度为 60f/p。 若有一相断线，如 a 相，则： 0ai ， tIi sinmb ， tIi sinmc 以 b 相绕组轴线为参考轴，则： b 相磁动势基波 xtFxtf c o ss in),( m1b1 c 相磁动势基波 )32c o s (s in),(m1c1 xtFxtf（ 2 分） 合成磁动势基波 txFxtFxtFxtFfffs in)6c o s (3 3s in)3s in (s in2 )32c o s (s inc o ss in m1m1m1m1c1b11合成磁
10、动势为脉动磁动势，幅值为一相磁动势幅值的 3 倍。 4. 答： 异步电机的 T - s 曲线 c y C Y X Y A B C Z a b c x y z B X A Z a z b x abE ABE 共 3 页 第 6 页 图中， A 点为起动点（ n=0, s=1）； B 点为临界转差率点（最大转矩点）。 s=0sK 的区域为稳定运行区域， s=sK1 的区域为不稳定运行区域。 解释 ： （ 1） s=0sK 区域：设电机原来稳定运行在图中的 a 点。此时，若发生扰动使 TL突然增大，则电机转速下降，电动机运行在 a点；当扰动因素消除后，电动机加速从而恢复到原来运行点 a；若扰动使 T
11、L 突然减小，则电机转速上升，电动机运行在 a点，当扰动因素消除后，电动机减速从而亦可恢复到原来运行点 a。可见，在 s=0sK 区域内，电动机可稳定运行。 （ 2） s=sK1 区域：设电机原来稳定运行在图中的 b 点。此时，若发生扰动使 TL 突然增大，则电机转速下降，转差率 s 将增加，电动机运行在 b点，此时电磁转矩 T 将减小，则电机将继续减速，直至停止；若发生扰动使 TL 突然减小，则电机转速上升，转差率 s 将减小，电动机运行在 b点，此时电磁转矩 T 将增大，则电机将继续加速，直至稳定运行区相应的平衡点。可见，在 s=sK1 区域内，电动机不能稳定运行。 5. 答： 电磁制动状
12、态 T - 1 0 + 发电机状态 电动机状态 s A B sK b b b a a a 变压器 T形等效电路 r1 x1 2U1I 2I2r 2xmrmxmI 21 EE1U共 3 页 第 7 页 （ 1） 相同点： 变压器 和异步电动机能量转换都是利用了电磁感应定律的基本原理；能量传递都是以磁场作为媒介，两侧都无直接电的联系。 （ 2） 不同点：（答出其一即可） 前者实现不同电压的电能变换；后者实现电能到机械能的转换，气隙是其能量转换的场所。 前者主磁场为铁心中的磁场，是静止交变脉动磁场；后者的主磁场为气隙磁场，是旋转磁场。 前者磁路中无气隙，激磁电流较小；而后者有气隙，激磁电流较大。 前
13、者等效电路中的负载是实际存在的；而后者等效电路中的负载电阻是模拟的。 三、 1. 解： （ 1） 对于第 I 台变压器，短路试验在低压侧进行，低压侧 y 形连接，相电流等于线电 流为 130A，线电压为 334V。 低压侧额定相电流 )(46.137103.63 101 5 0 03 332 N INIIN2 AUSI 低压侧阻抗基值 )(46.2646.1 3 7 3/103.63I2NI2N2 b I IUZ 短路阻抗 )(48.11 3 033 3 43 KIKIKI IUZ短路电阻 )(28.01 3 03 10143 232KIKIKI Ipr短路电抗 )(45.128.048.1
14、222KI2KIKI rZx 短路阻抗标幺值 056.046.26 48.12 b IKI*KI ZZZ短路电阻标幺值 011.046.26 28.02 b IKI*KI Zrr短路电抗标幺值 0 5 5.046.26 45.12 b IKI*KI Zxx对于第 II 台变压器 ,短路试验在高压侧进行，高压 侧 形连接，相电压等于线电压为300V，线电流为 124A。 异步电动机 T形等效电路 r1 x1 1I 2I2r 2xmrmxmI 21 EE1U ssr 12共 3 页 第 8 页 高压侧额定相电流 )(37.79103.63 101 5 0 03 331 N I IN I III1N
15、 AUSI 高压侧阻抗基值 )(38.7937.79 103.63II1NII1N1 b I I IUZ 短路阻抗 )(19.43/124 300KI IKI IKI I IUZ短路电阻 )(78.0)3/1 2 4(3 10123 232K I IK I IK I I Ipr短路电抗 )(12.478.019.4 222K I I2K I IK I I rZx 短路阻抗标幺值 053.038.79 19.4b I I1KI I*KI I ZZZ短路电阻标幺值 0 0 9 8.038.79 78.0b I I1KI I*KI I Zrr短路电抗标幺值 0 5 2.018.79 12.4b I
16、I1K I I*K I I Zxx（ 2） 已知功率因数 9.0cos 则有 4359.0sin 略去励磁电流后等效电路参数 0208.00098.0011.0*K I I*KI*K rrr 107.0052.0055.0*K I I*KI*K xxx 0208.0*K*a ru ， 107.0*K*r xu 则电压调整率 %54.6 %1 0 0)4 3 5 8.01 0 7.09.00 2 0 8.0( %1 0 0)s inc o s( *r*a uuU 2. 解： （ 1） 同步转速 m in )/r(1 5 0 02 5060601 p fn 0 k W,2.2 FeC u 2C u
17、 1 ppp 则电磁功率 )kW(9.1556.21.12.2150 m e cadC u 1NM pppPP总的机械功率 )kW(7.1 5 32.29.1 5 5C u 2Mi pPP 由 Mi )1( PsP 得转差率 s=0.0141 则转速 n=(1-s)n1=1479(r/min) （ 2） 已求电磁功率 )kW(9.155M P 共 3 页 第 9 页 电磁转矩 )mN(9.9 9 21 4 7 92 107.1 5 360260 3ii nPPT （ 3） 1126.01500 14799.0150011 n nns由 s rrsr 22 得 6.992r =r即串入的电阻阻值约是原转子电阻的 6.99 倍。 负载转矩不变，接入调速电阻后转子电流不变。调速后转子绕组铜耗仍有kW2.2Cu2 p 调速后的转子铜耗为 222 2 23 ( 7 . 9 9 7 . 9 9 2 . 2 1 7 . 5 8Cup I r 3 I r ) k W
