1、共 5 页 第 页考 试 卷 （ A 卷）课 程 名 称 电机学 考 试 学 期 07-08-2 得分适 用 专 业 电气工程及其自动化 考 试 形 式 闭卷 考 试 时 间 长 度 120 分 钟一、填空题（30 分，每空 1 分）1从外形上区分，汽轮发电机是 瘦长 形，水轮发电机是 扁短 形。2同步发电机电枢反应的性质取决于 E0 与 I 间的夹角，内功率因数角， 。3同步发电机投入电网并列运行的理想条件有： 相序一致 ， 电压大小相等 ， 频率一致 ， 相角一致 。 （没有先后顺序之别）4并网运行的同步发电机，通过调节 输入机械功率 可以控制输出的有功功率，通过调节 励磁电流 可以控制输
2、出的无功功率。5同步电机的同步电抗包括两部分，电枢反应电抗对应于 电枢电流产生的三相合成 磁通，漏抗对应于 漏 磁通，其中 电枢反应电抗 的大小与磁路的饱和程度有关。6同步发电机的短路特性呈 直线 形状，此时电枢反应是 纯去磁 作用。7同步电机不对称运行时，正序旋转磁场 不 在转子绕组中感应电势，负序旋转磁场 能 在转子绕组中感应电势。8设 Ik(1)、I k(2)、I k(3)分别为同步发电机在单相、两相、三相稳定短路时的电流值，则其大小关系为 Ik(3) Ik(2) Ik(1) 。9当同步发电机发生突然短路时，其定子电流分量中可能有直流分量，此直流分量产生的原因是 维持短路瞬间磁链不变 ，
3、其大小 会 （会、不会）衰减。10直流电机的电枢绕组从结构特点上看是闭合绕组，当直流电机运行时，电枢的每个绕组中感应的是 交变 电势，通过 电刷 和 换向器 的作用，在电机外表现的是直流电势。11直流电机的电枢反应对主磁场的影响主要有： 使每极磁通有所减小 ， 磁场分布发生畸变 。共 5 页 第 页12直流电动机的调速方法主要有： 改变电源电压 ， 改变励磁电流 ， 电枢回路串电阻 。其中第 3 种调速方式效率最低。 （对应于串电阻调速效率最低）二、分析题（40 分，每题 10 分）1比较下列情况下同步电机的稳定性，并说明理由：（1）当有较大的短路比和较小的短路比时；（2）在过励状态下或在欠励
4、状态下运行时；（3）在轻载状态下或在满载状态下运行时。答： 关键 1指出电机的稳定性与电机运行时的功角有关，功角越小，电机稳定性越好。关键 2写出电机的功角关系式 P = E0 U sin/ Xs （1 分）（1）短路比较大，则对应于同步电抗值越小，在相同负载及其他条件下，对应的功角越小，电机稳定性越好；（3 分）（2）过励状态相比与欠励状态，励磁电流大，因此对应的空载电动势 E0 大，在相同负载及其他条件下，对应的功角越小，电机稳定性越好； （3 分 ）（3）轻载即输出有功功率小，因此对应的功角小，电机稳定性好。 （3 分）2试分析下列情况下，同步电机的转子电流中有没有交流分量：（1）同步运
5、转，定子电流三相对称且有稳定值；（2）同步运转，定子电流有稳定值，但三相不对称；（3）稳定异步运转；（4）同步运转，定子电流突然变化。答：（1）定子电流三相对称，则仅有正序分量，其旋转速度为同步速。电机以同步速旋转，则定子磁场与转子励磁绕组没有相对运动，没有运动电动势；定子电流有稳定值，即定子磁场幅值不变，则转子绕组中亦没有变压器电动势。因此，此时转子绕组中无交流分量。共 5 页 第 页（2）定子电流三相不对称，则可以分解出正序分量和负序分量，负序分量产生负序旋转磁场，其运动速度为同步速，方向与转子运动方向相反，则与转子绕组有 2 倍同步速的相对运动速度，则转子绕组中感应 2 倍频率的交变电动
6、势，产生相同频率的交变电流。（3）电机处于异步运行状态，转子转速不同于同步速，则电枢磁场与转子绕组间有相对，能产生交变电动势和交变电流。（4）同步运转，则电枢磁场与转子绕组无相对运动，无运动电动势；定子电流突然变化，则定子电枢磁场幅值突然变化，则转子绕组产生类似变压器的感应作用，即有交变电动势和电流产生。3在下图的基础上，作出凸极同步发电机的相量图，标上各物理量，并说明作图的主要步骤。答：（1）根据 U+jIxq 作出空载电动势的方向；得到内功率因数角，并在图中标出；（2）分解电流 I 为直轴分量和交轴分量，在图上标出；（3）由 E0=U+jIdXd+jIqXq 作出 E0 的位置。 （图中、
7、式中的电压、电动势、电流均为相量）步骤 3 分，图画对 7 分4试分析当并励直流电动机运行时，励磁回路突然断开后，对电动机运行的影响。答：励磁回路断开后，空载磁场减小至剩磁大小。将使 E、Ia、T 等相应地发生变化，根据变化情况判断，如果变化后的 T 增加，则电机增速；如变化后的 T 减小，则电机减速甚至停转。关键点：可用电动机轻载运行或重载运行分析；或用具有较大剩磁或较小剩磁进行分析。UI共 5 页 第 页影响主要在于电机电流是否过大，转速是否过高，从而影响到电机的发热或机械稳定性。磁通减小，感应电势变小，电流变大 （4）转矩的变化就要分两种情况来讨论，每种情况 3 分三、计算题（30 分）
8、1 （20 分）一台的汽轮发电机额定运行时 cos=0.8 （滞后） ，同步电抗 xs*=1，该机并联在无穷大电网上运行。试求：（1）在 90%额定电流且有额定功率因数时，输出的有功功率 P2 和无功功率 Q2，空载电动势 E0 和功角 。（2）调节原动机的功率输入，使该机输出有功功率为额定运行时的 110%，励磁电流保持不变，此时的功角 为多少？输出的无功功率如何变化？如要保持输出的无功功率不变，试求空载电动势 E0 和功角 。（3）保持原动机输入功率不变，并调节该机的励磁电流使输出的感性无功功率为额定运行情况的 110%，求此时的空载电动势 E0 和功角 。参考书上例题。答案：（1）E 0
9、=1.70，=25.1（2）励磁电流保持不变，此时的功角 为 31.2；感性无功功率由 0.54 减小到 0.454；要保持输出的无功功率不变， 需增加激磁电流使 E0=1.77，功角 =29.8（3）E 0=1.81，=23.5 共 5 页 第 页2 （10 分）一台他励直流电动机，U N=220V，I N=100A，n N=1150r/min。电枢电阻ra=0.095，试求：（1）若不计电枢反应的影响，空载转速和转速变化率；（2）若满载电枢反应的去磁作用使每极磁通下降 15%，空载转速和转速变化率。 （额定转速保持不变） 。答：需写出电压方程式，根据方程式求出空载和满载的电动势；联合 E=
10、Cen 求相对应的转速。满载电动势：E = U - I a ra 2 U = 220 100 * 0.095 -2 =208.5 V(如不考虑电刷压降，则为 210.5 V )空载电动势： E0= U =220 V记满载时磁通为 ，设空载时磁通为 0，空载转速为 n0。则：E=Cen N E0= Ce 0 n0（1） 不计电枢反应影响，则 = 0。E 0 : E = n0 : n，n0= n * E0 / E = 1150 * 220 / 208.5 = 1213.4 r/min ( 1201.9 )n= ( n 0 - nN ) / nN * 100% = 5.51 % ( 4.51 % )（2） 若满载电枢反应的去磁作用使每极磁通下降 15%，即 = 0.85 0n0 : n = E0 : E 0 = 0.85 * 220 / 208.5 = 0.897 ( 0.888 )n0 = 0.897 * 1150 = 1031.4 r/min ( 1021.6 )n= ( n 0 - nN ) / nN * 100% = -10.31 % ( -11.16 % )
