华中科技大学网络教育《电机学》 试题+答案

导论

1.现代电机常用的E级和B级绝缘，分别对应的温度限值为（）℃和（）℃。

A.120，130

2. 一个带有铁芯的电感，增加线圈的匝数，其电感大小会（）。

B.变大

1.磁滞损耗和涡流损耗是是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？

答案：铁磁材料在交变磁场的作用下，磁畴之间相互摩擦产生的能量损耗成为磁滞损耗。当交变磁通穿过铁磁材料时，铁磁材料会感应出电动势，产生涡流，涡流产生的焦耳损耗称为涡流损耗。磁滞损耗和涡流损耗合起来一起称为铁耗。在铁磁材料重量一定的情况下，比号的大小与磁场交变的频率fβ(1.2小于β小于1.6）成正比，和最大磁通Bm2成正比。

2.自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁芯上，一个绕在木质材料上，哪个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么变化？

答案：自感系数L等于N2Λm，自感系数和线圈匝数N的平方及自感磁通所经过的磁路的磁导Λm成正比。

由于铁磁性材料的磁导率远大于非铁磁性材料的磁导率，铁磁性材料存在饱和现象，其磁导率是非常数。因此，在匝数相等的情况下，铁芯线圈的自感系数大于木芯线圈的自感系数。木芯线圈的自感不变。铁芯线圈的自感随铁芯饱和程度的提高而减小。

3.电机运行时，热量主要来源于哪些部分？

答案：电机运行时，热量主要来源于以下三个部分：(1)电路中的电阻损耗；(2)铁芯中的磁通密度交变产生的铁耗；(3) 运动部件产生的摩擦、通风损耗(机械损耗)。

4.电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？

答案：电机和变压器的磁路主要采用硅钢片制成。硅钢片具有良好的导磁性能，其磁导率极高，能减小电机或变压器的体积。同时由于硅钢片加入了半导体硅，增加了材料的电阻率，从而能够有效降低材料在交变磁通作用下产生的磁滞损耗和涡流损耗。

5.什么是磁饱和现象？

答案：当铁磁材料中的磁通密度B达到一定程度之后，随着外加磁场H的增加，B的增加逐渐变慢，磁导率逐渐减小，这种现象称为磁饱和现象。

6.磁路的基本定律有哪些？当铁芯磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算能否使用叠加原理？为什么？

答案：磁路的基本定律有磁路欧姆定律，磁路基尔霍夫第一定律，磁路基尔霍夫第二定律。铁芯磁路上有几个磁动势同时作用时，磁路计算一般不能采用叠加原理。因为磁路铁芯存在饱和现象，饱和时磁阻非常数，因此不能用叠加原理进行计算。若铁芯中的磁通密度很小，不饱和，则可以用叠加原理计算。

直流电机1

1.一台直流发电机的额定空载电动势是230V，当磁通减少10%时，其感应电动势应为（）。

B. E等于207V

2.一台直流发电机的额定空载电动势是230V，当磁通减少10%，速度增加20%时，其感应电动势应为（）。

B. E等于248V

1.直流电机结构的主要部件有哪些？

简单题1答案：直流电机由定子和转子两部分构成，在定子和转子之间有一个存储磁能的气隙。定子上的主要部件有主磁极、机座、换向极、电刷装置。转子上的主要部件有电枢铁芯、电枢绕组、换向器等。

2.从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，但实际的直流电机用很多线圈串联成，为什么？是不是线圈越多越好？

简单题2答案：直流电机用很多线圈串联组成是为了获得平稳的直流电压，并在磁通密度和转速一定的情况下获得所需大小的感应电动势。但不是线圈越多越好，线圈越多，制作工艺越复杂。

3.为什么直流电机的绕组必须是闭合绕组？

简单题3答案：因为直流电枢绕组不是由固定点与外电路连接的，而是经换向器和电刷与外电路相连接的，它的各个支路构成元件在不停的变化。为了使各个支路电动势和电流稳定不变，电枢绕组正常安全的运行，绕组必须是闭合的。

直流电机2

1.一台由原动机拖动的直流发电机，改变直流发电机的旋转方向，换向器两端的电压极性会（）。

A.改变

2.串励式直流电动机，若改变输入电压的极性，则直流电动机的旋转方向会（）。

B．保持不变

3. 直流电动机常用的启动方法有（）。

A．直接启动

B．电枢回路串电阻启动

C．降压启动

1.对直流电机而言，什么是电枢上的几何中性线？什么是换向器上的几何中性线？换向器上的几何中性线由什么决定？它在实际电机中的位置在哪里？

简单题1答案：相邻两主极间的中心线称为电枢上的几何中性线。元件轴线与主极轴线重合时，元件中的电动势便为零，此时元件所接两片换向片间的中心线称为此时换向器上的几何中性线。换向器上的几何中性线由主极位置决定，对于端接对称的元件，换向器上的几何中性线与主极中心线重合。

2.直流电机空载和和负载运行时，气隙磁场各由什么磁动势建立？负载时电枢回路中的电动势应由什么样的磁通进行计算？

简单题2答案：空载时的气隙磁场由励磁磁动势建立，负载时的气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。负载后电枢绕组的感应电动势应用与合成气隙磁场对应的主磁通进行计算。

3.直流电机有哪几种励磁方式？并简要说明。

简单题3答案：直流电机的励磁方式有如下四种：(1) 他励。励磁电流由独立电源供给，与电枢电流无关。(2) 并励。励磁绕组和电枢绕组并联，励磁电压等于电枢电压。(3) 串励。励磁绕组与电枢绕组串联。(4) 复励。既有并励绕组也有串励绕组，两励磁绕组磁动势方向相同时称为积复励，相反时称为差复励。

变压器1

1.变压器的空载损耗（），变压器的短路损耗（）。

D.主要为铁耗，主要为铜耗

2.电流互感器在使用过程中，二次侧不得（），而电压互感器在使用过程中，二次侧不得（）。

A.开路，短路

3.一台变压器原设计的频率为50HZ，现将它接到60HZ的电网上运行，当额定电压不变时，铁芯中的磁通将（）。

C.减少

1.变压器铁芯的作用是什么？为什么要用两面涂绝缘漆的硅钢片叠成？叠片间存在气隙有何影响？

简单题1答案：铁芯的作用是导磁。由于变压器铁芯中的磁通是交变的，为了减少铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，变压器的铁芯采用很薄、两面涂漆的硅钢片叠制。叠片间存在气隙时，主磁路的导磁性能将降低，使励磁电流增大。

2.变压器联结组Yy10的含义是什么?

简单题2答案：高压绕组采用星形接法，低压绕组采用星形接法并无中线引出。低压绕组线电压（或线电动势）滞后于高压绕组对应的线电压（或线电动势）的相位差是300°

3.变压器一次侧接额定电压电网，二次侧发生短路时，请解释为什么短路电流很大，而铁心不饱和？

简单题3答案:变压器短路时，短路电流由短路阻抗限制，但短路阻抗很小，所以短路电流很大。因为短路电流远大于励磁电流，励磁支路可视为开路，此时主磁场感应电势约为正常值的一半，主磁通也约为正常值的一半，所以铁心不饱和。

变压器2

1.若变压器一次绕组接额定电压，负载性质是感性负载，则二次绕组的输出电压（）其额定电压。

B．低于

2.变压器一次侧接额定电压电网，感性负载，与空载运行相比，二次侧端电压降低，则二次侧带（）负载。

B.感性

1.关于电压互感器和电流互感器的使用，下面哪些描述是错误的（）。

A.电压互感器一次侧并联在电网上

B.电流互感器一次侧并联在电网上

C.电压互感器二次侧允许短路

D.电流互感器二次侧允许短路

2.分析变压器有哪几种常用的方法（）。

A.基本方程式

B.等效电路

1.为什么变压器在高压侧和低压侧分别加各自的额定电压进行空载实验所测得的空载损耗一样大？

简答题1答案：因为空载实验所测得的空载损耗主要是铁耗。根据U1≈E1等于4.44fN1 m 可知，两种情况下，主磁通近似相等，即铁心磁通密度幅值近似相等，故铁耗近似相等。

2.单相变压器的铁心不饱和与饱和时，空载电流应各呈何种波形？

简答题2答案：在单相变压器中，主磁通的感应电动势近似等于电源电压，电源电压为正弦波，因此主磁通也是正旋波。铁心不饱和时，主磁通与空载电流成线性关系，因此空载电流为正弦波。铁心饱和时，主磁通与空载电流成非线性关系，因此空载电流为尖顶波。

3.变压器联结组Dy1的含义是什么？

简答题3答案：高压绕组采用三角形接法，低压绕组采用星形接法并无中线引出。低压绕组线电压（或线电动势）滞后于高压绕组对应的线电压（或线电动势）的相位差是30°。

绕组理论

1.单相集中式绕组中，通入单相交流电流，产生的磁势为（）。

B.脉振磁势

2.对称三相绕组中通入三相对称交流电流，则产生的磁动势性质为（）

B.圆形旋转磁动势

1.关于三相交流绕组的构成原则，以下正确说法是（）。

A．力求获得较大的基波电动势

B．保证三相电动势对称

C．尽量削弱谐波电动势，力求波形接近正弦形

D．考虑节省材料和工艺方便

2.关于削弱谐波电动势的方法，以下正确的说法是（）。

A．采用不均匀气隙，改善气隙磁场分布，使之接近正弦形

B．采用对称的三相绕组，消除线电动势中3及3的倍数次谐波

C．采用短距绕组，当y1等于τ-τ/ν时，可消除ν次谐波

D．采用分布绕组

1.交流绕组和直流绕组的根本区别是什么？

简答题1答案：直流电枢绕组是无头无尾的闭合绕组，对外是通过换向器和电刷连接的，各个支路在磁场中的位置不变，构成各支路的元件数不变，但元件号不断变化。而交流绕组是开启的，对外连接点永远固定。

2.试比较单层绕组和双层绕组的优缺点及它们的应用范围。

简答题2答案：单层绕组的线圈数是槽数的一半，因此绕线和嵌线的工时少；每个槽只有一个线圈，不需层间绝缘，槽利用率高。单层绕组一般都是整距绕组，不易采用短距来削弱谐波，电机的电磁噪音和铁耗较大，一般用于10kW以下的小型感应电机。单层绕组有同心式、链式、交叉式三种基本形式。双层绕组各线圈尺寸一样、嵌线方便、端部排列整齐，可灵活选择线圈节距以改善电磁性能和减少电磁噪音。双层绕组多用于大中型电机中。

3.脉振磁动势和旋转磁动势各有哪些基本特性？产生脉振磁动势、圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有什么不同？

简答题3答案：脉振磁动势是指空间位置固定不动，但波幅的大小和正负随时间变化的磁动势；旋转磁动势是指合成磁动势矢量F在空间旋转的磁动势。产生脉振磁动势的条件是，绕组中通过单相交流电流。产生圆形旋转磁场的条件是：(1)绕组要多相对称；(2)通过的电流是多相对称电流，电流的相数与绕组的相数相同。产生椭圆形旋转磁场的条件是：通过的电流不对称或绕组不对称。

4.把三相异步电动机接到电源的三个接线头对调两根后，电动机的转向是否会改变？为什么？

简答题4答案：会改变。因为任意两根线对调后，三相电流的相序改变了，而旋转磁动势总是从超前电流相绕组轴线转到滞后电流相绕组轴线，因此旋转磁动势的转向与原来相反，所以电动机的转向会改变。

5.一台50Hz的三相电机，通入60Hz的三相对称电流，如果电流的有效值不变、相序不变，试问三相合成磁动势基波的幅值、转速和转向是否会改变？

简答题5答案：定子绕组磁场的转速n1等于60f/p。由于频率有50Hz变为60Hz，故转速会上升为原来的1.2倍。由于相序不变，故转向不变。由于电流有效值I不变，故三相合成磁动势基波的幅值不变。

异步电机1

1.异步电动机的转差率为s小于0时，电机运行于（）状态。

A.发电

2.一台三相异步电动机，在额定转速下运行，nN等于1470r/m，电源频率f1等于50Hz，转子电流的频率是（）。

A.1Hz

3.异步电动机转子进行绕组折算的原则是（）.

C.保持转子绕组磁势不变

1.什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步电机的运行状态？

简答题1答案：转差率为同步转速n1与转子转世转速n之差n-n1与同步转速n1的比值，用s表示，即s等于( n-n1)/ n1

当异步电机负载发生变化时，转子转差率随之变化，使得转子导体的电势、电流和电磁转矩发生相应的变化。按转差率的正负、大小，异步电机可分为电动机、发电机、电磁制动三种运行状态。当0小于n小于 n1，即0小于s小于1时，异步电机运行在电动机状态；当n1小于 n，即s小于0时，异步电机运行在发电机状态；当n小于0，即s大于1时，异步电机运行在电磁制动状态。

2.有一绕线转子异步电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率为f 1，旋转磁场相对于转子以n1等于60f1/p(p为定、转子绕组极对数)沿顺时针方向旋转，问此时转子转向如何？转差率如何计算？

简答题2答案：按异步电动机的工作原理，转子交流电建立的磁场相对于转子顺时针旋转，企图带动定子同向选择，但定子不能动，反作用于转子，使转子以转速n反时针方向旋转。站在转子上观察，定子以转速n(n小于n1)顺时针旋转，磁场相对于定子以转差速度旋转，转差率的计算时一样的，即s等于( n-n1)/ n1。

3.为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多?

简答题3答案：当电源电压为额定电压时，忽略漏阻抗压降，主磁路磁通基本上为额定值。异步电动机与变压器的主磁路相比，由于有气隙，磁路磁阻大大增加，为了建立额定主磁通，异步电动机所需的励磁电流要大得多。

异步电机2

1.绕线转子异步电动机中，增加转子回路电阻，则最大电磁转矩将（）.

2. 三相异步电动机带恒转矩负载运行，如电源电压下降，电机的过载能力将（）。

C.下降

1.关于异步电机的特点，以下描述正确的是（）。

A.结构简单、运行可靠

B.制造容易、价格低廉、坚固耐用

C.有较高的效率和相当好的工作特性

D.不能经济地在较大范围内实施平滑调速，必须从电网吸收滞后的无功功率

2.异步电机的调速方法有（）。

A.变极调速

B.变频调速

C.转子回路串电阻调速

D.改变定子端电压调速

1.解释为什么异步电动机在全压起动时起动电流很大？

简答题1答案：异步电动机在起动时，对电源所呈现的阻抗接近于定转子漏阻抗之和，阻抗很小，所以在全压起动时，起动电流会很大。

2.异步电机正常运行时，铁耗主要存在何处?

简答题2答案：异步电动机正常运行时，转子的转速接近同步转速，磁场以同步速度切割定子铁心，以转差速度切割转子铁心，定子铁心中磁场交变的频率为电源频率，转子铁心中磁场交变的频率为电源频率为转差频率，转差频率很低，因此，铁耗主要存在于定子铁心中.

3.异步电动机长期处于轻载运行状态，有什么办法可以节能？

简答题3答案：异步电动机轻载运行，电流很小，电动机中的损耗主要为铁耗。铁耗与磁密、频率有关。频率由电网来决定。可以通过降压，来减小磁密，进而减小铁耗来节能。

同步电机1

1.同步电动机处于过励状态时从电网吸收（）性质的无功功率。

2.同步电机转速75r/min，50Hz，它的极对数p是（）。

B.40

3.测定同步发电机空载特性和短路特性时，如果转速降为0.95nN，频率f会（）。

C．下降

1.同步电机和异步电机在结构上有哪些区别？

简单题1答案：同步电机和异步电机的定子结构基本相同，其根本区别是同步电机转子侧装有磁极并通入直流电流励磁，因此具有确定的极性；异步电机转子安装的是交流绕组或笼型绕组，转子绕组或导条中的电流是感应产生的。

2.什么叫同步电机？怎样由其极数决定它的转速？试问75r/min，50Hz的电机是几极的？

简单题2答案：同步电机是转子转速和定子磁场基波转速（同步转速）严格同步的一种交流电机。同步电机转速与电流频率f和极对数p的关系为n等于60f/p。75r/min，50Hz的电机极对数是p等于40，即极数为2p等于80。

3.为什么现代大容量同步电机都做成选择磁极式？

简单题3答案：由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较为方便。电枢绕组电压高、电流大、容量大，放在转子上使结构复杂、引出不方便，故大容量电机将电枢绕组作为定子，磁极作为转子，为旋转磁极式。

同步电机2

1.在无穷大电网运行的同步发电机，当电流滞后于电压时，原动转矩不变，而逐渐增加励磁电流，则电枢电流（）.

B.增大

2.同步发电机与大电网并联运行，功率因数等于1，此时减小原动机的输入功率，励磁电流保持不变，则同步发电机将（）.

B.输出感性无功

1.同步电机的励磁方式有（）。

A.直流发电机励磁系统

B.静止式交流整流励磁系统

C.旋转式交流整流励磁系统

2.同步发电机的冷却方式有（）。

A.空气冷却

B.氢气冷却

C.水冷却

D.超导发电机

1.一台转枢式三相同步发电机，电枢以转速n逆时针方向旋转，对称负载运行时，电枢反应磁动势对电枢的转速和转向如何？对定子的转速又是如何？

简答题1答案：旋转电机稳定运行的基本条件是：定、转子磁动势保持相对静止。转枢式三相同步发电机定子上的励磁磁动势在空间上是静止不动的，当电枢以转速n逆时针方向旋转时，电枢磁动势必然以转速n相对电枢顺时针旋转，从而相对定子的转速为零，与定子励磁磁动势保持相对静止的关系。

2.同步发电机供给一对称电阻负载，当负载电流上升时，怎样才能保证端电压不变？

简答题2答案：同步发电机带电阻负载时，电枢反应性质是直轴去磁兼交磁。当负载电流上升时，电枢反应的去磁作用加大，同时定子漏抗压降增大，使得端电压下降。为了保持端电压不变，必须增加励磁电流。

3.一台同步发电机的气隙比正常气隙的长度偏大，Xd和ΔU将如何变化？

简答题3答案：气隙大则主磁路的磁阻大、磁导小，在其他条件不变的情况下，电抗正比于此路的磁导，因此Xd将减小。从同步发电机端口看，同步发电机相当于具有内阻抗的电压源，同步电抗变小，即电压源内阻抗变小，内阻抗压降变小，从而ΔU减小。