2012年电气工程及其自动化电机学考试试卷及其答案

10. 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ν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
___
f1
f1n
n1
___________。
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。
问串入的电阻阻值是原转子电阻的多少倍？调速后的转
二、 简答题
1. 答： Yd7:
A
B
C
B
Dd4:
•
E AB
X
Y
Z
y
z
x
X
b
c
a
cx
Y
A
ay
C
•
b z Eab
y
z
x
A
B
C
BZ
•
E AB
X
Y
Z
y
z
x
c
a
b
AY
ay
•
CX
E ab
z
x
y
cx
bz
or：
A
B
C
X
Y
Z
BX
•
E AB
则电压调整率
U (ua* cos ur* sin ) 100% (0.0208 0.9 0.107 0.4358) 100% 6.54%
2. 解： （1） 同步转速
n1
60 f p
60 50 2
1500 (r / min)
pCu1 pCu2 2.2kW, pFe 0
则电磁功率 PM PN pCu1 pad pmec 150 2.2 1.1 2.6 155.9(kW)
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 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_________。
考 试 卷 （ A 卷）
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 ___0.5~0.6____ 之 间 。 当 ___ 可 变 损 耗 等 于 不 变 损 耗 _ （ 或
总的机械功率 Pi PM pCu2 155 .9 2.2 153 .7(kW)
由 得转差率
Pi (1 s)PM
s=0.0141
则转速
n=(1-s)n1=1479(r/min)
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）
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
I 2NI
SNI 1500103 137.46(A) 3U2NI 3 6.3103
低压侧阻抗基值
Z 2bI
U 2NI I 2NI
6.3103 / 137.46
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。
3 26.46()
短路阻抗 短路电阻
ZKI
U KI 3I KI
334 1.48() 3 130
rKI
pKI
3I
2 KI
14103 31302
0.28()
短路电抗
xKI
Z
2 KI
rK2I
1.482 0.282 1.45()
短路阻抗标幺值
Z KI*
Z KI Z 2bI
1.48 26.46
5. 答：
•
•
I1
I 2
r1
•
U1
x1
•
Im
r2
x2
rm •
•
•
E1 E2
U2
xm
变压器T形等效电路
•
•
I1
I 2
r1
•
U1
x1
•
Im
r2
rm •
•
E1 E2
xm
x2
r2
1
s
s
异步电动机T形等效电路
（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
0.78()
短路电抗
xKII
Z
2 KII
rK2II
4.192 0.782 4.12()
短路阻抗标幺值
Z KII*
Z KII Z1bII
4.19 79.38
0.053
短路电阻标幺值 短路电抗标幺值
rKII*
rKII Z1bII
0.78 79.38
0.0098
xKII*
xKII Z1bII
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）
1
c
os
(x
6
)
s
in
t
合成磁动势为脉动磁动势，幅值为一相磁动势幅值的 3 倍。
4. 答： 异步电机的 T - s 曲线
B
T
b〞 a’
b
a
A b’
a〞
+ ∞s
1
sK 0
-∞
电动机状态 电磁制动状态
发电机状态
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=0~sK 的区域为稳定运行区域，s=sK~1 的区域为不稳定运行区域。
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_______。
I1NII
S NII 3U1NII
1500103 3 6.3103
79.37(A)
Z1bII
U1NII I1NII
6.3 103 79.37
79.38()
短路阻抗 短路电阻
Z KII
U KII I KII
300 124 /
3
4.19()
rKII
pKII
3I
2 KII
12103 3 (124/ 3)2
b 相磁动势基波 fb1(t, x) Fm1 sin t cos x
c 相磁动势基波 合成磁动势基波
f
c1(t,
x)
Fm1
sin
t
cos(x
2 3
)
（2 分）
f1 f b1 fc1
Fm 1
sin
t
cos
x
[ Fm 1
sin
t
c
os(x
2 3
)]
2
Fm
1
sin
t
s
in(
x
3
)
sin
3
3 Fm
___
1
K
2 A
___________。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）
_ p0 ）___时，变压器效率达最大。 pkN
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