期末考试卷（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。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一原来磁通的变化。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之间。当可变损耗等于不变损耗_（或P = ：4）时，变压器效率达最大。 PkN3. 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一不对称尖顶波。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，使磁通近似为波，会在绕组中电动势波形严重畸变，产生过电压一危害线圈绝缘。6. 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 ,o8. 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。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. 设异步电动机磁场基波频率为f】，同步速为n】，转速为n，则气隙中的v次谐波磁场在定子绕组上的感应电势频率为乌，在转子绕组上感应电势频率为f -女。1 n 111. 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%，临界转差率一不变，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 1直接起动时的电流之比为吉。异步电机恒转矩变频调速K 2 A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 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）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）短路电流（A）三相功率（kW）I33413014II300124122. 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）附：参考答案or：1.答:Yd7:2.答：双层短距绕组可以等效为两个相位相差短距角B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：i = 0，i = I sin w t，i = -1 sin w t以b相绕组轴线为参考轴，则:b相磁动势基波fbi (t, x)=吃sinw tcos x.、 一.，2兀、c 相磁动势基波fci (t,x)=七 sin wtcos(x )(2 分)合成磁动势基波fi=fbi +fci2兀、=F sin wt cos x + F sin wt cos（ x 一）兀 兀=2 F sin wt sin( x -3) sin -3-=x3F cos(x + )sin wt mi 6合成磁动势为脉动磁动势，幅值为一相磁动势幅值的t3倍。4.答：异步电机的T-s曲线图中，A点为起动点3=0, 5=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Tl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5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5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5=5K1区 域内，电动机不能稳定运行。5.答：变压器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。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。S1500x103低压侧额定相电流I = _ni = 137.46( A)2削Uv3 x 6.3 x1032NI_p U6.3 x 103-3低压侧阻抗基值Z = 2nti = 26.46(0)2bi I137.462NIU3344 me短路阻抗Z .ki = _1.48(0)KIV3I3 x 130KIp14 x103短路电阻r = ki 0.28(0)KI3123 x1302KI短路电抗X =02 - r2 ,.1.482 - 0.282 1.45(0)Z1.48短路阻抗标幺值Z k = 0.0562bI r0.28 八.短路电阻标幺值r ki = 0.0112bIX1.45 c短路电抗标幺值x * zki = 26 46 0.0552bI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。TS1500x103高压侧额定相电流I = =-= 79.37( A)w 3U3 x 6.3 x103U6.3 x 103“ 八、高压侧阻抗基值Z = iNipu = 79.38(0)1N必I T TQ.CC短路阻抗Z = ffr = = 4.19(0)KI1I Ku124/弟p12 x103短路电阻r = 1 kii = = 0. /8(O)KI13123 x (12443)2KII短路电抗x=JZ2 - r2 = J4.192 - 0.782 = 4.12(0)Z4.19 CCE短路阻抗标幺值Z = Kfr = 0.053kii* Z79.38r0.78短路电阻标幺值r = kii = 0.0098kii* Z79.38x4.12八 c”短路电抗标幺值x = kii = 0.052kii*Z1bii79.18(2)已知功率因数则有cos 0 = 0.9sin0 = 0.4359略去励磁电流后等效电路参数r = r + r = 0.011 + 0.0098 = 0.0208=厂 +* . = 0.055 + 0.052 = 0.107U* = M = 0X)208 , u * = x* = 0.107则电压调整率U = (u cos0+ u sin0)x 100%=(0：0208 x 0.9+ 0.107 x 0.4358) x 100%=6.54%2.解：=60 f = 60 X 50 =1500(r/min)(1)同步转速n1 p 2p = p = 2.2kW, p = 0P = P + p + p + p 则电磁功率M N Cu1 ad mec=150 + 2.2 +1.1 + 2.6 = 155.9(kW)总的机械功率 P = % - pC 2 = 155.9-2.2 = 153.7(kW) 由p=(1 - s) pM得转差率s=0.0141 M则转速n=(1-s)=1479(r/min)(2)已求电磁功率P