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1、考试卷 （A卷）课 程 名 称电机学考 试 学 期0 7 - 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
2、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 I k(1) 、Ik(2) 、Ik(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，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
3、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。112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
4、 = 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
5、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。（ 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2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
6、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+jIx q 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+jI dX d+jI qX q 作出 E0 的位置。（图中、式中的电压、电动势、电流均为相量）UI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
7、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。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。3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）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
8、，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） E0=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=1.7
9、7 ，功角 =29.8（ 3） E0=1.81， =23.5 42（ 10 分）一台他励直流电动机，UN =220V ，I N=100A ，nN =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=Ce n 求相对应的转速。满载电动势： E = U - I a ra 2U = 220 100 * 0.095 -2 =208.5 V(如不考虑电刷压降，则为210.5 V )
10、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=Ce nN E0= Ce 0 n0（ 1）不计电枢反应影响，则 = 0。 E0 : E = n 0: n，n0= n * E 0 / 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 = E 0 : 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 % )5