电机学期末试题与答案解析
电机学Ｉ试题
（华南理工大学电力学院２００５．６）
姓名班级学号（指班内序号）成绩
注意： 1. 一、二、三题答案必须直接写在试题相应位置；
2. 四、五、六题写在答题纸上；
3. 不得自带草稿纸；
4．答题前必须在每页（包括答题纸和草稿纸）右下角写上自己的名字，才可拆开试卷。
一、填空（25分）
1. 电机是
装置。
2. 变压器绕组归算的原则是：在归算前后，不变；
不变。
3. 变压器的效率在达到最大值。
4. 为了使电动势波形接近正弦波，三相变压器比较好的绕组联结方法为：
。
5. 自耦变压器功率传递的特点为
。
6. 短距因数的物理意义为
。
7. 一相绕组的感应电动势计算公式为；其中的匝数N是指。
8. 对称三相绕组、通对称三相电流，产生的合成磁动势为圆形旋转磁动势。其旋转的规律为：
；其幅值为单相磁动势的倍。
9. 同步旋转磁场的转速n（转每分钟）、极对数p、电流频率f之间的关系为n= 。
10. 感应电机转子反应的物理意义为
。
11. 为了获得感应电机的T型等效电路，需要对转子绕组进行和归算。
13. 感应电机做堵转试验时，转子电流的频率为。
14. 感应电动机传递到转子回路的电磁功率P em，可以分割成转子铜耗p cu2、总机械功率（转换功率）P。二者同P em的关系为p cu2= ；P = 。
15. 同步电机的电枢反应是指
。
16. 同步发电机的空载特性是指：转子转速保持同步、电枢绕组开路时，
之间的关系。
17. 功角的含义是：从电路（电压）角度看，它是
之间的夹角；从磁场角度看，它是
之间的夹角。
18. 对于凸极同步发电机，已知电枢电流I、电压U、功率因数cos、X d、X q，求取励磁电动势E0时，需要利用一个虚拟电动势E Q来求取I和E0的夹角0。。19. 同步发电机机投入并网的条件为：1)相序相同；2) ；3)
。
二、正确的打“√”；错误的打“ ”（25分）
1. 变压器一次侧接额定电压不变，则负载的主磁通比空载的主磁通略
小。（）
2．如果变压器一次侧绕组与二次侧绕组的匝数比为k=N1/N2，则一次侧归算到二次侧时，电动势和电压要乘以k倍，电流乘以1/k倍，阻抗乘以k2
倍。
（）
3．考虑磁路的饱和时，如果变压器主磁通为正弦波，则产生主磁通励磁电流也是正弦波。（）
4．三相变压器绕组采用Y，d连接时，共有1、3、5、7、9、11六个组
号。（）
5．对称三相绕组通入对称三相电流时，除产生基波旋转磁动势外，还会产生3次、5次、7次、9次……等一序列的奇数次高次谐波旋转磁动势。
（）
6．对称三相绕组通入对称三相电流，当某相电流达到交流的最大值时，基波合成旋转磁动势波的幅值就将与该相绕组的轴线重合。
（）
7．只要电源电压不变，感应电动机的铁耗就基本不变。
（）
8．当感应电动机的定子接电源、转子短路堵转时，电机的电磁功率、输出功率和电磁转矩均为零。（）
9．对绕线型感应电动机，转子串电阻可以增大起动转矩；对笼型感应电动机，定子绕组串电阻可以增大起动转矩。
（）
10．对感应电动机，进行恒转矩变频调速，基本上要求电源电压随频率正比变
化。
（
）
11．若同步电机的气隙合成磁场超前于转子主磁场，则电机运行于发电机状
态。
（）12．对于隐极同步发电机，其同步电抗等于电枢反应电抗。
（）
13．通常同步发电机工作在过励状态，以便提供无功功率，改善电网的功
率。（）
14．变压器的额定容量单位为kW。
（）
15．考虑铁耗时，变压器的励磁电流同其产生的主磁通同相位。
（）
16．变压器的空载试验通常在高压侧加电压、测量。
（）
17．电角度＝机械角度×2p。
（）
18．双层叠绕组的最多并联之路数为２。
（）
19．正常空载运行的三相感应电动机，忽然一相断线，则必然停转。
（）
20．感应电动机的最大电磁转矩同转子电阻成正比。
（）
21．感应电动机的功率因数很高。
（）
22．同步发电机调节励磁就可以调节输出的有功。
（）
23．忽略电枢绕组电阻时，同步发电机的短路电流为纯直轴分量I d。
（）
24．忽略电枢绕组电阻、负载cos=0时，同步发电机的输出电流为纯交轴分量I q。
（）
25．单层绕组可以靠短距来消弱谐波。
（）
三、单选题（13分）
1．变压器在负载运行时，建立主磁通的励磁磁动势是。
A 一次绕组产生的磁动势
B 二次绕组产生的磁动势
C 一次和二次绕组产生的合成磁动势
D 以上都不对
2．一台三相电力变压器，二次侧带对称负载，且输出电压恰好等于其二次侧的空载电压，则该负载一定是。
A 纯电阻负载
B 电感性负载
C 电容性负载
D 无法判断
3．两台容量不同、变比和连接组别相同的三相变压器并联运行，则变压器所分担的容量之标幺值。
A 与短路阻抗成正比
B 与短路阻抗成反比
C 与短路阻抗标幺值成正比
D 与短路阻抗标幺值成反比
4．由定子对称三相绕组产生的次空间谐波磁动势，旋转速度。
A 等于零
B 是基波磁场转速的倍
C 等于基波磁场转速 D是基波磁场转速的倍
5．要消除三相绕组中的齿谐波磁动势，一般可以采用。
A 短距绕组
B 分布绕组
C 斜槽
D 无法消除
6．笼型感应电动机降压起动与直接起动时相比，。
A 起动电流、起动转矩均减小
B 起动电流减小、起动转矩增加
C 起动电流、起动转矩均增加
D 起动电流增加、起动转矩减小
7．三相感应电动机对称运行时，定、转子绕组的两个旋转磁场的关系为。
A 始终同步
B 相对定子反向
C 相对定子同向、但不同步
D 有时同步、有时失步
8．同步发电机并联运行，有功功率一定，则同步发电机的电枢电流最小。
A 过励时
B 正常励磁时
C 欠励时
D 励磁电流最小时
9．凸极同步电机负载运行时，电枢绕组产生的气隙电动势是由产生的。
A 转子主极磁动势和直轴电枢磁动势共同
B 转子主极磁动势和交轴电枢磁动势共同
C交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同
D 转子主极磁动势、交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同
10．汽轮发电机与水轮发电机的差别为。
A 汽轮发电机转子为凸极结构
B 水轮发电机转速快
C 汽轮发电机转子半径大
D 水轮发电机转子体积大
11．单相变压器U1N /U2N=220/110V，如果一次侧接380V，则主磁通将。
A 增大为380/220倍
B 不变
C增大为380/110倍 D 减小
12．单相变压器U1N /U2N=220/110V，一次侧加220V时，空载电流为１Ａ；今将一次、二次
侧绕组顺极性串联，外施330V电压，则空载电流为。
A 1A
B 2/3A
C 1.5A
D 3A
13．一台三相感应电动机，其空载转速为730转/分钟，则其极数2p= 。
A 2
B 4
C 6
D 8
四、简答题（15分）
1. 写出变压器的基本方程式（电压、磁势等）
2. 画出异步电机的T型等效电路、并标明各参数。
3. 画出凸极同步发电机的相量图（滞后功率因数时），并标明各相量、角度。
五、计算（14分）
1. 单相变压器I N＝15.15A，U1N/U2N＝6600/6300V，f＝50Hz，短路试验在高压侧进行（绕
I k=15.15A、P k=7490W。忽略励磁支路，假定R1= R’2、X1X’2，
组温度已经为75℃）：U
求R 1、X1、R2、X2。
2. 一台3相4极的绕线式感应电动机，n N=1450r/min，转子每相电阻R2=0.012。设
负载转矩保持为额定值不变，欲将转速从1450r/min降低到1050r/min，求转子回路应该串入的电阻。
（后附答题纸和草稿纸）
******************************************************************************* *********************************************
电机试题（参考答案）
一、填空（25分）
1. 电机是（一种进行机电能量转换或将一种电压、电流等级转换成另外一种电压、电流等级的）装置。
2. 变压器绕组归算的原则是：在归算前后，（一、二次侧容量、功率）不变；（一、二次侧绕组磁势）不变。
3. 变压器的效率在（铁耗与铜耗相等时）达到最大值。
4. 为了使电动势波形接近正弦波，三相变压器比较好的绕组联结方法为：（一、二次侧至少有一方为三角形联结，或有一方为星形带中性点接地联结）。
5. 自耦变压器功率传递的特点为（一、二次侧既有直接的传导功率传递，又有间接的电磁感应功率传递）。
6. 短距因数的物理意义为（元件短距时的电势同元件整距时的电势的比值）。
7. 一相绕组的感应电动势计算公式为（k E=4.44fN w1）；其中的匝数N是指（每相串联匝数）。
8. 对称三相绕组、通对称三相电流，产生的合成磁动势为圆形旋转磁动势。其旋转的规律为：（哪相电流达到最大值，旋转磁势的轴线就转到同该相绕组轴线重合）；其幅值为单相磁动势的（１．５）倍。
9. 同步旋转磁场的转速n（转每分钟）、极对数p、电流频率f之间的关系为n=（６０ｆ/ｐ）。
10. 感应电机转子反应的物理意义为（转子绕组电流的基波磁势对气隙磁场的影响）。
11. 为了获得感应电机的T型等效电路，需要对转子绕组进行（频率）和（绕组）归算。
13. 感应电机做堵转试验时，转子电流的频率为（定子电流频率）。
14. 感应电动机传递到转子回路的电磁功率Pem，可以分割成转子铜耗pcu2、总机械功率（转换功率）PW。二者同Pem的关系为pcu2=（ｓＰｅｍ）；PW =（(1-s)Pem）。
15. 同步电机的电枢反应是指（电枢电流的磁势对主极磁场的影响）。
16. 同步发电机的空载特性是指：转子转速保持同步、电枢绕组开路时，（端电压同励磁电流）之间的关系。
17. 功角的含义是：从电路（电压）角度看，它是（励磁反电势与端电压）之间的夹角；从磁场角度看，它是（主极励磁磁场同气隙合成磁场）之间的夹角。
18. 对于凸极同步发电机，已知电枢电流I、电压U、功率因数cos j、X d、X q，求取励磁电动势E0时，需要利用一个虚拟电动势E Q来求取I和E0的夹角Y0。（）。
19. 同步发电机机投入并网的条件为：1)相序相同；2)（频率相同）；3)（对应相的电压相等、且相位相同）。
二、正确的打“√”；错误的打“?”（25分）
1. 变压器一次侧接额定电压不变，则负载的主磁通比空载的主磁通略小。（√ ）
2．如果变压器一次侧绕组与二次侧绕组的匝数比为k=N1/N2，则一次侧归算到二次侧时，电动势和电压要乘以k倍，电流乘以1/k倍，阻抗乘以k2倍。（?）
3．考虑磁路的饱和时，如果变压器主磁通为正弦波，则产生主磁通励磁电流也是正弦波。（?）
4．三相变压器绕组采用Y，d连接时，共有1、3、5、7、9、11六个组号。（√）
5．对称三相绕组通入对称三相电流时，除产生基波旋转磁动势外，还会产生3次、5次、7次、9次……等一序列的奇数次高次谐波旋转磁动势。（?）
6．对称三相绕组通入对称三相电流，当某相电流达到交流的最大值时，基波合成旋转磁动势波的幅值就将与该相绕组的轴线重合。（√）
7．只要电源电压不变，感应电动机的铁耗就基本不变。（√/?）
8．当感应电动机的定子接电源、转子短路堵转时，电机的电磁功率、输出功率和电磁转矩均为零。（?）
9．对绕线型感应电动机，转子串电阻可以增大起动转矩；对笼型感应电动机，定子绕组串电阻可以增大起动转矩。（?）
10．对感应电动机，进行恒转矩变频调速，基本上要求电源电压随频率正比变化。（√ ）11．若同步电机的气隙合成磁场超前于转子主磁场，则电机运行于发电机状态。（?）12．对于隐极同步发电机，其同步电抗等于电枢反应电抗。（?）
13．通常同步发电机工作在过励状态，以便提供无功功率，改善电网的功率。（√）14．变压器的额定容量单位为kW。（?）
15．考虑铁耗时，变压器的励磁电流同其产生的主磁通同相位。（?）16．变压器的空载试验通常在高压侧加电压、测量。（?）17．电角度＝机械角度×2p。（?）
18．双层叠绕组的最多并联之路数为２。（?）19．正常空载运行的三相感应电动机，忽然一相断线，则必然停转。（?）20．感应电动机的最大电磁转矩同转子电阻成正比。（?）21．感应电动机的功率因数很高。（?）
22．同步发电机调节励磁就可以调节输出的有功。（?）
23．忽略电枢绕组电阻时，同步发电机的短路电流为纯直轴分量I d。（√）24．忽略电枢绕组电阻、负载cos=0时，同步发电机的输出电流为纯交轴分量I q。（?）25．单层绕组可以靠短距来消弱谐波。（?）
三、单选题（13分）
1．变压器在负载运行时，建立主磁通的激磁磁动势是 C 。
A 一次绕组产生的磁动势
B 二次绕组产生的磁动势
C 一次和二次绕组产生的合成磁动势
D 以上都不对
2．一台三相电力变压器，二次侧带对称负载，且输出电压恰好等于其二次侧的空载电压，则该负载一定是 C 。
A 纯电阻负载
B 电感性负载
C 电容性负载
D 无法判断3．两台容量不同、变比和连接组别相同的三相变压器并联运行，则变压器所分担的容量之标幺值 D 。
A 与短路阻抗成正比
B 与短路阻抗成反比
C 与短路阻抗标幺值成正比
D 与短路阻抗标幺值成反比
4．由定子对称三相绕组产生的次空间谐波磁动势，旋转速度 D 。
A 等于零
B 是基波磁场转速的倍
C 等于基波磁场转速D是基波磁场转速的倍
5．要消除三相绕组中的齿谐波磁动势，一般可以采用 C 。
A 短距绕组
B 分布绕组
C 斜槽
D 无法消除
6．笼型感应电动机降压起动与直接起动时相比， A 。
A 起动电流、起动转矩均减小
B 起动电流减小、起动转矩增加
C 起动电流、起动转矩均增加
D 起动电流增加、起动转矩减小
7．三相感应电动机对称运行时，定、转子绕组的两个旋转磁场的关系为 A 。
A 始终同步
B 相对定子反向
C 相对定子同向、但不同步
D 有时同步、有时失步8．同步发电机并联运行，有功功率一定，则 B 同步发电机的电枢电流最小。
A 过励时
B 正常励磁时
C 欠励时
D 励磁电流最小时
9．凸极同步电机负载运行时，电枢绕组产生的气隙电动势是由 D 产生的。
A 转子主极磁动势和直轴电枢磁动势共同
B 转子主极磁动势和交轴电枢磁动势共同
C交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同
D 转子主极磁动势、交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同
10．汽轮发电机与水轮发电机的差别为 D 。
A 汽轮发电机转子为凸极结构
B 水轮发电机转速快
C 汽轮发电机转子半径大
D 水轮发电机转子体积大
11．单相变压器U1N /U2N=220/110V，如果一次侧接380V，则主磁通将 A 。
A 增大为380/220倍
B 不变C增大为380/110倍 D
减小
12．单相变压器U1N /U2N=220/110V，一次侧加220V时，空载电流为１Ａ；今将一次、二次
侧绕组顺极性串联，外施330V电压，则空载电流为 B 。
A 1A
B 2/3A
C 1.5A
D 3A 13．一台三相感应电动机，其空载转速为730转/分钟，则其极数2p= B 。
A 2
B 4
C 6
D 8
四、简答题（15分）
1. 写出变压器的基本方程式（电压、磁势等）
答：
2. 画出异步电机的T型等效电路、并标明各参数。
答：
3. 画出凸极同步发电机的相量图（滞后功率因数时），并标明各相量、角度。
五、计算（14分）
1. 单相变压器I N＝15.15A，U1N/U2N＝6600/6300V，f＝50Hz，短路试验在高压侧进行（绕
I k=15.15A、P k=7490W。忽略励磁支路，假定R1= R’2、X1X’2，
组温度已经为75℃）：U
求R 1、X1、R2、X2。
答：Z k=U k/I k=3240/15.15= 213.861 ()
R k=P k / I k2 = 7490/15.152 = 32.633()
X k=sqr(Z k2 – R K2) = sqr(213.861^2-32.633^2)= 211.357()
R 1= R’2= R k/2 = 32.633/2 = 16.616()
X
1X’2X k/2 = 211.357/2 = 105.678()
k=6600/6300= 1.04762
R 2= R’2/k2= 16.616/1.047622 =15.140()
2 = 96.289()
X
2. 一台3相4极的绕线式感应电动机，n N=1450r/min，转子每相电阻R2=0.012。设
负载转矩保持为额定值不变，欲将转速从1450r/min降低到1050r/min，求转子回路应该串入的电阻。
答：因为感应电机的电磁转矩是的函数，当电压、频率等条件不变时，保持为常数，则电磁转矩恒定。因此让和s成正比变化，就可以进行恒转矩调速：
同步转速：n s=1500rpm
1450rpm时：转差率s1=(n s-n)/n s=(1500-1450)/1500=1/30
1050rpm时：转差率s2=(n s-n)/n s=(1500-1050)/1500=0.3
R add = 8R2 = 8×0.012=0.096（）
六、推导题（8分）
忽略电枢绕组的电阻，推导凸极同步发电机的功角特性表达式
答：不计电枢电阻时，同步电机的电磁功率为
P e≈mUI cosφ
由凸极同步发电机的相量图可知，故
P e≈mUI cos(ψ0–) = mUI(cosψ0cos+sinψ0sin) =
mU (I q cos+I d sin)
由相量图可知