天大2020年秋学期考试《电机学》离线作业考核试题（答案）
电机学
要求：
一、 独立完成，下面已将五组题目列出，请任选其中一组题目作答，每人只答一组题目，多答无效，100分；
二、答题步骤：
1. 使用A4纸打印学院指定答题纸（答题纸请详见附件）；
2. 在答题纸上使用黑色水笔按题目要求手写作答；答题纸上全部信息要求手写，包括学号、姓名等基本信息和答题内容，请写明题号；
三、提交方式：请将作答完成后的整页答题纸以图片形式依次粘贴在一个Word
文档中上传（只粘贴部分内容的图片不给分），图片请保持正向、清晰；
1. 完成的作业应另存为保存类型是“Word97-2003”提交;
2. 上传文件命名为“中心-学号-姓名-科目.doc”;
3. 文件容量大小：不得超过20MB。
提示：未按要求作答题目的作业及雷同作业，成绩以0分记！
题目如下：
第一组：
1. 在凸极同步发电机中，Xad和Xaq哪一个比较大，为什么？
请问，对于异步电机和同步电机，两者在结构上有哪些区别？（20分）
2. 一台三相异步电机的极对数 、同步转速 、转子转速 、定子频率 、转
子频率 、转差率 、转子磁动势 相对于转子的转速为 ，试填写下表中的空格。（20分）
p n1/r∙min-1 n/r∙min-1 f1/Hz f2/Hz s n2/r∙min-1
1 50 0.02
2 1000 50
4 50 1
3、画出隐极同步发电机相量图，并标出 、 、 、功率因数角φ、内功率
因数角ψ，功角θ；（10分）
4、一台三相绕线型异步电动机，定子Δ形连接，其额定频率为50Hz，额定线电压UN=380V，额定转速nN=1430转/分，电机的参数为R1=0.2Ω， =0.2Ω， =1.0Ω， =1.0Ω，Xm=200Ω，Rm≈0。试求：（25分）
1） 电机额定工作情况下的：定子相电压，极数，同步转速。
2） 转差率、转子频率；
3） 临界转差率、最大电磁转矩；
5、一台三相隐极同步发电机并联在电网上额定运行，SN=3000kVA，线电压UN=6.3kV，定子Y形连接，cosφN＝0.707（滞后），同步电抗Xt＝ Ω，定子电阻忽略不计，且不考虑磁路饱和的影响。试求：（25分）
1）给出阻抗基值、电流标幺值、电压标幺值；
2）计算电机额定运行时内功率因数角ψ、功角θ、励磁电动势 ；
第二组：
1. 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度 。(20分)
2. 某绕线转子异步电动机，如果（1）转子电阻增加一倍；（2）转子漏电抗增加一倍；（3）定子电压的大小不变，而频率由50Hz变为60Hz，各对最大转矩和起动转矩有何影响？(20分)
3. 设有一三相电机，6极，双层绕组，星形接法，Z=54，y=7，Nc=10，a=1，绕组中电流f=50Hz，流入电流有效值I=16A，试求：旋转磁动势的基波、5次和7次谐波分量的振幅及转速、转向？(30分)
4. 设有一台50kVA，50 Hz，6300/400V，Yy连接的三相铁芯式变压器，空载电流I0=0.075IN，空载损耗p0＝350W，短路电压uk*＝0.055，短路损耗pkN＝1300W。(30分)
（1）试求该变压器在空载时的参数r0及x0，以及短路参数rk、xk，所有参
数均归算到高压侧，作出该变压器的近似等效电路。
（2）试求该变压器供给额定电流且cosθ2=0.8滞后时的电压变化率及效率。
第三组：
1. 定子绕组磁场的转速与电流频率和极对数有什么关系？一台50Hz的三相电机，通入60Hz的三相对称电流，如电流的有效值不变，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？(15分)
2. 直流电机的感应电动势与哪些因素有关？若一台直流发电机在额定转速下的空载电动势为230V（等于额定电压），试问在下列情况下电动势变为多少？(20分)
（1）磁通减少10% ；
（2）励磁电流减少10%（考虑磁路饱和）；
（3）转速增加20%；
（4）磁通减少10%，转速增加10%。
3. 试从物理意义上分析，若减少变压器一次侧线圈匝数（二次线圈匝数不变）二次线圈的电压将如何变化？(15分)
4. 设有一台10kV、2200/220V、单相变压器，其参数如下：r1=3.6Ω、r2=0.036Ω、xk=x1+x2’=26Ω，在额定电压下的铁芯损耗pFe=70W，空载电流I0为额定电流的5%。假定一、二次侧绕组的漏抗如归算到同一方面时可作为相等，试求各参数的标么值，并绘出该变压器的T形等效电路和近似等效电路。(30分)
5. 一台三相四极交流电机，定子三相对称绕组A、B、C分别通以三相对称电流iA=10sinωtA、iB=10sin(ωt-120)A、iC=10sin(ωt-240)A，求：(20分)
（1）当iA=10A时，写出各相基波磁动势的表达式以及三相合成磁动势基波的表达式，用磁动势矢量表示出基波合成磁动势的空间位置；
（2）当iA由10A降至5A时，基波合成磁动势矢量在空间上转过了多少个圆周？
第四组：
1. 什么采用短距和分布绕组能削弱谐波电动势？为了消除5次或7次谐波电动势，节距应选择多大？若要同时削弱5次和7次谐波电动势，节距应选择多大？(20分)
2. 一台笼型异步电动机，原来转子是插铜条的，后因损坏改为铸铝的，在输出同样转矩的情况下，下列物理量将如何变化？(20分)
（1）转速 ； （2）转子电流 ；
（3）定子电流 ； （4）定子功率因数 ；
（5）输入功率 ； （6）输出功率 ；
（7）效率 ； （8）起动转矩 ； （9）最大电磁转矩 。
3. 变压器连接组(20分)
1） 根据变压器接线图，画出高、低压侧电动势相量图，并判断其连接组；
2） 根据变压器连接组，画出接线图和高、低压侧电动势相量图。
4.一台三相四极异步电动机，PN=28kW，UN=380V，电源频率f1=50Hz，定子绕组△接线，额定运行时cos 1=0.88，pcu1+pFe=2.0kW，pcu2=1.5kW，pmec+pad=1.2kW，试计算此时转差率s，效率 N，定子电流I1及转子电流频率f2。(20分)
5.有一台三相汽轮发电机， ， ， 接法， （滞后），作单机运行。由试验测得它的同步电抗为 。电枢电阻忽略不计。每相励磁电动势为 ，试求分下列几种情况接上三相对称负载时的电枢电流值，并说明其电枢反应的性质：(1)每相是 纯电阻；(2)每相是 纯电感；(3)每相是 电阻电容性负载。(20分)
第五组：
1. 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？(20分)
2.普通笼型异步电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大而起动转矩不大？但深槽式或双笼电动机在额定电压下起动时，起动电流较小而起动转矩较大，为什么？
(20分)
3.一台交流电机，定子槽数Z＝24，2p＝4，y1＝5，a＝2，每槽导体数为8.
(30分)
1） 画出叠绕组展开图（只画一相）；
2） 每相绕组串联有效匝数；
3） 基波绕组系数及五次谐波绕组系数。
4.(30分)有一三相电机，Z=180，2p=10，a=1，y=15，每线圈匝数Nc=3，f=50Hz，基波每极磁通 m1=0.113Wb，Bm1：Bm3：Bm5=1:0.2:0.1，三相绕组星形接法，试求：
（1） 每线圈的感应电动势Ec;
（2） 每相绕组的感应电动势EΦ；
（3） 线电动势E1。
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