2012-2013学年电机学2试题A(含答案)

一、填空（每空1.5分，共36分）1．为了达到理想并联运行，各变压器应满足下列条件：（1）__________；（2）__________；（3）__________。答：各变压器的额定电压和电压比应相等各变压器的连接组号必须相同各变压器的短路阻抗的标幺值要相等、阻抗角要相同。2．一台笼型感应电动机，其转子导条由原来的铜条改成铸铝，则其最大转矩。答：不变3．双鼠笼异步电动机按起动和运行时的情况可将上笼称为_______。答：起动笼4，在异步电动机的绕线转子中串入适当的电阻，则电机的最大转矩将；电机的临界转差率将。答案：不变；上升(此题若回答：不变、增大也可以)5．一台频率为150fHz的三相感应电动机，用在频率为60Hz的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的，起动转矩变为原来的。答265，2656．并联于无限大电网运行的同步发电机调节有功功率必须调节__________________；仅调节励磁，改变的是同步发电机的____________功率。答原动机输入的机械功率无功7．同步发电机并网的条件是：（1）；（2）；（3）。答：发电机相序和电网相序要一致，发电机频率和电网频率要相同，发电机电压和电网电压大小要相等、相位要一致8.一台同步电机与大电网并联运行发电，适当增大电机输入的机械功率，则电机的功率角将______；增大电机的励磁电流（输入功率保持不变），则电机的功率角将______。（答案：增大；减少）9.一台同步发电机并联在大电网上运行。过励时电机输出______无功功率；欠励时电机输出______无功功率；正常励磁时电机输出______无功功率。（答案：感性；容性；零）(此题若回答：滞后、超前、零也可以)10．同步发电机与电网并联，如将发电机励磁电流减为零，此时发电机电磁转矩为。答：2qdU11m()sin22XXs11．两台容量不同、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的标幺值与成反比。答：短路阻抗标幺值12.同步发电机实用的并网方法有两种，分别是________和________。答：准确整步法自整步法13.同步补偿机的作用是。答：改善电网功率因数二、简答（1~4每题5分，第5题4分，共24分）1.联结组标号与一、二次电压都相同的变压器并联运行时，若短路阻抗标幺值不同，对负载分配有何影响？若并联运行的各变压器容量大小不同，为尽量提高设备容量利用率，则它们的额定容量与其短路阻抗标幺值最好满足什么关系？答：变压器并联运行时，按与短路阻抗的标幺值的倒数成比例的关系分配负载(2’)，短路阻抗小的先达到满载(1’)。为提高设备容量利用率，希望容量大得变压器短路阻抗的标幺值小些。(2’)2．感应电动机带负载运行，若电源电压下降过多，会产生什么严重后果？如果电源电压下降20%，对最大电磁转矩、起动转矩、转子电流、气隙磁通、转差率有何影响（设负载转矩不变）？答：最大电磁转矩和起动转矩与电压的平方成正比(1’)。如果电源电压下降过多，当起动转矩下降到小于负载转矩时，电动机不能起动。(2’)当最大电磁转矩下降到小于负载转矩时，原来运行的电动机将停转。如果电源电压下降20%，则最大电磁转矩下降到原来的64%，起动转矩也下降到原来的64%。磁通下降20%，不考虑饱和的影响时，空载电流也下降20%。在负载转矩不变的情况下，22cosI上升25%，定子电流相应上升，功率因数1cos上升，电动机的转速有所降低，s增大，ms不变。(2’)3.图1所示，一台并网的同步发电机，正常运行时运行于图中的A点，当原动机输入功率增大ΔP(ΔP为一微小扰动)时，该电机是否可以稳定工作；请分析加了扰动之后电机内相关量的变化情况。答：102?1?0()()2)’(ABMMMBBAAPPPPPP点：，转子加速，，电磁转矩产生增量，功率角增大。扰动消失后，，转子减速，达到原有的功率平衡4.同步发电机电枢反应性质由什么决定?答电枢磁动势的基波与励磁磁动势同转速、同转向，在空间上始终保持相对静止的关系，(2’)但电枢反应的性质取决于这两个磁动势幅值的相对位置，而这一位置与励磁电动势0E和电枢电流I之间的相位差，即角度有关，角由决定于负载的性质。当0E与I同相时，0，电枢反应为交轴电枢反应，交轴电枢反应使气隙合成磁场幅值增加，而其轴线从主极轴线逆转子转向后移一个锐角。(2’)当I滞后0E90时，电枢反应为直轴电枢反应，其性质完全是去磁的。当I超前0E90时，，也为直轴电枢反应，其性质完全是助磁的。一般情况下，900，此时的电枢反应兼有直轴去磁作用和交磁作用。(2’)5.试述下列参数的变化对同步电机的同步电抗的影响，并说明理由：（本题4分）（1）气隙减少；（2）电枢绕组匝数增加；（3）励磁绕组匝数增加。解：同步电抗是表征同步电机电枢反应强度的一个参数。(1’)（1）气隙减少则电机电枢磁路的磁阻也会减少，同样的电枢磁势产生的磁通会增加，所以同步电抗增加；(1’)（2）电枢绕组匝数增加，同样的电枢电流产生的磁势会增加，所以同步电抗增加；(1’)（3）励磁绕组匝数的变化对同步电抗没有影响。(1’)三、计算题（每题10分，共40分）1．三台变压器并联运行，其数据如下：变压器1：1000kVA，35/6.3kV，uk＝6.5％，Yd11联结；变压器2：1800kVA，35/6.3kV，uk＝6.5％，Yd11联结；变压器3：3200kVA，35/6.3kV，uk＝7.0％，Yd11联结；（1）试计算总负载为5500kVA时，各变压器所分担的负载；（2）在不使任一台过载的情况下，3台变压器所能供给的最大负载和每台的利用系数？解：已知1000NISkVA,10.065kZ，1800NIISkVA,0.065kIIZ，3200NIIISkVA,0.070kIIIZ。1100018003200887910.0650.0650.070IIINiNINIINIIIikikIkIIkIIISSSSZZZZ(2’)（1）忽略各变压器短路阻抗角的差别，总负载容量5500SkVA时，各变压器分担的负载容量的标幺值分别为155000.9530.06588791IIIINikIikiSSSZZ0.953IIISS155000.8850.07088791IIIIIINikIIIikiSSSZZ(2’)由此得各变压器供给的负载分别为0.9531000953IINISSSkVA0.95318001715IIIINIISSSkVA0.88532002832IIIIIINIIISSSkVA(2’)（2）因为短路阻抗标幺值小的变压器先达到满载，为不使任何一台变压器过载而有最大输出，应使1IIISS。(2’)由ePA图1111::::IIIIIIkIkIIkIIISSSZZZ得此时0.06510.92860.070kIIIIIkIIIZSSZ(2’)3台变压器供给的最大负载11000118000.928632005771INIIINIIIIINIIISSSSSSSkVAkVA(2’)2.一台三相50Hz笼式异步电动机，3NPkW，1380NUV，定子Y接法，定子额定电流16.81NIA，频率50Hz，额定转速957/Nnrm，起动时电机参数，12.08r，12.36x，21.735r，22.8x，1.03c试求：（1）直接起动时的起动电流倍数和起动转矩倍数；（2）若自耦变压器降压起动，自耦变压器的变比ke＝2，此时的起动电流倍数和起动转矩倍数为多少？（3）若定子串电抗器降压起动，降压值与（2）相同，其起动电流和起动转矩倍数时多少？（4）一般当应用Y－换接降压起动时，电网供给的起动电流和起动转矩减小为直接起动的多少？该电机能否应用Y－▲起动？解：（1）22''6.711212()()kcccZxxrr所以AZUIkNst7.3271.63380318.481.67.32IINst倍(2’)2'21122156.35'2[]1212()()stPmUrTfccxxrrN·m6029.942NNNPTnN·m起动转矩倍数1.88ststmNTkT(2’)（2）自耦变压器起动时，加在电机上的电压UUN5.0'所以IIstst5.0'故电网提供的起动电流倍数2.148.412'kkkstNAstN倍起动转矩倍数47.0488.1'()2kkkkstNstmstNstN(2’)(3)串电抗器起动：21''1UUNIIstst5.0''所以4.28.45.0''IIstst倍2''''0.47()stststststITkTI(2’)（4）Y－▲起动时，31UUstY而3131UUIIstYststY213()stYststYUTTU因为此时电机正常运行在Y接，所以不能采用Y－▲起动。(2’)3．一台三想隐极发电机与大电网并联运行，电网电压为380V，Y接法，忽略定子电阻，同步电抗1.2sX，定子电流69.51IA，相电势0278EV，sin0.8（滞后）。试求(1)发电机输出的有功功率和无功功率；(2)功率角和过载能力。解：输出有功功率23cos=338069.510.836.6emPPUIkWkW(2’)由0sinemsEUPmX得3036.61.210sin0.2393278220emsPXmEU(2’)功率角013.85(2’)无功功率3sin=338069.510.6var27.45varQUIkk(2’)过载能力114.18sin0.239pk(2’)4．有一台三相1500kW水轮发电机，额定电压是6300V，Y接法，额定功率因数8.0cosN（滞后），已知额定运行时的参数：2.21dX，7.13qX，电枢电阻可略去不计。试计算发电机在额定运行时的励磁电势。解：17.21cos321NNNNNNPUIUZ(2’)11**NddZXX646.01**NqqZXX43.20481.1)87.3690(646.01****qQXIjUE则3.5743.20N(3’)将参考向量改为QE，则有349.0937.043.201*jU90842.0sin*jId54.0cos*qI(2’)则******0qqddXIjXIjUE78.1646.054.0842.0349.0937.0jj故VVUEEN4.64743630078.13*00(3’)