武大电气研究生试卷

第1页共15页武汉大学电气工程学科专业基础及专业试卷学号姓名身份证号及一考通号分数一、简单回答问题（每小题2分，共70分）（）1、直流输电与交流输电各有哪些特点？为什么要采用交直流混合输电？答：交流输电的特点：发电方便；通过变压器升压和降压，便于配送电；交流电源、交流变电站与同功率的直流电源、直流换流站相比，造价大为低廉。直流输电的特点：当输送功率相同时损耗小、造价低；电压、电流、功率的调节比较容易；没有电容电流；换流站造价高。采用交直流混合输电，既可以利用交流电可升压的好处进行高压输电，又可以利用直流输电降低线路，还可以实现交流系统之间的非同步联系，实现大区域电网互联。（）2、指出特勒根定理、诺顿定理、互易定理的表达式与物理意义。答：特勒根功率定理：在一个具有b条支路的电路中，如果支路电压为1u，2u，…，bu，支路电流为1i，2i，…，bi，且各条支路电压和支路电流的参考方向相关联，则在任何时刻都有bkkkbbiuiuiuiu12211.其物理意义是：在任何一个电路中，任一时刻，电路中各支路功率的代数和恒等于零。特勒根似功率定理：假设有两个具有n个节点，b条支路的电路N和Nˆ，分别由不同的二端元件构成，但它们的图完全相同；电路N的支路电压为1u，2u，…，bu，支路电流为1i，2i，…，bi，电路Nˆ的支路电压为1ˆu，2ˆu，…，buˆ，支路电流为1ˆi，2ˆi，…，biˆ，且各条支路电压和支路电流的参考方向相关联，则在任何时刻都有bkkkbkkkiuiu110ˆ0ˆ.没有物理意义。诺顿定理：任何一线性有源一端口网络N，对外电路而言可以等效为一个电流源0I和电导0G相并联的电路。eqscGGII00,，其中scI为一端口网络从外部短路时的端口电流；电导eqG是原网络第2页共15页内全部独立源置零时所得无源一端口网络的入端电导。互易定理：在不含受控电源的线性电路中，如果只有一个独立电源作用，当激励和响应互换位置时，同一数值激励所产生的响应在数值上不会改变。（）3、电气一次与二次系统如何界定？为什么说电流互感器副边不能开路？答：承担电能的输送和电能分配任务的高压系统是电气一次系统，承担对一次系统的电气设备进行监视、控制、测量和保护的系统是电气二次系统。若电流互感器副边开路，副边电流为零，那么二次电流产生的起去磁作用的磁动势消失，原边磁动势不变，原边被测电流全部成为励磁电流，使得铁芯中磁通剧增，铁芯严重发热烧毁设备。（）4、为什么继电保护和测量、计量要应用不同的电流互感器。我国电工仪表的精度分为几级？答：由于继电保护要求电流互感器具有较高的10%误差倍数，测量仪表要求电流互感器具有较低的最大二次电流倍数，它们对互感器的铁芯所提的要求截然不同，二者很难统一，故继电保护和测量、计量要应用不同的电流互感器。我国电工仪表的精度共分0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级。（）5、一个立方体的每一条边中串联1Ω的电阻，求出与中心对称的两个顶点之间的等值电阻。答：假设与中心对称的两个顶点为A、B，从A点流入的电流为I，根据分流原理与对称性，求得AB两点间的电压为65I，故等值电阻为65。（）6、三相交流电为什么可以应用相量表示？分析为什么380V的三相交流系统要有0线且0线还不能太细？答：由欧拉公式)sin()cos()(tjtetj，得到]2Im[]2Im[]2Im[)sin(2)(tjtjjtjeIeIeIetIi，其中IIeIj零线起回路作用。380V的三相交流系统不一定是带称负载，因此很可能出现不平衡电流，这时流过零线的电流为三相线电流之和，负载越不对称零线电流越大，最大可达到相电流。（）７、电路谐振有哪些谐振类型，各有哪些特征？导致谐振的原因有哪些，数学表达式？串联谐振与并联谐振有哪些特征？答：电路谐振有串联谐振和并联谐振。串联谐振是由于串联电路复阻抗的虚部为零，即01CL；第3页共15页并联谐振是由于并联电路复导纳的虚部为零，即0222CLRL。串联谐振特征：谐振时回路的阻抗最小，电阻电压等于电源电压，回路电流最大且与激励源同相，谐振时电容C上的电压与电感L上的电压相位相反、大小相等。并联谐振特征：支路电流比总电流要大，由电流源供电时，并联电路的端电压U会升得很高。（）８、模拟与数字的信号、电路、设备各有哪些特征？分别给出几种电路或者设备。答：模拟信号的时间和幅值都连续，模拟电路实现模拟信号的产生、放大、变换，模拟电路中的晶体管是工作在放大区，例如差分放大电路、正弦波振荡电路。数字信号的时间和幅值都具有离散性，数字电路是使输入输出的数字量之间实现一定的逻辑关系，数字电路中的晶体管是工作在饱和区和截止区，例如加法器、计数器。（）９、什么叫布线逻辑？什么叫可程控逻辑？各有什么特点？答：布线逻辑是通过用一定布线方法相连接的电路来实现的控制方式，可程控逻辑是利用可编程的器件，通过输入程序指令实现控制的方式。（没有查到相关资料，自己理解的）（）１０、电子电路里有几种反馈？各有什么特点？给出２种反馈电路。答：电子电路里有正反馈和负反馈、直流反馈和交流反馈、串联反馈和并联反馈、电流反馈和电压反馈之分。正反馈增强输入信号，负反馈削弱输入信号。直流反馈和交流反馈分别存在于电路的直流通路和交流通路中。串联反馈和并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式决定。电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定。电压串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路（）１１、指出自动控制理论中的PID的含义？给出其数学表达式并用图形描述。答：PID是指比例积分微分控制器，其输出信号)(tm与输入信号)(te和它的积分、微分成比例，即第4页共15页)()()()(0teKdtteTKteKtmptipp，控制器的传递函数为sTsTsTKssTKsGiiipipc)1()11()(2PID控制框图如下：（）１２、指出计算机系统中有几种总线？什么是内总线，什么是外总线？答：总线的分类方式很多，按功能可以分为地址总线、数据总线和控制总线；按数据传输方式分为串行总线和并行总线；按时钟信号是否独立分为同步总线和异步总线；按总线相对于CPU或其它芯片的位置可分为内部总线(InternalBus)和外部总线(ExternalBus)两种。内部总线，是指在CPU内部，寄存器之间和算术逻辑部件ALU与控制部件之间传输数据所用的总线；外部总线，是指CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备接口之间进行通讯的通路。（）１３、信号处理中DFT和FFT各有什么特点？应用小波分析有些什么优点？答：离散傅里叶变换DFT是把有限长序列作为周期序列的一个周期，对有限长序列的傅里叶分析，直接计算DFT的计算量与变换区间长度N的平方成正比。快速傅里叶变换FFT不断地把长序列的DFT分解成几个短序列的DFT，并利用旋转因子的周期性和对称性来减少DFT的运算次数。小波分析既有频率分析的性质，又能表示发生的时间，有利于分析确定时间发生的现象；多分辨率分析，有利于各分辨率不同特征的提取；比FFT要快一个数量级。（）１４、什么叫随机误差、系统误差、粗大误差?如何分别判别这三种误差？答：随机误差也称为偶然误差，是由于在测定过程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。随机误差的性质是：随着测定次数的增加，正负误差可以相互低偿，误差的平均值将逐渐趋向于零。系统误差是在一定的测量条件下，对同一个被测尺寸进行多次重复测量时，误差值的大小和符号（正值或负值）保持不变。系统误差的特点是测量结果向一个方向偏离，其数值按一定规律变化，具有重复性、单向性。第5页共15页粗大误差是指在一定的测量条件下，测得值明显地偏离实际值所形成的误差。（）１５、电机有哪些类型，指出同步电机和异步电机在结构和原理上有何区别？答：电机按电源可分为直流电机和交流电机，交流电机按结构又可分为同步电机和异步电机。同步电机由定子和转子两大部分构成，定子上有定子绕组，转子上装了主磁极和励磁绕组，主要作发电机，励磁绕组通以直流励磁电流建立起主磁场，由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源；异步电机主要用作电动机，异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，在空间产生旋转磁场，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。（）１６、变压器中性点有哪些接地方式，其等值电路如何？电力系统中应用的变压器有哪些主要的接线方式，给出原副边的相位关系。答：变压器中性点的接地方式：不接地、经小阻抗接地、经消弧线圈接地、直接接地。双绕组和三绕组变压器的等值线路：变压器主要的接线方式有：Yy联结：Yy0、Yy2、Yy4、Yy6、Yy8、Yy10，原、副绕组的线电势相位相差0°、60°、120°、180°、240°、300°；Yd联结：Yd1、Yd3、Yd5、Yd7、Yd9、Yd11，原、副绕组的线电势相位相差30°、90°、150°、210°、270°、330°（）１７、什么是同步电抗，其物理意义如何？什么是次同步振荡，产生原因和抑制措施如何?答：隐极同步电机的同步电抗ascXXX，代表由电枢电流引起的总电抗，包括电枢漏电抗和电枢反应电抗；凸极同步电机由于采用双反应法将电磁关系分解到d轴和q轴，故有一对同步电抗，分别为直轴同步电抗adsdXXX、交轴同步电抗aqsqXXX，分别表示两轴上的电枢电流第6页共15页引起的总电抗。（）１８、如何能够实现变频调速？其主要依据是什么？答：变频调速是通过改变电源频率调整电动机转速的连续平滑调速方法。三相异步电动机的转速公式为psfn)1(60，可见转速n与频率f成正比，只要改变电动机频率，就可以改变其转速。（）１９、柔性交流输电技术包括哪些基本内容？为什么要进行无功补偿？答：柔性交流输电技术FACTS的基本内容包括可控并联补偿装置、可控串联补偿装置以及统一潮流控制器。可控并联补偿包括静止无功补偿器SVC和静止调相器STATCOM，可控串联补偿包括可控硅投切串联电容TSSC和可控硅控制串联电容TCSC，统一潮流控制器UPFC将可控并联补偿和可控串联补偿融为一体。对电网进行无功补偿可以提高功率因数，从而提高输电能力，并可以改善系统稳定性和抑制系统振荡。（）２０、电能质量的含义是什么？保证电能质量有哪些措施？答：电能质量是指关系到供电、用电系统及其设备正常工作（或运行）的电压、电流的各种指标偏离规定范围的程度。衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。措施：制定出准确合理的负荷曲线，按照负荷需求合理发电；可以采用滤波器和无功补偿装置来消除谐波；采用灵活的调压、调频装置保证电压稳定等。（）２１、由电力电子器件组成的无功功率补偿装置可有几种电路方案？答：可控硅控制的电抗器TCR可控并联可控硅投切的电容器TSC补偿装置静止同步调相机STATCOM无功功率补偿装置可控并联可控硅投切串联电容TSSC补偿装置可控硅控制串联电容TCSC第7页共15页（）２２、什么是电力系统振荡，试描述其物理过程和分类，简要说明引起各类振荡的原因.答：电力系统中的电磁参量的振幅和机械参量的大小随时间发生等幅、衰减或发散的周期性变化的现象。表现为电力系统中发电机的转速、并列运行的发电机间的相对角度、系统的频率、母线上的电压、支路中的电流和功率产生波动、偏离正常值，振荡中心的电压有大幅度的跌落。同步振荡：系统在受到扰动以后，产生的振荡将在有限的时间内衰减，进而达到新的平衡的运行状态。非同步振荡：系统受到扰动后产生的振荡将导致系统中发电机同步运行的破坏，进而过渡到非同步运行状态。低频振荡：由于系统中发电机组的电联系相对薄弱，阻尼特性很弱，因而在快速励磁调节的作用下产生负阻尼，系统受到扰动后发生长时间不衰减的振荡。次周期振荡：由于大型发