吉林大学2012-2013学年《电机与拖动》期末考试及答案A卷 (A3版)

吉林大学
2012-2013学年《电机与拖动》
（考试时间90分钟，满分100分）
一、单选题：（将答案填入下表，每小题2分，共20分）
1、一台三相变压器S N=560KVA，U1N/U2N=10/0.4KV，Δ/Y-11接法，忽略励磁电流，负载运行时低压边线电流为808.3A，则高压边线电流为（）
A.18.67A
B.808.3A
C.32.33A
2、考虑磁路饱和影响时，他励直流电动机不改变励磁，空载电势E0与负载电势
E a间关系为（）
A.E a>E0
B.E a=E0
C.E a<E0
3、一直流拖动系统要求调速范围D=3静差率δ=30%，那么在n N以下调速
（n N=1500r/min，n0=1680r/min）应采取（）
A. 降低电源电压办法
B.电枢串电阻办法
C.弱磁
4、三相异步电动机定子绕组采用Y接，运行中若一相定绕断线，则定子三相基波合成磁势为（）
A. 旋转磁势
B. 脉动磁势
C.零
5、三相异步电动机定子加50H z交流电压，以S=0.02转差率运行，则转子电路频率为（）
A. 50Hz
B. 2Hz
C. 1Hz
6、三相异步电动机以s=0.02转差率运行时转子铜耗为0.5kw，定子通过气隙传递给转子的功率为（）
A. 24.5kw
B. 25kw
C. 5.1kw 7、绕线式三相异步电动机转子串对称电阻起动，可以做到（）
A.既减小起动电流，又减小起动转矩。

B.既增大起动电流，又增大起动转矩。

C.既减小起动电流，又增大起动转矩。

8、一台绕线式三相异步电动机拖动起重机主钩，当重物提升到一定高度时需要停在空中，若不使用机械制动措施，可以采用的办法是（）
A. 对调定子任意两出线端接电源。

B. 降低电动机电源电压。

C. 转子回路串入适当对称电阻。

9、带位能性负载以额定转速1450r/min运行的笼式三相异步电动机，定子绕组Y 接，现改为YY接，同时改变定绕通电相序。

则电机运行转速可能为（）
A. 1500r/min
B. 2900r/min
C. 2950r/min
10、三相六拍步进电动机的转子齿数为4，若输入频率为200Hz，转速为（）rpm。

A、400
B、500
C、1000
D、2000
二、判断题（将答案添入下表，每题1分，共10分。

正确选“√”，错误选“×”）
1、原绕额定电压为220V的单相变压器，若在原绕加220V直流电压，则变压器除付边无输出电压外，不会出现过热烧坏可能。

（）
2、电压互感器绝对不允许短路运行。

（）
3、改变他励直流发电机励磁电流的方向，可以改变其输出电压的极性。

（）
4、他励直流电动机拖动额定恒转矩负载正向电动运行，采用降压调速时，无论转速调到多大，稳速运行的电枢电流I a =I aN 。

（ ）
5、他励直流电动机带负载运行时速度减小，说明电动机处于制动运行状态。

（ ）
6、三相异步电动机以转速n 运行，其转子电流产生的磁势F 2相对于定子的旋
转速度为（n 1-n ）。

（ ）
7、绕线式三相异步电动机转子串电阻后，其临界转差率增大，最大转矩减小。

（ ）
8、三相异步电动机采用能耗制动停车时，定子绕组应加直流电压。

（ ） 9、拖动恒转矩负载运行的绕线式三相异步电动机，转子回路串入电阻后，电机转速将下降，过载能力也减小。

（ ）
10、三相异步电动机采用变频调速时，无论时基频（额定频率）以上，还是基频以下，均应采用U 1/f 1=常数的控制方式，以保证在调速时的主磁通不变。

（ ） 三、分析计算题（共70分）
1、一台他励直流电动机，额定数据为，KW P N 100=，V U N 220=，A I N 517=，
m in /1200r n N =，Ω=044.0a R 。

计算（14分）：
（1）额定负载时的电枢电动势； （2）固有机械特性方程式； （3）负载转矩N z T T 9.0=时的转速； （4）电压降到100V 时的转速。

2、一台直流他励电动机，P N =30 kW ，U N =440V ，n N =1000 r/min ，I N =78A ，电枢电阻R a =0.35Ω，电机拖动T z =0.8T N 阻抗性负载运行，已知电机最大允许电流I amax =2I N ，试计算（14分）：
（1）若采用反接制动停车，电枢应串入多大电阻？ （2）反接制动开始瞬间的电磁转距是多大？ （3）画出电动运行及反接制动的机械特性曲线；
（4）分析计算反接制动到转速为零时电机能否反转？
3、一台单相变压器，S N =20000kV A ，kV
U U N N 11/3220/21=
，f N =50赫，线圈为
铜线。

(12分)
空载试验（低压侧）：U 0=11kV 、I 0=45.4A 、P 0=47kW ；
短路试验（高压侧）：U k =9.24kV 、I k =157.5A 、P k =129kW ；试求（试验时温度为150C ）：
（1）折算到高压侧的“T ”形等效电路各参数（假定221k r r r ==；2
21k x
x x ==σσ）； （2）短路电压及各分量的百分值；
（3）在额定负载，)0(8.0cos 22<=ϕϕ时的电压变化率和副边端电压。

（4）在额定负载，)0(8.0cos 22<=ϕϕ时的效率。

： 姓名： 班级： 座号： 密 封 线 内 不 要 答 题
4、某三相变压器的联结图如下，画出其电动势向量图，确定其联结组别。

（8分）
5、某三相四极50Hz 笼型感应电动机额定数据为：U N =380V 、I N =30A 、n N =1455 r/min 。

采用变频调速，使带动T Z =0.8T N 恒转矩负载时转速为1000 r/min ，采用U/f=常数的控制方式。

试求：（12分） （1）此时的电源电压和频率？
（2）此时感应电动机定子的线电流（励磁电流忽略不计）。

6、试根据同步转速、最大转距、临界转差率、启动转距等讨论并画出调压调速时异步电动机的机械特性，据此说明调压调速的特点（10分）。

参考答案
一、单选题：（每小题2分，共20分）
二、判断题（将答案添入下表，每题1分，共10分。

正确选“√”，错误选“×”）
三、分析计算题（共70分）
1、（本题共14分）
（1）额定负载时的电枢电动势：（3分）
V R I U E a aN N aN 25.197044.0517220=⨯-=-=
（2）固有机械特性方程式（4分）
1644.01200
044
.0517220=⨯-=-=
N a aN N N e n R I U ΦC
T T n T C C R C U n N N
M e a
N e N 1705.02.133802-=⋅-=⋅Φ-Φ=
β
（3）负载转矩N z T T 9.0=时的转速（3分）
7.1213=⋅Φ-Φ=
a N
e a
N e N I C R C U n r/min
（4）电压降到100V 时的转速（3分）
0.4701644
.0044
.0517100=⨯-=Φ-=
N e a a C R I U n r/min
2、（本题共14分） （1）反接制动应串电阻：
4127.01000
35
.078440=⨯-=-=
N a aN N N e n R I U ΦC ；（1分）
反接制动开始前的感应电动势：
V R I U E a a N a 16.41835.08.078440=⨯⨯-=-=（1分）
Ω=-=-⨯+=-+=
15.535.050.535.078
216
.4184402a N a N z R I E U R （2分）
（2）反接制动开始瞬间的电磁转距：
Nm I C I C T a N e a N M 8.614)278(4127.055.955.9-=⨯-⨯⨯=Φ=Φ=（3分）
（3）电动运行及反接制动的机械特性曲线（略，3分）
（4）反接制动到转速为零时：
A R U I N a 8050
.5440-=-=-
=∑；（2分）
由于aN z a I I I =>，表示电动转矩大于负载转矩，电动机能反向启动。

（1分）
3、(本题共12分)
（1）折算到高压侧的“T ”形等效电路参数（6分）；
变压器变比：3
20
11322021=⨯==
N N U U k 励磁参数（已折算）：
Ω=⨯=⨯
=323054.4511000
3400002I U k Z m ； Ω=⨯=⨯
=30404.454700034002
2002I p k R m
Ω=-=6.321612
2m m m R Z X
短路参数：
Ω===
67.585
.1579240
k k k I U Z
Ω===
2.55
.157********k k k I p R
Ω=-=44.5822k k k R Z X
短路参数（换算到基准温度）：
Ω=++=++=
︒448.615
5.234)
755.234(2.5)75(75θααθk C k R R
Ω=+=︒︒8.58227575k C k C k X R Z
原副绕组参数（在75℃时，略）
（2）短路电压及百分值（2分）
： 姓名： 班级： 座号： 密 封 线 内 不 要 答 题
阻抗电压（短路电压）：
kV Z Z I U c k c k N k 258.93
/2202000075751=⨯=
⨯=︒︒
短路电压百分值：
%29.73
/220258
.9%100%1==⨯=
N k k U U U （3）在额定负载，)0(8.0cos 22<=ϕϕ时的电压变化率和副边端电压（2分）
6.0sin )0(8.0cos 222-=<=ϕϕϕ时，
A U S I N N N
5.157310
220102000033
11=⨯⨯==
%1001'
2
1⨯-=∆N
N U U U u =
%100sin cos 12
121⨯+=
N
k N k N U X I R I ϕϕ=-0.03704
kV U u U N 407.1111)03704.01()1(22=⨯+=∆-=
（4）在额定负载，)0(8.0cos 22<=ϕϕ时的效率。

（2分）
%7.98%100)cos 1(2
*
202*22
*
20=⨯+++-
=k
N k
p I p S I p I p ϕη
4、（本题共8分） 1）原边相量图（3分） 2）副边相量图（3分） 3）联结组别：Y/Δ-9（2分）
5、（本题共12分）
（1）此时的电源电压和频率（8分）
极对数：p=2；
同步转速：15001=n r/min
额定转差率：03.01500
1455
1500=-=
N S 固有特性上T Z =0.8T N 时工作点024.08.003.0=⨯==N
N N B
N
B T T T T S S B 点转速降落：m in]/[361500024.01r n S n B B =⨯=⨯= 变速后频率：][53.34601036
2601Hz pn f =⨯==
' 变速后电压：][4.26253.3450
380V f f U U N =⨯='⨯=
（2）感应电动机定子的线电流（4分）
][2411A I T T I N N
z
=⨯=
6、（本题共10分）。

调压调速时（4分）：
同步转速p
f n 1
160=不变； 临界转差率2
'2121
'
2)
(σ
σX X r r S m ++=
不变；
最大转距])([42
'212
1112
11σ
σπX X r r f pU m T m +++=与U 1成平方关系
减小；
启动转距]
)()[(22
'212'211'
2211σσπX X r r f r pU m T Q +++=也与U 1
成平方关
系减小。

异步电动机的机械特性如图（3分）
调压调速的特点（3分）：
恒转矩负载下，调速效果不明显；而用于通风机负载时能扩大调速范围。

低速时转差功率(S ×P M )很大，电机发热严重。

能实现平滑调速，且调压器相对变频器简单。