专升本《电机学》.ppt

2011年电气工程系专 升本电机学 考试大纲解析 电机学专业课考试分数：60分 参考教材： 1电机学中国电力出版社 赵君有等编 ，第二版 2电机学中国电力出版社，胡虔生主 编，第二版 v考试题型： v一、填空题 v二、判断题 v三、选择题 v四、简答与作图题 v五、计算题 v电机学考试大纲 v一、变压器 v1掌握变压器的基本结构和基本工作原理、 额定值。 v2. 掌握变压器运行时的电磁关系、参数测定 方法、外特性和效率特性的计算. v3. 掌握三相变压器特点、变压器并联运行的 条件。 v4. 掌握不对称运行的分析方法及序阻抗的概 念、空载合闸和突然短路的分析方法及对变 压器的影响。了解其他变压器的结构特点和 工作特点。 v二、交流绕组、交流绕组电动势和基波 磁动势 v1. 了解交流绕组的构成原则和原理. v2. 掌握交流绕组基波电动势的计算及改 善电动势波形的方法. v3. 掌握单相和三相磁动势的性质。 v三、异步电动机 v1. 掌握三相异步电动机的基本结构、基 本工作原理、转差率的意义和额定值的 计算 v2. 掌握三相异步电动机的电磁关系、转 矩特性和工作特性. v3. 掌握起动、调速的方法和原理。 v4. 掌握在不对称电压下工作对电机的影 响，掌握单相异步电动机的结构特点和 工作原理及起动方法。 v四、同步发电机 v1. 掌握同步发电机的基本工作原理和额定值。 v2. 掌握同步发电机的电枢反应的性质及对电机 的影响、同步发电机的电磁关系、运行特性及 参数求取的方法。 v3. 掌握并列的条件、功角特性及功率调节的方 法和原理，掌握静态稳定的判定方法及V 形曲 线。 v4. 了解磁链守恒定律，掌握三相突然短路时的 各电抗的意义及大小关系及突然短路电流对电 机的影响，了解不对称运行的分析方法及对电 机的影响，了解失磁、振荡的物理过程、表计 的变化及对电机的影响。 v五、直流电机 v1. 掌握直流电机的基本工作原理和额定值 ； v2. 掌握直流电机的励磁方式和电枢反应的 性质； v3. 掌握直流电机的电磁关系. v4. 掌握发电机的运行特性和电动机的工作 特性和运行性能。 大纲解析及例题分析 v一、变压器 v1掌握变压器的基本结构和基本工作原理 、额定值。 v例题 v1.电力变压器是一种静止的电机，它可以改变（ 电压 ） 和（ 电流 ），但不能变（ 频率 ）。 v2. 变压器型号SFP-63000/110,其中63000表示（ 变压器 的 额定容量 ），110表示（ 高压侧的额定电压 ） 。 v3.三相变压器的额定电流是指每相的相电流（ 错 ） v4.变压器一次线圈若接在直流电源上，二次线圈会有 稳定直流电压吗？为什么？ v答：不会。因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心 中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组 中产生感应电动势。 v5.变压器原、副方和额定电压的含义是什么？ v答：变压器二次额定电压U1N是指规定加到一次侧的 电压，二次额定电压U2N是指变压器一次侧加额定电 压，二次侧空载时的端电压。 2. 掌握变压器运行时的电磁关系、参数测定 方法、外特性和效率特性的计算. v例题 v1.根据变压器内部磁场的实际分布和所起的作用不 同通常把变压器的磁通分为（ 主 ）磁通和（ 漏 ）磁通，其中前者起（ 传递能量 ）作用， 后者起（ 电抗压降 ）作用。 v2.运行中的变压器，当电源电压下降，则主磁通（ 下降 ），空载电流（ 下降 ），励磁阻抗（ 增大 ），一次测绕组漏抗（ 不变 ），变比（ 不变 ）。 v3.与变压器主磁通大小无关的因素是（ 3 ）。 (1)电源电压； (2)电源频率； (3)铁心磁路的长度；(4)一次线圈的匝数。 v4.变压器空载电流比较小的原因是（ 3 ）。 v(1)一次绕组匝数多，电阻大； v(2)一次绕组漏抗大； (3)变压器的励磁阻抗大。 5. 一台2kVA，400/100V的单相变压器，低压侧 加100V，高压侧开路，测得I0=2A；P0=20W；当 高压侧加400V，低压侧开路，测得I0=0.5A， P0=20W。 6.一台SN=100kVA，U1N/U2N=6kV/0.4kV，Y， y0联结的三相变压器，I0%=6.5%，P0=600W ，us=5%，PSN=1800W，试求：（1）近似 等效电路参数标么值； （2）满载及cos2=0.8（滞后）时的二次端 电压和效率； （3）产生最大效率时的负载电流及 cos2=0.8（ 2 0）时的最大效率。 解：（1）由空载试验数据求励磁参数 励磁阻抗： 励磁电阻： 励磁电抗： 由短路试验数据求短路参数 短路阻抗： 短路电阻： 短路电抗： （2） （3） v3. 掌握三相变压器特点、变压器并联运行的条件 。 v例题 v1.三相组式变压器磁路彼此（无关）三相心式变 压器磁路彼此（相关） v2. Y，y接线的三相组式变压器由于相电动势波形 呈尖顶波而不被采用。 （ 对 ） v3. 变压器理想并联运行条件是什么？哪一个条件 要求绝对严格？ 答：变压器理想并联运行的条件有三条： v 各变压器一、二次侧的额定电压应分别相等， 即变比相同； v 各变压器的联结组别必须相同； v 各变压器的短路阻抗（或短路电压）标么值 Zk*（Uk*）相等，且短路阻抗角也相等。 v 第个条件要求绝对严格。 A * B* C* b* c* a* C B ayA bz xc AB ab Y,d7 4.用位形图法确定下列三相变压器的连接组别 v4. 掌握不对称运行的分析方法及序阻抗的概念、空 载合闸和突然短路的分析方法及对变压器的影响。 了解其他变压器的结构特点和工作特点。 v例题 v1.一组不对称的三相系统可以分解为（ 正序 ），（ 负序 ）和（ 零序 ）三组对称分量 。 v2. 电压互感器运行时二次侧不允许（ 短路 ），电流互感 器运行时二次侧不允许（ 开路 ）。 v3.在额定电压下，变压器突然短路电流约为额定电流的（ 2030）倍；而稳态短路电流约为额定电流的（ 1020 ）倍 v4.电力变压器空载合闸时会出现励磁涌流，这对电力变压器 是非常不利的。 （ 错 ） v5. 自耦变压器由于存在传导功率，因此其设计容量 小于铭牌的额定容量。（ ） v6.一组不对称三相电压，可以看成是（ 3 ）。 v（1）三组对称电压的叠加； v（2）三组相序不同的电压叠加； v（3）正序、负序和零序电压的叠加； v（4）三相谐波电压造成的。 考纲：二、交流绕组、交流绕组电动势和基波 磁动势 1. 了解交流绕组的构成原则和原理. 重点：（一）交流绕组构成原则（1）均匀原则（2）对称原则（3）电动势 相加原则 （二）绕组的几个基本概念 （三）三相单层绕组和三相双层绕组的构成原理 例题：1. 一台三相交流电机的电枢绕组共有36个线圈，每极每相槽数q=2 ，则双层绕组的磁极对数为( 3 ），单层绕组时电机的磁极对数为（ 6 ）。 2.交流三相对称绕组是指三相绕组的匝数和连接规律相同，但（ 2 ） （1）各相绕组轴线在空间依次错开120 （2）各相绕组轴线在空间依次错开120电角度 （3）各相绕组通入三相对称电流 （4）各相绕组通入三相交流电流 考纲：2. 掌握交流绕组基波电动势的计算及改善电动 势波形的方法. v重点：（一）交流绕组每相基波感应电动势的公式： v （二）短距系数分布系数的计算公式和物理意义 （三）改善电动势波形的四种方法 例题：1. 若一个整距线圈的感应电动势为10V，将其改为短距线圈后，其短距系数 为0.96，则其感应电动势为（ ）V。 10V； 1.96V； 9.6V； 10.4。 2.为了消除交流绕组中的5次谐波电动势，最有效的方法是采用节距（ ）的短距绕组，交流绕组要求接成Y形是为了消除（ 三次谐波的线电动势 ）。 3.整距集中绕组的基波绕组系数kw1=1 （ 对 ） 考纲：3. 掌握单相和三相磁动势的性质 v重点：（一）单相绕组通入交流电产生脉动磁动势 v （二）脉动磁动势的分解情况 v （三）三相基波合成磁动势的四个性质 v例题：1.单相绕组通入单相交流电产生旋转磁动势（错） v 2.单相绕组的脉动磁场其基波磁场可以分解为（ 幅值 ）大小 相等、 （ 转速 ）相同、 （ 转向 ）相反的两个圆形旋转磁场。 v 3.改变三相电流的相序可以改变旋转磁动势的转向。（对） v 4. 若在三相对称绕组中通入Iu=Imsint，Iv=Imsin(t+120)， Iw=Imsin(t-120)的三相电流，当t=210时，其三相基波合成磁动势的幅 值位于：（ ） u相绕组轴线上； v相绕组轴线上； w相绕组轴线上； 在三相绕组轴线之外的某一位置。 考纲：三、异步电动机 1. 掌握三相异步电动机的基本结构、基本工作原理、 转差率的意义和额定值的计算 重点：（一）三相异步电动机的基本结构（1）定子（2）转子（3）气隙 （二）三相异步电动机的基本工作原理（1）电生磁（2）磁生电 （3）电磁力 （三）转差率公式： 意义：体现电动机负载大小变化的物 理量 （四）异步电机的三种运行状态：（1）电动机（2）发电机（3）电磁制动 （五）三相异步电动机的额定功率计算 公式 v例题：1.三相异步电动机根据转子结构不同可分为（笼）型 和（绕线）型两种结构型式。 v 2. 简述三相异步电动机的基本工作原理。 v【答】 电生磁即定子产生旋转磁场：定子三相对称绕组 通入三相对称电流时，在电机气隙中产生一个旋转磁场，转 速为同步转速； v 动磁生电即转子导体产生感应电流：定子旋转磁场切割转 子导体，在转子导体中将产生感应电动势，并在闭合的转子 绕组中产生感应电流； v电磁力定律并形成电磁转矩：载有感应电流的转子导体处 在定子磁场中受到电磁力作用，对转轴形成足够大的电磁转 矩，其方向与定子旋转磁场方向一致，转子在该转矩作用下 便顺着旋转磁场的方向旋转起来。 v3.三相异步电机的三种运行状态是：电动机状态、（ 发电机 ）状态和（ 电磁制动 ）状态，其中当 时处于（ 电磁制动 ）状态，在（ 电动机 ）状态时，电磁转矩为驱动性质。 v4. 一台八极三相异步电动机 ，求：（1）电机的额定 转速为多少？（2）在额定状态时改变电源相序，求反接瞬间时的转 差率？ v解：（1） v v （2）由于电源相序改变，所以n1反相，所以 v v 考纲：2. 掌握三相异步电动机的电磁关系、转矩特性 和工作特性. v例题 v1.一台六极三相异步电动机接于的三相对称电源，其s=0.03，则转子转 速为（970 ）r/min，转子旋转磁场相对定子的转速为（ 1000 ）r/min ，定子旋转磁动势与转子旋转磁动势的相对速度为（ 0 ）r/min。 v2.三相异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则最大电磁转 矩Tm（ 下降 ）、Sm临界转差率（ 不变 ）、转子电流I2（ 增大 ）、电机的转速n（ 下降 ）。 v3.三相异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降5%，电机稳定后 ，（ 3 ） v（1）电磁转矩下降，定子电流增大； （2）电磁转矩下降，定子电流 减小； v（3）电磁转矩不变，定子电流增大； （4）电磁转矩不变，定子电流 减小。 v4.三相异步电动机转子不动时转子绕组电流的频率与定子电流的频率相 同。 （对 ） v5.三相异步电动机的功率因数是既可以超前也可以滞后的。（错） v6. 三相异步电动机中的附加电阻的 物理意义是什么？能否用电感 或电容来代替，为什么？ v答：三相异步电动机等效电路中的附加电阻实为代表机械负载的一个虚 拟电阻，用转子电流在该电阻所消耗的功率来等效代替总机械功率（包 括轴上输出的机械功率和机械损耗等）. v 因输出的机械功率及机械损耗等均属有功性质，因此，从电路角度 来模拟的话，只能用有功元件电阻，而不能用无功元件电感或电容来等 效代替。 2. 已知一台三相50Hz绕线式异步电动机，额定数据为:PN= 100kW，UN=380V，nN=950r/min。在额定转速下运行时，机械 损耗Pmec=0.7kW，附加损耗Pad=0.3kW。求额定运行时的:（1） 额定转差率sN；电磁功率Pem；（3）转子铜损耗PCu2；（4）输 出转矩T2；（5）空载转矩T0；（6）电磁转矩Tem。 解：（1）额定转差率sN 由 ，得： 取p=3 第四章 三相异步电动机 所以 （2）电磁功率Pem 所以 （3）转子铜损耗PCu2 （4）输出转矩T2 （5）空载转矩T0 （6）电磁转矩Tem 考纲：3. 掌握起动、调速的方法和原理。 v例题： v1.三相异步电动机变换起动适用于运行时定子绕组为（ 角形 ）接 线的电动机，此时起动电流为直接起动电流的（ 1/3 ）倍，起动转 矩为直接起动时的（ 1/3 ）倍。 v2.三相异步电动机的变极调速属于有级调速，在变极的同时应当（改变 定子绕组的相序），该调速方法只适用于（笼）型异步电动机。 v3.简述鼠笼式异步电动机为什么起动电流大，而起动转矩不大？ v答：（1）起动时,定子旋转磁场切割转子绕组的转速很大,感应电势增大, 转子电流增大,定子电流(起动电流)增大。 v （2）起动时的转差率很大，使得转子电路的功率因数角很大，因此 功率因数很低，并且定子绕组漏抗很大，使定子感应电势很低，使主磁 通很小，因此起动转矩不大。 考纲：4. 掌握在不对称电压下工作对电机的影响，掌 握单相异步电动机的结构特点和工作原理及起动方法 。 v例题：1.如果电源电压显著不对称，三相异步电动机能否带额定负载长 期运行，为什么？ v答：不能，因负序电流大，产生很大的制动转矩，使电流剧增，温升过 高，长期运行容易使得电机绕组烧断。 v2. 三相异步电动机角型接线，起动时若绕组断了一相，能否起动？为什 么？若采用星型接线，运行时电源断了一线，电机能否继续旋转？为什 么？ v答：角形接线的绕组若绕组断了一相，当通电后，定子内会形成椭圆形 旋转磁场，可以使电机起动起来。而星形接线的电机，运行时若电源断 了一线，电机形成单相异步电动机的运行状态，因此依然可以继续运行 。 考纲：四 、 同步发电机 1. 掌握同步发电机的基本工作原理和额定值。 v例题： v1.我国大型汽轮发电机的极数为（2），转子转速为 （3000）r/min。 v2.同步发电机的转速n与频率f会严格的满足（ 正比 ）关系 v3.一台QFS-300-2的汽轮发电机，额定运行时会发 出多少（ 300000 ）kw的功率。 考纲：2. 掌握同步发电机的电枢反应的性质及对电机的影响、 同步发电机的电磁关系、运行特性及参数求取的方法。 v例题： v1.同步发电机电枢反应性质取决于（ ），当（ =0 ）时电枢反 应为交轴电枢反应，此时发电机的转速（ 下降 ），频率（ 下降 ） ，为了保持频率不变，应（增大输入转矩 ）。 v2.同步发电机的铁心饱和程度越大，同步电抗越（ 小 ）；电枢绕 组匝数越多，同步电抗越（ 大 ）；励磁绕组匝数越多，则同步电抗 （ 不变 ）。 v3.同步发电机的同步电抗是反映（电枢反应）磁通和（电枢漏磁通）的 等效电抗。 4.同步发电机的短路特性为一直线，这是因为在短路时电机的磁路（处于不 饱和状态）。 5. 同步发电机带容性负载时，其调整特性是一条：（ ） v 上升的曲线； 水平直线； 下降的曲线。 6.从电路和磁路两方面分析同步发电机带负载（0）后,端电压为什么会 下降? v答： 磁路：带0的对称负载电枢反应的性质有直轴去磁作用故端电压下降。 电路：带0的对称负载由于电机本身有阻抗压降的影响使端电压下降。 考纲：3. 掌握并列的条件、功角特性及功率调节的 方法和原理，掌握静态稳定的判定方法及V 形曲线。 v例题：1. 同步发电机准整步法投入并联运行的理想条件是什么？其中哪 个条件必须严格满足？ v【答】：并联运行的理想情况是： 发电机的端电压和电网电压大小相 等、相位相同； 发电机的频率和电网频率相等； 发电机的电压相序 和电网的电压相序相同。其中必须严格满足，否则不允许并联运行。 v2. 同步发电机功角的双重物理意义：一是（ ）和（ ）的时 间相角差；二是（ ）和（ ）的空间夹角 v3.并联于无穷大电网的汽轮发电机增加有功功率输出，保持无功功率不变 ，应调节（输入转矩 ）和（ 励磁电流 ），前者应（ 增大 ），后 者应（ 增大 ）（后两个空填增加或减少）。 v4并联于无穷大电网的同步发电机，运行于过励磁状态时，保持原动机 输出功率不变，增加励磁电流，则定子电流（ 增大 ）、功角（ 减小 ）、功率因数（ 减小 ）。 v5.并联于无穷大电网的同步发电机有功输出越大，功角越大 ，电机的静稳定性越好。 （ 错 ） v6.同步发电机欠励时比过励时运行稳定，轻载时比重载时运 行稳定。 （ 错 ） v7.将同步发电机V形曲线族的最低点连接起来，得到的是一条 v 的稍向右倾的曲线，请说明原因。以该曲线为 基准，右侧和左侧分别是发电机的什么状态？ v【答】：将同步发电机V形曲线族的最低点连接起来，得到的 是一条 v 的稍向右倾的曲线。这是因为随着有功功率输出的 增加，要保持 ，必须相应地增加励磁电流。以该 曲线为基准，右侧为过励运行状态，左侧为欠励运行状态。 v8.并联于无穷大电网运行的汽轮同步发电机，运行 于过励磁状态。欲保持有功功率输出不变，增加无 功功率输出，应如何调节？并作出调节前、后的相 量图。 增加励磁电流. 9. 一台与无穷大容量电网并联运行的汽轮发电机，其 SN=31250kVA，UN=10.5kV，Y接线，cosN=0.8（N 0o）， X t=7（Ra=0），试问： （1）发电机在额定状态运行时的功角 N电磁功率Pem，比 整步功率P syn及静态过载能力k M各为多少？ （2）若维持上述励磁电流不变，但输出有功功率减半时， 、Pem、Psyn及cos将为多大？ （3）在原额定运行状态下，将励磁电流增大10%（不计饱和 ）时，、Pem、cos及I将为多大？ 额定功率因数： 额定相电压： 空载相电动势： 功角： 解：（1）额定电流 电磁功率： 比整步功率： 过载能力： （2）电磁功率： 功角： 比整步功率： 无功功率： 功率因数： （3）电磁功率： 功角： 无功功率： 功率因数： 定子电流： 考纲：4. 了解磁链守恒定律，掌握三相突然短路时的各电抗的意义及大小 关系及突然短路电流对电机的影响，了解不对称运行的分析方法及对电机 的影响，了解失磁、振荡的物理过程、表计的变化及对电机的影响。 v例题：1.同步发电机下列关系正确的是（ 2 ）。 v（1）； （2）； v（3）； （4）。 2当具有阻尼绕组的三相同步发电机突然短路电流最大时，此时同步发电机的同 步电抗为（ 1 ） （1）直轴次暂态同步电抗 （2）直轴暂态同步电抗 （3） 直轴同步电抗 （4） 漏抗 3.同步发电机装设阻尼绕组，可以（ 2 ） （1）削弱负序磁场，减小振荡，使突然短路电流增大 （2）削弱负序磁场，减小振荡，使突然短路电流减小 （3）增强负序磁场，加大振荡，使突然短路电流增大 （4）增强负序磁场，减小振荡，使突然短路电流减小 考纲：五、直流电机 1. 掌握直流电机的基本工作原理和额定值； v例题： v1.直流电机实质上是一台具有（换向）装置的交流电机，直 流发电机的换向装置的作用是（ 将电机内部交流电转换为外 部的直流电），直流电动机换向装置的作用是（将电机外部 直流电转换为内部的交流电）。 v2.直流电动机PN=15kW，UN=110V，nN=1500r/min， N=0.85，其额定运行时电网输入的电功率为（ 17.68 ） kw，额定电流IN=（ 160.4 ）A 考纲:2. 掌握直流电机的励磁方式和电枢反应的性质； v例题：1.直流电机的励磁方式有他励、并励、（ 串励 ）和（ 复励 ）四种方式。 v2. 直流电机电枢反应的定义是（电枢磁动势对励磁磁动势的 作用），当电刷在几何中的性线时，电动机产生（交轴）性 质的电枢反应，其结果使（气隙磁场发生畸变）和对（主磁 场起附加去磁作用），物理中性线逆电枢旋转方向偏移。 v3. 直流发电机电刷在几何中性线上，如果磁路不饱各，这时 电枢反应是（ ）。 v 去磁； 助磁； 不去磁也不助磁。 考纲：3. 掌握直流电机的电磁关系 v例题：1.