西南交大电气工程作业答案

电机与拖动II第1次作业

四、主观题(共5道小题)

12. 一个三相对称交流绕组，通以对称三相交流电时，会产生何种合成磁势？请写出其基

波磁势幅值表达式。如果绕组有一相断线又将产生何种磁势？

答：圆形旋转磁势；

；Y接断线产生脉振磁势，D接断线

产生椭圆旋转磁势。

13. 总结交流发电机定子电枢绕组相电动势的频率、波形和大小与哪些因素有

关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？

答：交流绕组感应电动势的频率与旋转磁场转速、电机极数有关；

其波形与磁势波形、电机结构相关；其大小与频率、绕组匝数、

磁场强弱有关。

14. 一台JQ2－52－6异步电动机，额定电压380伏，定子三角形接法，频率50Hz，额定功率7.5kw，额定转速960r/m，额定负载时

，定子铜耗474

W，铁耗231W，机械损耗45w，附加损耗37.5w，试计算额定负载时，（1）转差

率；(2)转子电流的频率；（3）转子铜耗；（4）效率；（5）定子电流。

解：（1）n1＝

（2）

（3）

w

（4）

（5）

15. 设有一台380伏、50Hz，1450r/m、15kw，三角形联结得三相异步电机，定子参数与转子参数如折算到同一边时可作为相等，阻的4倍，

，

，每相漏抗为每相电

，并且电流增减时漏抗近似为常数。试求：在额

定运行时的输入功率，电磁功率，总机械功率，各项损耗。

解： n1＝1500r/m ，U1＝380V

欧

所以Z＝

//

则

欧

A

所以

V

A

＝15.08

输入

A

kw

kw

＝673.56 w

kw

16. 一台三相四极绕线式异步电动机，工作频率50Hz，电机最大转矩倍数

，求：

,

1) 求电机的额定转速；

2) 当电机带恒转矩额定负载时，把电源电压下降20%，电动

机是否还能够运行？

解：

电机与拖动II第2次作业

四、主观题(共5道小题)

12. 一台三相4极异步电机，请指出电机分别以625r/min提升重物、以370 r/mi

n下放重物、以1527 r/min下放重物时处于何种运行状态？电磁转矩分别是什么性

质的？

答：电动机状态；发电机状态。

13. 异步电动机在起动和空载运行时，为什么时候功率因数很低？当满载运行时，功率

因数会提高？

答：异步电动机在起动和空载运行时输入的有功分量小，则无功分 量占大部分，故功率因数很低。当满载运行时，有功分量增加，

无功分量近似不变，所以功率因数会提高。

14. 一台三相四极笼型转子异步电动机，技术数据为：

,

,

,拖动

,

恒转矩负载运行。求：

1) 电动机的转速；

2) 电源电压下降20%时电动机的转速； 3) 频率降低到35Hz、保持

不变时电动机的转速。

解：

保持E1/f1为常数时, 电机?n 为常数。

15. 三相绕线式异步电动机，额定功率额定电流转子额定电流

，额定电压

，电机最大转矩倍数

，额定转速，转子额定感应电势

，，

，Y接，电机带额定负载。，则应串多大的起动电

试求：电机采用转子回路串电阻起动，要求起动转矩

阻？

解：

16. 一台定子绕组为Y接的三相六极绕线式感应电机，额定数据为：额定功率

，额定电压，

漏电抗

，额定频率

，定、转子电阻

，额定转速，定、转子

,忽略励磁阻抗。电机带额定位能负载，求：

（1）如果需要以

的速度提升重物，则须在转

子回路中串入多大的电阻？

（2）如果在转子回路中串入0.6Ω的电阻，则此时电机的

转速为多少？

解：

电机与拖动II第3次作业

四、主观题(共9道小题)

7. 同步电机在对称负载下运行时，气隙磁场由哪些磁势建立？它们各有什么特点？

答：气隙磁场由转子磁势、定子磁势共同建立。其中转子是直流励

磁，定子是三相交流绕组产生的旋转磁势。

8. 什么叫同步电机？其感应电动势频率和转速有何关系？怎样由其极数决定它的转速？

答：同步电机的旋转磁场转速与电机转速相等，

。

9. 同步发电机的功角在时间和空间上各有什么含义？

答：同步发电机的功角在时间是感应电势与端电压的夹角，空间是气隙

磁动势与励磁磁动势的夹角。

10. 试比较ψ、、δ这三个角的含义，同步电机各种运行状态分别与哪个角有关？角的正、负

又如何？

答：内功率因数角ψ是电动势与电枢电流的夹角，功率因数角是表示

负载性质，功角δ是电动势与端电压的夹角。同步电机的运行状态与功角有关，为正时是电动机状态，为负时是发电机状态。

11.隐极同步电动机在额定情况下运行时，θN＝25

0

。

1)若频率下降5％，负载转矩保持不变；

2)若频率、电压同时下降5％，负载转矩保持不变。求两种情况下功角如何变化。

解：功角特性

矩角特性其中

,

,

12. 有一台PN＝72500kw，UN＝10.5kV，Y接，参数为：

，

滞后的水轮发电机，

，忽略电枢电阻。试求额定负载下发电机励磁电势

与

的夹角。

和

解：先以为参考，，则

所以

与

再以

的夹角

为参考向量，则

所以

故

KV

13.电动机选择的一般原则是什么？

答：1）满足性能要求，性能指标不用超前太多，正好满足要求为上。

2）最经济合理，包括一次投资费用、使用费用、维护费用。

3）技术领先性，体现个性。

14.一台同样的电动机，在下列条件下拖动负载运行时，为充分利用电动

机，它的输出功率是否一样？哪个大？哪个小？

1)自然冷却，环境温度40?C； 2)强迫通风，环境温度40?C；

3)自然冷却，高温环境。

答：输出功率不一样。强迫通风、环境温度40?C时输出功率大，自然冷

却、高温环境时输出功率小。

15. 电机运行时温升按什么规律变化？两台同样的电动机，在下列条件下拖动负载运行，它们的

起始温升、稳定温升是否相同？发热时间常数是否相同？

1)相同负载，一台环境温度高于另一台；

2)相同负载，相同环境，一台未运行，一台运行刚停下又接着运行；

3)相同环境，一台满载，一台半载；

4)同一房间内，一台自然冷却，一台用冷风吹，都是满载运行。

答：电机运行时温升按指数规律变化。

1）起始温升相同、稳定温升相同，发热时间常数相同； 2）起始温升不同、稳定温升相同，发热时间常数相同； 3）起始温升相同、稳定温升不同，发热时间常数相同； 4）起始温升相同、稳定温升不同，发热时间常数不同。

电机与拖动II第4次作业

四、主观题(共3道小题)

5.

较大。

全数字法：采集信号后，所以计算均有微型计算机完成，方便、准确，对计算机计算要求较高

13. 按导电载流子种类，电介质的电导可分为哪些类型？举例说明。

（1）电子电导（包括空穴电导）：载流子是带负电荷的电子（或带正电荷的空穴）。 （2）离子电导：载流子是离解了的原子或原子团（离子），它们可以带正电荷，也可以带负电

荷，如Na、

Cl、(OH)等。离子导电时，伴随有电解现象发生。

（3）胶粒电导：载流子是带电的分子团即胶粒，如油中处于乳化状态的水等。

+

－－

14. 说明气体电介质的电导特性。

常温、常压下的气体在较低电场强度下都是优良的绝缘体，能够通过气体的电流极其微弱，只有

采用很高灵敏度的静电计才能检测出来（j < 10－14A/m）。

气体中载流子的浓度与外界影响因素密切相关，如气体受到光、热、辐射等外因作用时，分子发生电离而产生正、负离子对；或由于光、热、辐射作用使阴极发射出电子。显然，气体中载流子浓度

的大小主要取决于光、热、辐射等电离源的强弱。

2

15. 列表说明运行中35kV、110kV、220kV、500kV油纸型高压套管在20℃时 tanδ 的规定值（％）

16. 什么是GIS

SF6封闭式组合电器（气体绝缘金属封闭开关设备）是将断路器、隔离开关、快速接地开关、电流互感器、避雷器、母线、套管和/或电缆终端等电气元件封闭组合在接地的金属外壳中，以SF6气体作为绝缘介质，简称GIS，

其作用相当于一个开关站。

17. 简述真空断路器的优点，及其主要应用场所。

不爆炸，低噪声，体积小，高可靠性，检修周期长。35kV级以下（含）

电压等级中占主导地位。

18. 简述局部放电测量的脉冲电流法。

此法测量的是视在放电量。当发生局部放电时，试品两端会出现一个几乎是瞬时的电压变化，在检测回路中引起一高频脉冲电流，将它变换成电压脉冲后就可以用示波器等测量其波形或幅值，由于其大小与视在放电量成正比，通过校准就能得出视在放电量(一般单位用pC)。此法灵敏度高、应用广

泛。

19. 说明相对产气速率如何作为变压器故障判断的依据？

相对产气速率 即每运行一个月(或折算到月)，某种气体含量增加原有

值的百少数的平均值，按下式计算

相对产气速率也可以用来判断充油电气设备内部状况。总烃的相对产气速率大于10％时，应引起注意，但对总烃起始含量很低的设备不宜采用此判

据。

需要指出，有的设备其油中某些特征气体的含量若在短期内就有较大的增量，则即使尚未达到阈值，也可判为内部有异常状况；有的设备因某种原

因使气体含量基值较高，但增长速率低，则仍可认为是正常。

20. 局部放电在线监测有哪些干扰？

1)线路或其它领近设备的电晕放电和内部的局部放电 2)电力系统的载波通信和高频保护信号对监测的干扰

3)可控硅整流设备引起的干扰

4)无线电广播的干扰。这种干扰也是连续的周期性干扰，其频率在5

00kHz以上。

5)其他周期性干扰。如开关、继电器的断合，电焊操作，荧光灯、雷

电等的干扰以及旋转电机的电刷和滑环间的电弧引起的干扰等，

这是一种无规律的随机性脉冲干扰。

21. 某变电站大批电容器爆炸或外壳变形，研究表明是由于受潮引起的，请叙述受潮引起爆炸的原因。

电气设备状态监测第2次作业

三、主观题(共14道小题)

1. 用实例加以说明极性电介质的特点及适用场合

无外电场作用时，分子的正电荷和负电荷中心不相重合，即分子具有偶极矩，称为分子的固有偶极矩。这种分子称为偶极分子或极性分子，由极性分子组成的电介质称为极性

电介质，如聚氯乙烯、纤维、某些树脂等。

2. 按照存在的形态，说明每一类电介质的用途。

A．固体电介质：多用于支撑绝缘；

B．液体电介质：具有流动性，可用于散热要求较高的场合，如变压器； C．气体电介质：与液体电介质相似，但其密闭性要求更高；其绝缘性能随气压而

变化；

D．真空电解质：真空绝缘主要应用于中压开关设备上，具有优良的绝缘性能和灭弧性能。采用真空作为开关灭弧介质，成本低、维修费用低、无爆炸危险，另外，由于灭弧室具有高真空度，空气分子十分稀薄，真空间隙的绝缘强度比常温下的空气和SF6

高得多。

3. 从极化、电导、放电等角度分析电介质损耗的产生过程及影响因素.

极化分为电子极化和松弛极化等，电子极化速度快，产生的损耗可以忽略；松弛极化主要由偶极子转向时分子之间的摩擦引起的，与电场速度、偶极子质量、温度等都密切相关，该极化只在交流电场下产生；电介质并非理想绝缘体，在电场作用下均有一定的电流通过，此为电介质的电导，电介质的电导越大，相同电压下产生的损耗就越大，受潮等绝缘缺陷都会使其增大，导致损耗增大；绝缘内部产生缺陷导致发生局部放电，电能以热和光的形式释放，导致损耗，而导致局部放电的原因较多，包括绝缘受潮，电

压偏高等因素。

4.

什么是固体电介质的本征离子电导

离子晶体点阵上的基本质点（离子），在热振动下，离开点阵形成载流子，构成离子电导。这种电导在高温下才比较显著，因此有时亦称为“高温离子电导”。

5. 电介质老化有哪些主要类型？

热老化、热氧化老化、光老化或光氧化老化、臭氧老化、化学老化、生物老化、疲

劳、高能辐射老化、电老化。

6. 叙述绝缘老化机理

热老化是材料在热等因素作用下，材料发生失重、相对分子质量降低、熔化、结晶

度与交联度变化等过程从而使性能下降的现象。通常所讲的热老化实际上包括：热老化、

热氧化老化、热脆化和氧化脆化等。

7. 简述放电对六氟化硫绝缘系统的破坏作用

电晕放电对SF6的作用极为轻微，不产生剧毒的S2F10；但电弧的作用很强烈，大电流电弧通道中的温度高达4000K，能使SF6分

解：

分解后绝大部分在70μs内复合还原。高温还能使电极金属汽化以

及生成极少量低氟化物与金属的化合物。 SF6分解产物对绝缘材料有影响，稳定性排列顺序为：

C－C，C－F，C－H＞酯基＞氨基＞缩醛＞含硅材料 含硅材料的稳定性最差，包括含玻璃纤维的浸渍材料、层压材料、含石英粉的各种涂料或浇注料、硅树酯和硅橡胶等都不能用在

充SF6的电气设备中。

8. 分别说明水树枝和电树枝老化对绝缘的破坏作用。

当绝缘中存在尖端电极时，施加电压后，在尖端处发生电场局部集中现象，并从该尖端长出树枝状痕迹，最后发展到击穿。从诱发树枝到击穿的全过程是树枝化老化。当针尖无气隙时，电树枝的诱发可能是先从尖端注入载流子或因局部（尖端附近）电击穿诱发电树枝。当尖端存在气隙时，可能与气隙放电有关，放电产生的带

电粒子的冲击作用和热作用引发电树枝。

水树枝是在电场和水联合作用下在高分子电介质中所产生的树枝状痕迹。诱发水树枝的外施电压比诱发电树枝的电压低得多，例如潜水电机绕组线的对地工作电压只有220V，就足以诱发水树枝，且诱导期极短，甚至没有诱导期。水树枝诱发后，往往由它进

一步发展为电树枝直至击穿。

9. 什么是绝缘纸的平均聚合度，为什么其可作为变压器寿命的判断依据？

变压器的寿命决定于振动和外电路短路时加在线圈上机械力和绝缘纸的老化破坏。由于热老化使绝缘纸的拉伸强度降低，而拉伸强度与绝缘纸的平均聚合度有着密切的关系。测定油中分解气体 (如前所述)的目的本就是测定绝缘纸平均聚合度降低的情况。例如，从正在使用的变压器中只要取得很少一点绝缘纸作为试验样品，通过测定纸的拉伸强度和绝缘纸的平均聚合度，就可以直接分

析得到变压器老化的程度。

10. 如何测定变压器的绝缘电阻？

绝缘电阻的测定是用来推定绝缘纸或绝缘油的吸湿和老化等情

况的简单试验方法。一般是使用1000V以上的绝缘试验器和绝缘电

阻测定仪，来测试线圈之间、线圈与地之间的绝缘电阻。

11. 绝缘子串电压分布有哪些测量方法？

①短路叉法：这是检测损坏绝缘子（又称零值绝缘子）最简便

的工具。

②电阻分压杆、电容分压杆法

③火花间隙检测杆法

12. 绝缘电阻测试能否很好判断套管、绝缘子是否具有裂纹？能否很好判断内部绝缘受

潮？

绝缘电阻测试不能很好判断套管、绝缘子是否具有裂纹；不能

否很好判断内部绝缘受潮。

13. 为什么在线监测中最常用的传感器是穿心式的电流传感器。

因为穿心式的电流传感器不会破坏电气设备的接线结构。

14. 说明电力设备维修的演变

事后维修（Break-down Maintenance）是当设备发生故障或其他失效时进行的非计划性维修。在现代设备管理要求下，事后维修仅用于对生产影响极小的非重点设备，有冗余配置的设备或采用其他检修方式不经济的设备。这种维修方式又称为故障维修。 预防性定期检修（Time-Based Maintenance）是一种以时间为基础的预防检修方式，也称计划检修。它是根据设备磨损的统计规律或经验，事先确定检修类别、检修周期、检修工作内容、检修备件及材料等的检修方式。定期检修适合于已知设备磨损规律的设备，以及难以随时停机进行检修的流程工业、自动生产线设备。 状态检修（Condition-based Maintenance）或预知维修（Predictive Maintenance）是从预防性检修发展而来的更高层次的检修体制，是一种以设备状态为基础、以预测设备状态发展为依据的检修方式。它根据对设备的日常检查、定期重点检查、在线状态监测和故障诊断所提供的信息，经过分析处理，判断设备的健康和性

能劣化状态及其发展趋势，并在设备故障发生前及性能降低到不允许极限前有计划地安排检修。这种检修方式能及时地、有针对性地对设备进行检修，不仅可以提高设备的可用率，还能有效降低检修

费用。它与预防检修相比较，带有很强烈的主动色彩。

电气设备状态监测第3次作业

三、主观题(共12道小题) 1. 说明用热老化试验确定绝缘寿命的步骤 A. 老化因子的选择 B. 试样确定与制作 C. 老化温度确定 D. 在规定温度下进行试样老化 E. 根据选择的老化因子，对老化后的试验进行测试 F. 分析 2. 绝缘是如何进行耐热分级的？ 在电工技术中，常把电机电器的绝缘结构或绝缘系统以及绝缘材料按 耐热等级分类。耐热等级由绝缘包括绝缘材料与绝缘结构在电机电器运行中允许的最高长期工作温度决定。

3. 说明电老化的分类 局部放电（电晕放电）老化、电弧放电老化和电痕化老化、树枝化老化。 4. 简述负电性气体的击穿特点。 对于具有较大电子亲和力元素的气体，即容易附着电子的气体，必须考虑负离子的形成对其放电过程的影响。一般来说，电子亲和力大的一些气体，如含卤元素的气体，其电离能远低于He等惰性气体，但其与空气的耐压比（相同pd时）却比He等惰性气体的大。C6H6等碳氢化合物气体，分子大，在温度与压力相同时电子平均自由行程小，其耐压比虽大于1， 但与CC14等气体相比，在分子自由行程相近时，后者的耐压比却高得多。表明这类气体耐压比高并非由于其电离能大、电子平均自由行程小的原因，而主要是由于电子亲和力大容易吸附电子生成负离子的原因。在这类气体中，由于SF6在性能上具有很多优点，因此在高压电气设备中得到广泛应用。 5. 绝缘纸和织物浸胶和浸油的目的是什么？ 填充绝缘纸中的气隙，提高电气强度。 6. 简述变压器绝缘结构 变压器绝缘可以分为内绝缘和外绝缘。

内绝缘是处于油箱中的各部分绝缘，这些绝缘是油、固体绝缘材料和二者的组合。外绝缘是空气绝缘，这是指套管上部对地和彼此之间的绝缘以及保护间隙。 内绝缘可以分为主绝缘和纵绝缘两种。主绝缘是某一绕组与接地部分以及与其它绕组间的绝缘。主绝缘由变压器的一分钟工频耐压和冲击耐压所决定。 处于绕组之外，连接绕组的各部分及绕组与套管的那些连接线本身的绝缘，称为引线绝缘，一般根据工频耐压试验电压而决定，但有时也要考虑冲击强度。 7. 简述单芯交联聚乙烯（XLPE）电缆的绝缘结构 如图所示。电缆内部半导电层、绝缘体、外部半导电层是由挤塑机进 行挤塑成型的。由于要连续制造厚绝缘电缆，需同时进行加热、冷却，故需80 m的高塔。

8. 请画出反接法测试高压套管介质损耗的示意图 ： 9. 变压器油中溶解故障气体的各组分中，电弧放电的特征气体是什么？用油中溶解乙炔判断变压器故障时，110kV变压器的注意值是5uL/L，而500kV变压器的注意值是1uL/L，说明为什么两者存在这么大的差异。 1)电弧放电的特征气体：C2H2 2)110kV变压器电压等级低；110kV变压器体积小，同样体积的故障体积表现出来的浓度要小得多。 10. 简要比较说明少油断路器、真空断路器、SF6断路器的优缺点。

（1）少油断路器：结构简单、制造容易、维护方便，但由于使用油作为绝缘介质，有发生火灾的危险，安全可靠性不是很高； （2）真空断路器：不爆炸、低噪声、体积小、高可靠性，检修周期长，但目前电压等级不是很高； （3）SF6断路器：体积小，占地面积小，运行安全，维护简单，技术比较先进，经济上比较优越，但为防止漏气，对工艺要求较高。 11. 请给出绝缘内部气隙局部放电的等值电路 12. 给出容性设备在线监测系统的原理图，并简单说明。 通过测试绝缘泄露电流和电压，采用傅里叶变化获得各自的相位，根据两者相位角的差即可获得介质损耗角正切。

现代电力电子技术第1次作业

四、主观题(共12道小题) 11. 电力电子技术的研究内容？

主要包括电力电子器件、功率变换主电路和控制电路。

12. 电力电子技术的分支？

电力学、电子学、材料学和控制理论等。

13. 电力变换的基本类型？

包括四种变换类型：（１）整流 ＡＣ－ＤＣ

（２）逆变 ＤＣ－ＡＣ （３）斩波 ＤＣ－ＤＣ （４）交交电力变换 ＡＣ－ＡＣ

14. 电力电子系统的基本结构及特点？

电力电子系统包括功率变换主电路和控制电路，功率变换主电路是属于电路变换的强电电路，控制电

路是弱电电路，两者在控制理论的支持下实现接口，从而获得期望性能指标的输出电能。'

15. 电力电子的发展历史及其特点？

主要包括史前期、晶闸管时代、全控型器件时代和复合型时代进行介绍，并说明电力电子技术的未来

发展趋势

16. 电力电子技术的典型应用领域？

介绍一般工业、交通运输、电力系统、家用电器和新能源开发几个方面进行介绍，要说明电力电子技

术应用的主要特征。

17. 电力电子器件的分类方式？

电力电子器件的分类

（１）从门极驱动特性可以分为：电压型和电流型 （２）从载流特性可以分为：单极型、双极型和复合型

（３）从门极控制特性可以分为：不可控、半控及全控型

18. 晶闸管的基本结构及通断条件是什么？

晶闸管由四层半导体结构组成，是个半控型电力电子器件，导通条件：承受正向阳极电压及门极施加

正的触发信号。关断条件：流过晶闸管的电流降低到维持电流以下。

19. 维持晶闸管导通的条件是什么？ 流过晶闸管的电流大于维持电流。

20. 对同一晶闸管，维持电流IH与擎住电流IL在数值大小上有IL______IH。

IL__〉____IH

21. 整流电路的主要分类方式？

按组成的器件可分为不可控（二极管）、半控（SCR)、全控(全控器件）

三种；

按电路结构可分为桥式电路和半波电路； 按交流输入相数分为单相电路和三相电路。

22. 单相全控桥式整流大电感负载电路中，晶闸管的导通角θ=________。

180o

现代电力电子技术第2次作业

四、主观题(共12道小题)

11. 单相全控桥式整流阻性负载电路中，晶闸管的移相范围________。

0-180o

12. 有源逆变产生的条件之一是：变流电路输出的直流平均电压Ud的极性必须与整流时输出的极

性___________，且满足|Ud|<|Ed|。

相反

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