《变压器与发动机》直流发电机的运行特性与特性分析（举一反三考点练）课后自测（卷2）

举一反三考点练 《变压器与电动机》直流发电机的运行特性与特性分析-课后自测 知识点一 并励发电机的空载特性与自励建压过程 1.（简答题）什么是并励发电机的空载特性？测试时需要注意哪些条件。 2. （简答题）为什么并励发电机的空载特性曲线与铁芯的磁化曲线形状相似。 3. （简答题）简述并励发电机自励建压成功的三个必要条件。 4. （简答题）为什么发电机的额定工作点通常选择在空载特性曲线的“膝部”。 5. （填空题）并励发电机自励建压是一个__________反馈过程，最初的“火种”是主磁极的__________。 6. （填空题）如果励磁回路的总电阻大于__________值，发电机将无法自励建立电压。 知识点二 并励发电机的外特性与电压调整 1. （简答题）什么是并励发电机的外特性？其测试条件是什么。 2. （简答题）并励发电机的外特性曲线为什么是下降的？简述三个主要原因。 3. （简答题）解释并励发电机外特性曲线的“拐弯”现象及其成因。 4. （简答题）为什么并励发电机的稳态短路电流较小？这有什么实际意义。 5. （填空题）并励发电机外特性是“软特性”，其电压变化率较__________（大/小），说明其带负载能力较__________（强/弱）。 6. （填空题）电枢反应的__________效应是导致并励发电机外特性下降的内在原因之一。 知识点三 并励发电机的电流分配关系与额定计算 1. （简答题）简述并励发电机中电枢电流I_a、负载电流I_L和励磁电流I_f三者之间的关系，并画出简单的电流流向示意图（用文字描述）。 2. （简答题）发电机铭牌上的“额定电流I_N”具体指什么电流？它与“额定功率P_N”和“额定电压U_N”有何关系。 3. （简答题）比较并励发电机在空载运行和额定负载运行时，其电枢电流I_a的大小有何不同？为什么。 4. （简答题）在进行并励发电机的额定计算时，为什么计算出的电枢电动势E_a通常大于其额定端电压U_N。 5. （填空题）根据电流关系式，当负载增大时，电枢电流I_a将__________，因为负载电流I_L__________了。 6. （填空题）在额定状态下，发电机的输出功率P₂就等于其__________功率P_N。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 举一反三考点练 《变压器与电动机》直流发电机的运行特性与特性分析-课后自测 知识点一 并励发电机的空载特性与自励建压过程 1.（简答题）什么是并励发电机的空载特性？测试时需要注意哪些条件。 【答案】 并励发电机的空载特性是指在发电机保持额定转速、且输出端开路（即负载电流为零）的条件下，其输出端电压随励磁电流变化的关系。测试时必须严格遵守两个条件：一是保持原动机转速恒定，通常为额定转速；二是确保负载开关断开，使负载电流始终为零。然后通过调节励磁回路中的可变电阻，逐步改变励磁电流，同时记录对应的空载电压值，最终绘制成曲线。 2. （简答题）为什么并励发电机的空载特性曲线与铁芯的磁化曲线形状相似。 【答案】 这是因为在转速恒定的条件下，发电机的空载电压正比于气隙中的主磁通，即U₀ ∝ Φ。而主磁通Φ与产生它的励磁电流If之间的关系Φ = f(If)，恰恰就是铁芯材料的磁化曲线。因此，反映U₀与If关系的空载特性曲线，在形状上自然就复现了铁芯的磁化特性：起始段近似直线（不饱和区），随后弯曲并趋于平坦（饱和区）。 3. （简答题）简述并励发电机自励建压成功的三个必要条件。 【答案】 第一，发电机的主磁极必须有剩磁。剩磁是建立初始电动势的“火种”，没有它整个过程就无法启动。第二，励磁绕组与电枢的接线必须正确，确保励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致，从而增强而不是削弱原有磁场。第三，励磁回路的总电阻必须小于该运行转速下的“临界电阻值”。如果回路电阻过大，产生的初始励磁电流太小，就无法形成有效的正反馈来建立电压。 4. （简答题）为什么发电机的额定工作点通常选择在空载特性曲线的“膝部”。 【答案】 选择在曲线“膝部”（即开始明显弯曲的转折点附近）工作，主要基于经济性和稳定性两方面的考虑。从经济性看，此时铁芯磁路处于临界饱和状态，材料得到充分利用，若在直线部分工作则铁芯未充分利用，在深度饱和部分工作则需很大的励磁电流，都不经济。从稳定性看，“膝部”附近电压对励磁电流的变化相对不敏感，运行电压较为稳定，避免了在直线区工作时电压随励磁电流微小变动而大幅波动的问题。 5. （填空题）并励发电机自励建压是一个__________反馈过程，最初的“火种”是主磁极的__________。 【答案】正，剩磁 6. （填空题）如果励磁回路的总电阻大于__________值，发电机将无法自励建立电压。 【答案】临界电阻 知识点二 并励发电机的外特性与电压调整 1. （简答题）什么是并励发电机的外特性？其测试条件是什么。 【答案】 并励发电机的外特性是指在保持发电机额定转速和励磁回路总电阻不变的条件下，其输出端电压随负载电流变化而变化的规律。测试条件是：首先启动发电机并调整至额定状态（U=U_N, I=I_N），然后固定励磁调节旋钮（即保持励磁回路电阻R_f不变），不再进行任何手动调节。接着，逐步改变负载电阻的大小以增加负载电流，同时记录对应的端电压U和负载电流I_L，最后绘制U = f(I_L)的关系曲线。 2. （简答题）并励发电机的外特性曲线为什么是下降的？简述三个主要原因。 【答案】 并励发电机外特性曲线下降主要由三个原因共同造成。第一是电枢回路的内阻压降：负载电流增大导致电枢电流增大，根据U = E_a - I_a R_a，电枢电阻R_a上的压降增大，使端电压U下降。第二是电枢反应的去磁效应：负载电流增大使电枢反应增强，其产生的磁场削弱了主磁场，导致感应电动势E_a本身降低。第三是自励系统的负反馈：U的下降直接导致励磁电流I_f = U / R_f减小，这又进一步削弱了磁场和E_a，形成恶性循环，加剧了电压的跌落。 3. （简答题）解释并励发电机外特性曲线的“拐弯”现象及其成因。 【答案】 “拐弯”现象是指，当负载电流增大到某一最大值（临界电流）后，若继续减小负载电阻，负载电流不仅不增大，反而会减小。其成因在于端电压U随负载加重下降得过快。当达到临界点后，U的下降速度超过了负载电阻R_L的减小速度。根据欧姆定律I_L = U / R_L，U的减小效应开始主导，使得I_L的值随R_L的继续减小而逆向减小，从而在曲线上表现为过了峰值后向下弯曲的“拐弯”形状。 4. （简答题）为什么并励发电机的稳态短路电流较小？这有什么实际意义。 【答案】 并励发电机稳态短路时，其端电压U降为零。由于励磁绕组并联在电枢两端，因此励磁电压也为零，励磁电流随之消失，主磁场仅剩下微弱的剩磁。此时，电枢电动势仅由切割剩磁产生，数值很小，所以稳态短路电流也就不大。这一特性的实际意义在于安全性较高：即使发生持续短路故障，短路电流也不至于大到立即烧毁发电机，为切断故障电源提供了宝贵的时间，这是并励发电机结构上的一个优点。 5. （填空题）并励发电机外特性是“软特性”，其电压变化率较__________（大/小），说明其带负载能力较__________（强/弱）。 【答案】大，弱 6. （填空题）电枢反应的__________效应是导致并励发电机外特性下降的内在原因之一。 【答案】去磁 知识点三 并励发电机的电流分配关系与额定计算 1. （简答题）简述并励发电机中电枢电流I_a、负载电流I_L和励磁电流I_f三者之间的关系，并画出简单的电流流向示意图（用文字描述）。 【答案】 在并励发电机中，三者满足最基本的关系式：**I_a = I_L + I_f**。电流流向可以描述为：从电枢绕组和换向器流出的总电流I_a，到达正电刷端后分为两路。其中绝大部分作为有用输出，流向外部负载，形成负载电流I_L。另一小部分则流入并联在电枢两端的励磁绕组，形成建立和维持磁场所需的励磁电流I_f。因此，电枢电流I_a是总电流，它同时肩负着向负载供电和向自身励磁系统供电的双重任务。 2. （简答题）发电机铭牌上的“额定电流I_N”具体指什么电流？它与“额定功率P_N”和“额定电压U_N”有何关系。 【答案】 发电机铭牌上的“额定电流I_N”特指**额定负载电流**，即发电机在输出额定电压U_N、输出额定功率P_N时，流过其输出端子供给外部负载的电流。它们三者之间的数值关系由功率定义决定：额定输出功率等于额定输出电压与额定输出电流的乘积，即 **P_N = U_N × I_N**。因此，只要知道其中的任意两个额定值，就可以计算出第三个。I_N是用户选择电缆和保护设备的重要依据。 3. （简答题）比较并励发电机在空载运行和额定负载运行时，其电枢电流I_a的大小有何不同？为什么。 【答案】 并励发电机空载运行时，其电枢电流I_a很小，约等于励磁电流I_f。而在额定负载运行时，电枢电流I_a显著增大，约等于额定负载电流I_N与励磁电流I_f之和。造成这种差异的根本原因是负载电流I_L的变化。根据I_a = I_L + I_f，空载时I_L=0，所以I_a ≈ I_f；额定负载时I_L = I_N（数值远大于I_f），所以I_a ≈ I_N + I_f，远大于空载时的值。电枢电流的大小直接反映了发电机的负载程度。 4. （简答题）在进行并励发电机的额定计算时，为什么计算出的电枢电动势E_a通常大于其额定端电压U_N。 【答案】 计算出的额定电枢电动势E_aN大于额定端电压U_N，这是由发电机内部的电动势平衡关系决定的。根据公式U = E_a - I_a R_a，发电机要向负载输出端电压U，其内部产生的电动势E_a必须克服电枢电流I_a在电枢内阻R_a上产生的压降。因此，在额定状态下，E_aN = U_N + I_aN R_a。只要发电机带负载（I_aN不为零），E_aN就一定大于U_N。这个差值（I_aN R_a）正是发电机内部的铜损耗在电压上的体现。 5. （填空题）根据电流关系式，当负载增大时，电枢电流I_a将__________，因为负载电流I_L__________了。 【答案】增大，增大 6. （填空题）在额定状态下，发电机的输出功率P₂就等于其__________功率P_N。 【答案】额定 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $