清华大学电机系复试题整理汇总.docx

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清华大学电机系复试题整理汇总

电磁场

1、麦克斯韦方程

包括全电流定律、电磁感应定律、磁通连续定律、高斯定律。

其中全电流定律表明传导电流和变化的电场都能产生磁场；电磁感应定律表明电荷和变化的磁场都能产生电场；磁通连续定律表明恒定磁场是一个无源无散场，磁场中任一闭合面均不发出也不终B线，B线是连续的、无头无尾的闭合曲线；高斯定律表明电荷以发散的方式产生电场。

2、霍尔效应是什么？

什么是罗果夫斯基线圈？

霍尔效应是指在磁场中的载流导体上出现横向电势差的现象。

罗果夫斯基线圈是一种利用电磁感应原理和全电流定律，测量大冲击电流（几十kA到几百kA）或冲击电流的时间变化率的装置。

3、坡印亭矢量？

坡印亭矢量是电场强度和磁场强度的叉积，其方向表示能量流动的方向，大小表示单位时间内穿出单位垂直面积的能量。

单位是瓦每平方米。

坡印亭定理是电磁场中的能量守恒定理，其表示能量向外的传输等于储能的减少、功率的消耗和电源的供能的代数和。

4、自由电荷和束缚电荷的区别，电介质极化和导体静电感应的区别？

自由电荷是指导体中的自由电子（金属中）、离子（气体或液体中）等在受到电场力时可以自由运动的电荷。

束缚电荷是指电介质中被原子内力、分子内力或分子间束缚着的带电粒子，它们在电场力的作用下可以有微小的移动，但不能离开分子的范围。

电介质的极化是指在外加电场中电介质的分子或原子形成电偶极子，在电介质的表面出现正和负束缚电荷的现象。

极化后，束缚电荷在电介质中所建立的电场一般可以减弱外加电场。

导体的静电感应是指在外加电场中导体的自由电荷移动，积累在导体表面并建立电场，直至其表面电荷建立的电场与外加电场在导体中处处相抵为止的现象。

由于有静电感应，静电场中的导体内部无电荷，电荷只能分布在导体表面；导体内处处电场强度为零；导体表面附近场强与表面垂直；导体为一等势体，导体表面为等势面。

5、静电屏蔽电磁屏蔽静磁屏蔽的区别

静电屏蔽是利用静电平衡时导体内部的场强为零这一规律制成的可以屏蔽电场的屏蔽装置。

电磁屏蔽是利用良导体中涡流能阻止高频电磁波透入这一特性制成的可以同时屏蔽电场和磁场的屏蔽装置。

它可以抑制辐射干扰和高频传导干扰。

静磁屏蔽是利用在外磁场中高磁导律的铁磁材料可以使绝大部分磁场集中在铁磁回路中这一特性制成的可以屏蔽磁场的屏蔽装置。

静磁屏蔽的作用与静电屏蔽类似，但是效果没有静电屏蔽好，这是因为金属导体的电导率要比空气的电导率大十几个数量级，而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级。

6、给出第二类边界条件，为什么电位值不确定？

只知道偏导数没有基值

7、E在两介质分界面处是否变化？

切线方向E不变；法向方向D不变。

8、一个圆形线圈里垂直穿过一个通入电流的导线，问线圈里有没有感应电动势

这取决于通入的电流有没有变化，因为产生感应电动势的原理是变化的磁场产生感应电场，若电流有变化则线圈中有感应电动势，若电流没有变化则没有。

9、一个气球,表面布满均匀电荷,随着气球的不断吹大,气球内部和外部的电场都如何变化?

外部不变，内部场强为零

10、似稳电磁场的条件，物理意义

（交变电流的频率较低时，在电流附近，与之相距比该频率的电磁波在真空中的波长少得多的区域内，可以忽略电磁场的推迟效应，这样的区域中的电磁场即为似稳场或准稳场）

11、什么样的电磁场叫静电场？

工频电场算是静电场么？

静电场是指相对于观察者静止且量值不随时间变化的电荷所激发的电场。

工频电场不算静电场。

12、从能量角度分析，一个接地系统靠近一个带正电的孤立带电球，请问带电球电位是升高还是降低？

相当于把球移到无穷远处，电场力做功，能量降低，故带电球电位应该是降低。

13、电磁场中为什么要引入磁矢位、磁标位？

有什么物理意义？

磁矢位的旋度是磁感应强度，可以引入是因为恒定磁场是无源场。

引入磁矢位后可以免叉积的运算，此外磁矢位的方向与电流密度方向相同，积分项简单，并且可以推导出磁矢位的边值问题，可以与静电场类比。

磁标位的梯度加负号是磁场强度，可以引入是因为磁场中没有自由电流的区域可以看作是无旋场。

引入磁标位后可以简化磁场的计算，但是无自由电流区域为多联通域，使得磁压为多值磁压，故引入磁壁障使磁压成为单值函数。

14、位移电流的物理意义

位移电流定义为电位移矢量时间变化率的面积分。

在全电流定律中位移电流的部分反映了变化的电场能够产生磁场。

15、邻近效应，集肤效应、涡流的解释

相互靠近的导体通有交变电流时，一个导体中电流激励的磁场不仅在自身而且在另一个导体中激励感应电场，且可能分布不均匀，进而影响各导体电流密度的分布的现象称为邻近效应。

频率越高，导体靠得越近，邻近效应愈显著。

集肤效应分为磁集肤效应和电集肤效应。

磁集肤效应是由于涡流的去磁作用，在铁心的薄钢片内部磁通密度小而表面附近大的现象。

电集肤效应则是由于电磁感应使得电流密度分布不均匀，在导体内深处小而在表面附近大的现象。

涡流是当导体置于交变的磁场中时，与磁场正交的曲面上产生的闭合的感应电流。

16、什么叫辐射？

（电磁波脱离波源在空间中独自传播的现象）

17、一个导体平板在恒定磁场中平行运动是否有涡流？

为什么？

没有涡流。

因为平行运动，不切割磁感线。

18、线形介质中自感互感都跟什么有关

线性各向同性媒质中，自感仅与回路的几何尺寸、媒质参数有关，与回路的电流电流无关；互感不仅与两个回路的几何尺寸和周围媒质有关，还和两个回路之间的相对位置有关。

电机学

1、什么是直流电机

直流电机是实现机械能和直流电能之间相互转换的旋转电机。

直流电机本质上是交流电机，需要通过整流或逆变装置与外部电路相连接。

常见的是采用机械换向方式的直流电机，它通过与电枢绕组一同旋转的换向器和静止的电刷来实现电枢绕组中交变的感应电动势、电流与电枢外部电路中直流电动势、电流间的换向。

（实质是一台有换向装置的交流电机）

2、同步机和异步机的区别

同步电机定子交流电动势和交流电流的频率，在极对数一定的条件下，与转子转速保持严格的同步关系。

同步电机主要用做发电机，也可以用作电动机，还可以用作同步调相机（同步补偿机）。

同步电机可以通过调节励磁电流来调节无功功率，从而改善电网的功率因数。

（同步电动机主要用于功率比较大而且不要求调速的场合。

同步调相机实际上就是一台并联在电网上空转的同步电动机，向电网发出或者吸收无功功率，对电网无功功率进行调节。

）

异步电机是一种转速与电源频率没有固定比例关系的交流电机，其转速不等于同步转速，但只要定转子极对数相等，无论转子转速如何，定、转子磁动势都以同步转速相对于定子同向旋转，即二者总是相对静止。

异步电机主要用作电动机，缺点是需要从电网吸收滞后的无功功率，功率因数总小于1。

异步电机也可作为发电机，用于风力发电场和小型水电站。

3、什么是电枢反应？

直流电机是否有电枢反应？

对于同步电机来说，电枢反应是指基波电枢磁动势对基波励磁磁动势的影响。

直流电机也有电枢反应，是指电枢磁动势对励磁磁动势产生的气隙磁场的影响。

4、异步机的转子有那几种折合方式？

异步电机转子的折合算法主要包括频率折合和转子绕组折合，原则是保持转子基波磁动势不变，对定子侧等效。

在进行这两种折合之前还有一个转子位置角的折合。

5、电动机为什么会转？

都是由于转子上的绕组受到了电磁力，产生拖动性电磁转矩而带动转子转动。

具体来说，同步电机是由于定子绕组通入三相对称电流，产生旋转磁场，相当于旋转磁极，使得同步电动机转子磁极吸引而同步旋转。

异步电动机是由于转子转速小于同步转速，转子与定子电流产生的旋转磁动势有相对运动，转子绕组切割磁感线，产生感应电动势，进而产生感应电流使得转子绕组受到安培力，产生电磁转矩，带动转子旋转。

6、直流机和异步机分别有哪几种调速方式？

异步电动机的调速方法：

（1）改变转差率调速，包括调压调速、转子串接电阻调速（只用于绕线转子电动机）。

（2）变极调速（只用于笼型异步电动机）。

（3）变频调速（多用于笼型异步电动机）。

（变频调速性能最好，但价格比较高）

他励直流电动机的调速方法：

（1）电枢串接电阻调速（只能从基速向下调）。

（2）改变端电压调速（只能从基速向下调）。

（3）改变磁通调速（从基速向上调，弱磁升速）。

7、简述VVVF？

V/F恒定，保持磁通不变，E恒定。

电机的基本模型，比如定子的几个绕组，转子上的绕组以及相互间的磁通影响，大家请参看电力系统暂态分析派克变换的课件。

8、为什么我们要制定额定值，让系统和电机运行在额定状态下？

制定额定值是为了便于各种电气设备和电机的设计制造及其使用。

系统和电机只有运行在额定状态下才能取得最佳的技术性能和经济效果。

9、有功的发出原理和计算方法以及无功的V形曲线。

对于同步发电机来说有功的发出是由于功角的存在，功角是空载电动势是相电压之间的夹角，也可以看成是励磁磁动势与相电压等效合成磁动势之间的夹角。

由于同步电机工作在发电状态时，功角大零，故励磁磁动势的等效磁极会吸引相电压等效合成磁动势的等效磁极，通过磁场的耦合作用将转子的机械能转换成电能输出。

有功功率可以利用功角特性来进行计算。

同步发电机无功的V形曲线是负载时电枢电流和励磁电流的关系曲线，特点：

有功功率越大，V形曲线越高；每条V形曲线都有一个最低点；最低点是发电机运行工况的分界点，左边是欠励（超前），右边是过励（滞后）。

V形曲线有助于工作人员了解发电机的运行工况，进而对发电机进行控制。

10、变压器和异步机参数的测试方法？

分别在变压器的哪一侧做？

变压器的参数测试方法方法有短路试验和空载试验。

短路试验通常在高压侧做，即在高压侧加压；空载通常在低压侧做，即在低压侧加额定电压。

通过短路试验可以测得一次短路电流为额定值时的一次短路电流、电压和短路损耗，由这三个量可以算出变压器折合到一次侧的短路阻抗、短路电阻和短路电抗。

通过空载试验可以测得对一次绕组施加额定电压时的一次电压、二次电压、一次电流和输入功率，即空载损耗，由这四个量可以算得变比、励磁阻抗、励磁电阻和励磁电抗。

异步电机的参数测试方法有堵转试验（短路试验）和空载试验，均在定子侧加压。

通过堵转试验可以测得定子电流为额定值时的定子电压和短路损耗，进而由这三个量可以算出折合到定子侧的短路阻抗、短路电阻和短路电抗。

通过空载试验数据可以作出空载特性曲线（空载电压和空载损耗的关系曲线），进而可以求出机械损耗和铁耗，再利用额定电压下的试验数据和短路试验所得的漏电抗求得励磁电阻、励磁电抗和励磁阻抗。

11、电机有几种运行方式？

怎样判断电机是运行在哪种方式下？

电机运行的方式主要有发电机和电动机两种方式。

对于同步电机可以根据电磁功率或者功角的正负来判断其运行在哪种方式下。

按发电机惯例，当电磁功率或者功角为正时同步电机为发电机，当电磁功率或者功角为负时同步电机为电动机。

对于直流电机可以根据电磁功率的正负或者电枢电动势和电枢端电压的大小比较来判断其运行在哪种方式下。

在发电机惯例下，当电磁功率为正时为发电机，当电磁功率为负时为电动机。

当电枢电动势大于电枢端电压时为发电机，当电枢电动势小于电枢端电压时为电动机。

12、电机中哪几种电机有阻尼绕组和补偿绕组，它们分别的作用。

凸极同步电机有阻尼绕组，直流电机有补偿绕组。

13、同步机的短路特性为什么是一条直线？

因为短路的时候

，又由于这时电枢磁动势是直轴去磁的，故有

，又因为短路时气隙磁动磁很小，磁路不饱和，可以看作线性的，故

，即短路特性是一条直线。

如果励磁电流不加限制地增大，那么当磁路出现饱和时，短路特性将不再是直线。

14、我们怎么测同步机的短路电抗？

为什么引入普梯尔电抗？

和实际电抗有什么区别？

通过测空载特性曲线和零功率因数负载特性曲线来求电枢绕组漏电抗。

引入保梯电抗是为了与漏电抗区别开来。

由于用时间相矢量图进行理论分析时并没有考虑到转子绕组的的漏磁情况，所以实