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历年电机试卷及答案.docx

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历年电机试卷及答案.docx

华南理工大学试卷电机学试题(电气工程及其自动化01级)班级: 电气工程01( )班 顺序号 姓名 分数 总评 分考试时间:2003年11 月27日一、 断题(正确的,请在后面括号里写“是”,错误的,请在后面括号里写“否”。本题共15分,每题1分)(为对,为错)1. 直流电机的励磁绕组和电枢绕组中的电流都是直流的。 (错 )2直流电动机电枢绕组中的电流方向同感应的反电势方向是一致的。 (错 )3直流发电机的换向器起整流作用;直流电动机的换向器起逆变作用。 (对 )4自励是电动机的一种励磁方式。 (错 )5在直流电机中,以虚槽计算时,电枢绕组的合成节距等于换向器节距。 (对 )6单叠绕组同一磁极下的元件串联构成一条支路;单波绕组相同极性磁极下的所有元件串联构成一条支路。 (对 )7直流电机的电负荷是指电枢绕组中流过的电流的大小,单位是安培。 (错 )8在考虑饱和时,直流电机的交轴电枢反应具有去磁作用。 (对 )9当电刷沿转子旋转的方向移动时,将出现直轴电枢反应磁势。对于发电机,该磁势是去磁性质的;对于电动机,该磁势是助磁性质的。 (对 )10在直流电动机的电磁功率中,包含电枢电阻的损耗。 (错 )11直流发电机的外特性是指转速为额定值、励磁电流为额定值(或励磁回路电阻为固定)时,输出电压与输出电流之间的关系。并励发电机具有硬的外特性;而他励发电机则具有拐弯的外特性。(错 )12并励电动机在轻载时,可能出现“飞车”现象。 (错 )13变压器空载接入电网时,存在很大的冲击电流。当考虑铁芯饱和时,这一冲击电流比不考虑饱和时为小。 (错 )14在ABC坐标系中,同步电机的电压方程式为系数随时间变化的微分方程(对)15在dq0坐标系中,同步电机的d(q)轴电压是由电阻压降、自身磁链变化引起的感应电势、以及切割对方轴的磁链所引起的运动电势3部分组成的。 (对 )二、 填空题(本题共15分,每空1分)1在没有阻尼绕组的同步电机中,忽然短路电流远大于稳态短路电流的原因在于:在短路瞬间,励磁绕组阻碍电枢反应磁通通过转子主磁路,电枢反应磁通只能沿励磁绕组的漏磁路闭合,因此磁阻大、电抗小,电流大。2在有阻尼绕组的同步电机中,忽然短路电流又远大于没有阻尼绕组时的忽然短路电流,其原因在于:在短路瞬间,除了励磁绕组的阻碍作用以外,阻尼绕组也对电枢反应磁通起阻碍作用,从而使电枢反应的磁阻更大、电抗更小,电流更大。3同步电机忽然短路时,定子绕组的短路电流可以分为:周期性的稳态分量 、周期性的 瞬态分量 、周期性的 超瞬态分量 ,以及衰减的非周期分量、二次谐波分量等。4同步电机忽然短路时,在定子绕组的短路电流中: 周期性稳态分量 同励磁绕组的非周期稳态励磁电流I错0相对应; 周期性瞬态分量 和励磁绕组的非周期电流衰减分量对应,时间常数为对d; 周期性超瞬态分量 和直轴阻尼绕组的非周期电流衰减分量相对应,时间常数为对d"; 非周期衰减分量 则同励磁绕组中的周期性衰减电流相对应,时间常数同为定子绕组的时间常数对a。5M对0变换同dq0变换的差别在于:dq0变换的d、q轴相对转子是 固定不动的 ;而M对0变换是将M轴取得同 转子磁链方向 一致。6变压器的过电压现象包括: 操作过电压 和 大气过电压 。7在研究雷击引起的变压器大气过电压时,需要考虑 各种电容 的影响,其原因在于雷电波冲击时间短,等效高频电源。 8空载的同步电机单相(设为A相)对中点稳态短路时,A相电流的三个相序分量相等,都等于A相稳态短路电流的 。电机学 试题(华南理工大学电力学院)一、填空(25分)1. 电机是(一种进行机电能量转换或将一种电压、电流等级转换成另外一种电压、电流等级的)装置。2. 变压器绕组归算的原则是:在归算前后,(一、二次侧容量、功率)不变;( 一、二次侧绕组磁势)不变。3. 变压器的效率在(铁耗与铜耗相等时)达到最大值。4. 为了使电动势波形接近正弦波,三相变压器比较好的绕组联结方法为:(一、二次侧至少有一方为三角形联结,或有一方为星形带中性点接地联结)。5. 自耦变压器功率传递的特点为(一、二次侧既有直接的传导功率传递,又有间接的电磁感应功率传递)。6. 短距因数的物理意义为(元件短距时的电势同元件整距时的电势的比值)。7. 一相绕组的感应电动势计算公式为(kFE=4.44错Nw1);其中的匝数N是指(每相串联匝数)。8. 对称三相绕组、通对称三相电流,产生的合成磁动势为圆形旋转磁动势。其旋转的规律为:(哪相电流达到最大值,旋转磁势的轴线就转到同该相绕组轴线重合);其幅值为单相磁动势的()倍。9. 同步旋转磁场的转速n(转每分钟)、极对数p、电流频率错之间的关系为n=(/)。10. 感应电机转子反应的物理意义为(转子绕组电流的基波磁势对气隙磁场的影响)。11. 为了获得感应电机的对型等效电路,需要对转子绕组进行( 频率)和(绕组)归算。13. 感应电机做堵转试验时,转子电流的频率为(定子电流频率)。14. 感应电动机传递到转子回路的电磁功率Pem,可以分割成转子铜耗pcu2、总机械功率(转换功率)PW。二者同Pem的关系为pcu2=();PW =((1-s)Pem)。15. 同步电机的电枢反应是指( 电枢电流的磁势对主极磁场的影响)。16. 同步发电机的空载特性是指:转子转速保持同步、电枢绕组开路时,(端电压同励磁电流)之间的关系。17. 功角的含义是:从电路(电压)角度看,它是(励磁反电势与端电压)之间的夹角;从磁场角度看,它是(主极励磁磁场 同气隙合成磁场)之间的夹角。18. 对于凸极同步发电机,已知电枢电流I、电压U、功率因数cosj、Xd、Xq,求取励磁电动势E0时,需要利用一个虚拟电动势EQ来求取I和E0的夹角Y0。 ( )。19. 同步发电机机投入并网的条件为:1)相序相同;2)( 频率相同);3)(对应相的电压相等、且相位相同)。二、正确的打“”;错误的打“”(25分)1. 变压器一次侧接额定电压不变,则负载的主磁通比空载的主磁通略小。( )2如果变压器一次侧绕组与二次侧绕组的匝数比为k=N1/N2,则一次侧归算到二次侧时,电动势和电压要乘以k倍,电流乘以1/k倍,阻抗乘以k2倍。 ( )3考虑磁路的饱和时,如果变压器主磁通为正弦波,则产生主磁通励磁电流也是正弦波。( )4三相变压器绕组采用Y,d连接时,共有1、3、5、7、9、11六个组号。( )5对称三相绕组通入对称三相电流时,除产生基波旋转磁动势外,还会产生3次、5次、7次、9次等一序列的奇数次高次谐波旋转磁动势。 ( )6对称三相绕组通入对称三相电流,当某相电流达到交流的最大值时,基波合成旋转磁动势波的幅值就将与该相绕组的轴线重合。 ( )7只要电源电压不变,感应电动机的铁耗就基本不变。 (/)8当感应电动机的定子接电源、转子短路堵转时,电机的电磁功率、输出功率和电磁转矩均为零。 ( )9对绕线型感应电动机,转子串电阻可以增大起动转矩;对笼型感应电动机,定子绕组串电阻可以增大起动转矩。 ( )10对感应电动机,进行恒转矩变频调速,基本上要求电源电压随频率正比变化。( )11若同步电机的气隙合成磁场超前于转子主磁场,则电机运行于发电机状态。( )12对于隐极同步发电机,其同步电抗等于电枢反应电抗。 ( )13通常同步发电机工作在过励状态,以便提供无功功率,改善电网的功率。( )14变压器的额定容量单位为kW。 ( )15考虑铁耗时,变压器的励磁电流同其产生的主磁通同相位。 ( )16变压器的空载试验通常在高压侧加电压、测量。 ( )17电角度机械角度2p。 ( )18双层叠绕组的最多并联之路数为。 ( )19正常空载运行的三相感应电动机,忽然一相断线,则必然停转。 ( )20感应电动机的最大电磁转矩同转子电阻成正比。 ( )21感应电动机的功率因数很高。 ( )22同步发电机调节励磁就可以调节输出的有功。 ( )23忽略电枢绕组电阻时,同步发电机的短路电流为纯直轴分量Id。 ( )24忽略电枢绕组电阻、负载cosj=0时,同步发电机的输出电流为纯交轴分量Iq。( )25单层绕组可以靠短距来消弱谐波。 ( )三、单选题(13分)1变压器在负载运行时,建立主磁通的激磁磁动势是 C 。A 一次绕组产生的磁动势 B 二次绕组产生的磁动势 C 一次和二次绕组产生的合成磁动势 D 以上都不对2一台三相电力变压器,二次侧带对称负载,且输出电压恰好等于其二次侧的空载电压,则该负载一定是 C 。A 纯电阻负载 B 电感性负载 C 电容性负载 D 无法判断3两台容量不同、变比和连接组别相同的三相变压器并联运行,则变压器所分担的容量之标幺值 D 。A 与短路阻抗成正比B 与短路阻抗成反比C 与短路阻抗标幺值成正比D 与短路阻抗标幺值成反比4由定子对称三相绕组产生的 次空间谐波磁动势,旋转速度 D 。A 等于零 B 是基波磁场转速的 倍C 等于基波磁场转速 D是基波磁场转速的 倍5要消除三相绕组中的齿谐波磁动势,一般可以采用 C 。 A 短距绕组 B 分布绕组 C 斜槽 D 无法消除6笼型感应电动机降压起动与直接起动时相比, A 。 A 起动电流、起动转矩均减小 B 起动电流减小、起动转矩增加C 起动电流、起动转矩均增加 D 起动电流增加、起动转矩减小7三相感应电动机对称运行时,定、转子绕组的两个旋转磁场的关系为 A 。A 始终同步 B 相对定子反向 C 相对定子同向、但不同步 D 有时同步、有时失步8同步发电机并联运行,有功功率一定,则 B 同步发电机的电枢电流最小。A 过励时 B 正常励磁时 C 欠励时 D 励磁电流最小时9凸极同步电机负载运行时,电枢绕组产生的气隙电动势 是由 D 产生的。 A 转子主极磁动势和直轴电枢磁动势共同B 转子主极磁动势和交轴电枢磁动势共同C交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同D 转子主极磁动势、交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势共同10汽轮发电机与水轮发电机的差别为D。A汽轮发电机转子为凸极结构B水轮发电机转速快C汽轮发电机转子半径大D水轮发电机转子体积大11单相变压器U1N /U2N=220/110V,如果一次侧接380V,则主磁通将A。A 增大为380/220倍B 不变 C增大为380/110倍D 减小12单相变压器U1N /U2N=220/110V,一次侧加220V时,空载电流为;今将一次、二次侧绕组顺极性串联,外施330V电压,则空载电流为B。A 1AB 2/3A C 1.5AD 3A13一台三相感应电动机,其空载转速为730转/分钟,则其极数2p= B 。A2B4 C6 D8四、简答题(15分)1. 写出变压器的基本方程式(电压、磁势等)答:2. 画出异步电机的对型等效电路、并标明各参数。答:3. 画出凸极同步发电机的相量图(滞后功率因数时),并标明各相量、角度。五、计算(14分)1. 单相变压器IN15.15A,U1N/U2N6600/6300V,错50Hz,短路试验在高压侧进行(绕组温度已经为75):UK=3240V、Ik=15.15A、Pk=7490W。忽略励磁支路,假定R1= R2、X1s=X2s,求R1、X1s、R2、X2s。答:Zk=Uk/Ik=3240/15.15= 213.861 (W)Rk=Pk / Ik2 = 7490/15.152 = 32.633(W)Xk=sqr(Zk2 RK2) = sqr(213.8612-32.6332)= 211.357(W)R1= R2= Rk/2 = 32.633/2 = 16.616(W)X1s=X2s = Xk/2 = 211.357/2 = 105.678(W)k=6600/6300= 1.04762R2= R2/k2= 16.616/1.047622 =15.140(W)X2s=X2s /k2 = 105.678/1.047622 = 96.289(W)2. 一台3相4极的绕线式感应电动机,nN=1450r/min,转子每相电阻R2=0.012W。设负载转矩保持为额定值不变,欲将转速从1450r/min降低到1050r/min,求转子回路应该串入的电阻。答:因为感应电机的电磁转矩是 的函数,当电压、频率等条件不变时,保持 为常数,则电磁转矩恒定。因此让 和s成正比变化,就可以进行恒转矩调速:同步转速:ns=1500rpm1450rpm时:转差率s1=(ns-n)/ns=(1500-1450)/1500=1/301050rpm时:转差率s2=(ns-n)/ns=(1500-1050)/1500=0.3Radd = 8R2 = 80.012=0.096(W)六、推导题(8分)忽略电枢绕组的电阻,推导凸极同步发电机的功角特性表达式答:不计电枢电阻时,同步电机的电磁功率为PemUIcos由凸极同步发电机的相量图可知 ,故PemUIcos(0q) = mUI(cos0cosq +sin0sinq) = mU(Iqcosq+Idsinq)由相量图可知, 解出Id,Iq,代入式功率表达式,整理得华南理工大学电力学院电力系2005年11月一、 判断题(正确的打“V”,错误的打“X”。每题分,共25分)1. 增加支路串联元件数可以减小直流电机的反电势脉动。( V)2. 直流电机的电刷随转子电枢一起旋转。( X)3. 直流电机应采用尽可能接近整距的绕组。( V)4. 直流电机单波绕组的合成节距等于+1或1。( X)5. 直流电机单波绕组的并联支路对数等于极对数。( X)6. 电刷放在几何中性线上时,电枢反应只有直轴分量。( X)7. 考虑饱和时,交轴电枢反应有助磁作用。( X)8. 直流电机的反电势正比于电枢绕组的电流。( X)9. 直流电机的电刷压降随负载变化而有很大的变化。( X)10. 平复励发电机的电压变化率比较大。( X)11. 并励电动机的机械特性比较软。( X)12. 串励电动机在轻载时会发生飞车现象。( V)13. 降低励磁时,直流电动机的速度也相应降低。( X)14. 三相变压器组的正序、负序、零序的激磁阻抗相等。( V)15. 三相心式变压器的零序激磁阻抗远大于正序、负序激磁阻抗。( X)16. 三相变压器带单相负载时,零序电流远大于正序、负序电流。( X)17. 三相变压器组不应该接成Y,yn联结来带单相负载。( V)18. 在感应电动机的正序、负序两个等效电路中,激磁支路的阻抗是相等的。( V)19. 三相感应电机正常运行中,相断线并继续稳定运行,则相端电压为0。( X)20. 同步发电机的负序等效电路类似一个转差率为的感应电机。( V)21. 对电机进行动态分析时,需要列写电机的运动方程。电机的运动方程是一组相量方程。( X)22. 从数学上讲,电机中的坐标变换,往往是对一组三相的物理量,进行重新线性组合,得到一组新的物理量。( V)23. 同步电机Park(派克)方程中,d、q轴电压方程中各有一个运动电势,二者具有不同的正负符号。( V)24. 感应电机动态分析时,采用M对0变换。它是将dq0变换中的d轴固定同转子磁链一起旋转,作为对轴,而将超前对轴90度电角度的轴线,作为M轴。( X)25. 变压器绕组所受的电磁力,同短路电流的平方成正比。( V)二、 填空题(每空1分,共15分)1. 在列写电机磁链方程时,采用电动机定则时,正向的电流产生(正)向的磁链。2. 对于直流发电机,电刷顺着转子旋转方向移动,电枢反应的直轴分量起(去)磁作用。3. 从大小上看,他励直流发电机的短路电流(很大),并励直流发电机的短路电流(小)。4. ABC坐标系到dq0坐标系的变换,就是把定子A、B、C三相绕组轴线上的三相物理量进行线性组合,得到固定在转子上的d、q轴线上的物理量(外加一个0轴上的物理量)。在具体操作上,就是将A、B、C三相的物理量,投影到d轴(或轴)并相加,取其(2/3 )倍,作为d轴(或q轴)的物理量;将A、B、C三相的物理量直接相加,取其(1/3)倍,作为零轴物理量。5. 同步电机动态分析时,定子标幺值的三个自由选择的物理量基准分别是(定子绕组相电压、相电流、时间或频率)。6. 在dq0坐标系中,列写同步电机标幺值的动态方程时,为了使定、转子间互感的标幺值可逆,在定、转子容量标幺值的选择上,应该满足(定子绕组容量基准等于转子绕组容量基准),用公式表示即(3IbUb=2I错bU错b)。7. 在同步电机动态分析中,转子电流的标幺值往往采用所谓Xad基准,它是指:(转子励磁绕组中通转子基准电流,在定子绕组中产生的互感磁链,恰好等于当定子绕组通大小为定子基准电流的直轴电流时,所产生的电枢反应磁链)。8. 无阻尼绕组的同步发电机,发生忽然三相对称短路时,转子励磁绕组的电流包括:稳定的直流分量;瞬变衰减的直流分量,其时间常数为(对d);衰减的周期分量,其时间常数为(对a)。9. 同步电机忽然短路时,励磁绕组具有屏蔽电枢反应磁通进入主极磁路的作用,等效于电枢反应电抗的减小,这时的直轴电抗称为(直轴瞬态电抗)。当存在直轴阻尼绕组时,阻尼绕组同样具有屏蔽电枢反应磁通进入主极磁路的作用,因此等效的电枢反应电抗更小,同时考虑阻尼绕组和励磁绕组作用时的直轴电抗,称为(直轴超瞬态电抗)。10. 变压器过电压可分为(操作过电压)、大气过电压等两种。三、 多项选择题(勾出正确答案,编号填入括号,共30分)1. 关于凸极同步发电机短路,正确的论述有(ABCD)。(A) 正序阻抗是固定的;(B) 不对称短路时,负序阻抗本质上是周期变化的;(C) 忽然短路电流大于稳定短路电流;(D) 对称短路时,电流为直轴去磁;2. 在感应电动机的正序、负序两个等效电路中,负序等效电路中的转差率s-同正序等效电路中的转差率s+的关系为(AD)。(A) s->s+(B) s-+ (C) s-=s+(D) s-=2-s+3. 关于对称分量变换、dq0、M对0、120变换,正确的说法有(AC )。(A) 对称分量变换前后的物理量为相量;(B) dq0变换为相量变换;(C) 对称分量变换、120变换具有相同的变换矩阵;(D) M对0变换专用于同步电机分析。4. dq0坐标系到ABC坐标系的变换,就是先将d、q轴的物理量,投影到A相(或B相或C相)并相加,再(A),作为A相(或B相或C相)的物理量。(A) 直接加上0轴的物理量;(B) 加上0轴的物理量的1/3;(C) 加上0轴的物理量的2/3;(D) 加上0轴的物理量在该相的投影。5. 感应电机多为隐极,关于其有关电感的论述,正确的有(ABCD)。(A) 定子两相间的互感不随时间变化;(B) 定子自感不随时间变化;(C) 转子两相间的互感不随时间变化;(D) 转子自感不随时间变化;(E) 定、转子之间任何两相的互感不随时间变化。6. 对于凸极同步电机,关于其有关电感的论述,正确的有(ABC)。(A) 定子两相之间的互感是时变的;(B) 定子自感是时变的;(C) 定、转子间的互感是时变的;(D) 转子自感是时变的;7. 转子无阻尼绕组的同步发电机,发生忽然三相对称短路时,关于定子短路电流各分量,正确的论述有(ABDE )。(A) 存在稳定的周期分量;(B) 存在瞬态衰减的周期分量,时间常数为对d;(C) 存在超瞬态衰减的周期分量,时间常数对d”;(D) 存在衰减的非周期分量,时间常数为对a;(E) 存在衰减的二次谐波分量,时间常数为对a。8. 在单相变压器空载接入电网的瞬变过程中,正确的论述有(ABC )。(A) 主磁通、励磁电流都经历一个瞬变过程;(B) 主磁通由稳态分量和瞬变分量组成(C) 根据磁链不能突变原则,最坏情况下,最大主磁通可达稳态时的约倍;(D) 因电感电路的电流不能突变,最坏情况下,最大电流可达稳态时的约倍。9. 关于变压器空载接入电网,正确的论述有(AC)。(A) 小型变压器电阻较大,电感小,时间常数小,瞬态时间短,可直接入网;(B) 小型变压器电阻较小,电感大,时间常数大,瞬态时间长,不可直接入网;(C) 大型变压器电阻小,电感大,时间常数大,瞬态时间长,往往经电阻入网,后再切除电阻;(D) 大型变压器电阻大,电感小,时间常数小,瞬态时间短,可直接入网。10. 单相变压器空载,二次侧忽然短路时,正确的论述有(ACD)。(A) 短路电流经历一个瞬态过程;(B) 主磁通经历一个瞬态过程;(C) 短路电流包括稳态短路电流分量和衰减的瞬态分量两个部分;(D) 因电感回路电流不能突变,最坏情况下,最大短路电流可达稳定短路电流的约倍。11. 变压器忽然短路时,对漏磁场、绕组受的电磁力,正确论述有(AC)。(A) 漏磁场轴向分量大于径向分量; (B) 电磁力轴向分量大于径向分量;(C) 轴向电磁力的破坏作用大;(D) 径向电磁力破坏作用大。12. 关于变压器承受大气过电压,正确的论述有(ABCD )。(A) 电压数值大,作用时间短,等效于给变压器施加高频高压;(B) 在动态分析时,主要考虑高压侧绕组的对地电容和匝间电容;(C) 在动态过程的初始阶段,绕组电感可以认为是开路的;(D) 低压侧绕组因靠近铁心,对地电容大,可以认为是接地短路的。13. 变压器承受大气过电压时,正确的论述有(BDE)。(A) 高压侧绕组各匝的对地电容越大,则各匝间承受电压越均匀;(B) 高压侧绕组雷电进入的一端(首端或尾端),匝间承受的初始电压最大;(C) 绕组匝间电容越小,越有利于变压器的绕组保护;(D) 加强高压绕组绝缘可以保护变压器;(E) 加强绕组首端、尾端的匝间绝缘可以保护变压器。14. 负载时直流电机的气隙磁场包括(ABCD )。(A) 定子绕组电流产生的主磁场;(B) 定子绕组电流产生的漏磁场;(C) 电枢绕组电流产生漏磁场;(D) 电枢绕组电流产生电枢反应磁场。15. 并励直流电机的损耗包括(ACD )。(A) 定子绕组和转子绕组的铜耗; (B) 定子铁心的铁耗;(C) 机械损耗和杂散损耗; (D) 转子铁心的铁耗。四、 综合题 (每1题6分,共30分)1已知不对称三相相量 、 、 ,其中A相的正序、负序、零序分量分别为 、 、 。请用矩阵形式写出(要写出矩阵的具体元素):(1)用 、 、 表示 、 、 的表达式;解:(2)用 、 、 表示 、 、 的表达式。2(1)写出同步电机的派克方程(d、q、0轴的电压方程),并简单注明方程右端各电压分量的物理意义;d、q轴电压各由一个变压器电势、一个运动电势、一个电阻压降构成;0轴分量没有运动电势。(2)写出用dq0坐标系中物理量表示的电磁转矩方程。 解: (其中p为极对数)3写出直流电机电磁转矩的计算公式,并说明转矩系数(转矩常数)中各量的物理意义。解: 其中,p:极对数;Za:电枢表面总导体数;a=:并联支路对数。4画出它励直流电动机的等效电路,并基于此等效电路,利用反电势计算公式,简单推导转速同电枢电流间的关系。解:U=RaIa+E=RaIa+Ce错n=> n=(U-RaIa)/Ce/错5一台四极20 kW、230 V、1500 r/min的并励发电机,电枢回路总电阻Ra=0.156,励磁绕组电阻R错=70.,额定负载时并励回路中串入3.3的调节电阻,铁耗和机械损耗共1kW,杂散损耗为额定功率的1%,试求额定负载时,发电机的输入功率、电磁功率和效率。解:先计算额定电流: 励磁电流: 电枢绕组电流: 电枢回路铜损耗: 励磁回路铜损耗: 电磁功率: 总损耗: 输入功率: 效率:

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