专题四十五 单相串励电动机(手电钻)（课件）-河南省对口招生《电压与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题四十五 单相串励电动机(手电钻) 《电压与变压器》（第5版） 高教社 考纲解读 知识点梳理和重点概念复习 真题或常考题讲解 内容归纳小结 考纲解读--常见考点 1.工作原理：单相串励电动机交直流两用的原因，串励绕组中电流与主磁通同时反向时转矩方向不变的原理，是核心考查点。 2.机械特性：具有大启动转矩、软特性的特点，负载与转速、转矩的关系，以及转速调节方式（双向晶闸管控制）需重点掌握。 3.电枢绕组：槽数范围（7~16）、节距计算公式（单数Z时y=(Z-1)/2，双数Z时y=(Z-2)/2），叠绕与对绕的区别及优缺点。 4.励磁绕组：两极结构，与电枢串联的连接方式，导线截面积为电枢绕组2倍的原因（电流密度相同下的适配性）。 01 02 03 考纲解读--考试要求 理解其机械特性（启动转矩、软特性）与电钻工作需求的匹配性，解释负载变化对转速和转矩的影响。 会根据电枢铁心槽数（单数或双数）计算绕组节距，区分叠绕式与对绕式绕组的绕法及各自优缺点。 能准确描述单相串励电动机的工作原理，说明电源极性变化时转矩方向不变的原因，及交直流两用的特性。 考查组成部分（如手电钻的核心部件）、机械特性参数（如负载增大时转速变化）、绕组类型特点等。 选择题 简答题 给定电枢槽数（如Z=9），计算绕组节距，需掌握单数、双数槽的不同公式。 实操分析题 阐述单相串励电动机的优缺点，或对比叠绕式与对绕式绕组的差异及适用场景。 考纲解读--易考题型 知识点梳理和重点概念复习--知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 单相串励电动机是交直流两用的，由于交流电源易于获得，大多数情况下都使用交流电源，称为交流串励整流子式电动机。其原理是建立在直流串励电动机的基础上的。在电动工具中广泛应用着，单相手电钻就采用这种电动机，如图8-1所示。单相手电钻主要由交直流两用串励电动机、减速箱、快速切断自动复位手揿式开关、钻轧头等部分组成。 知识点梳理和重点概念复习 一、工作原理 单相串励电动机原理和直流串励电动机一样，原理线路如图8-2(a)所示。励磁绕组和电枢绕组串联，接到直流电源上，根据主磁通φ的方向和电枢电流I。的方向，利用左手定则不难判断转子将在电磁转矩作用下，沿逆时针旋转，这就是直流串励电动机。如果将电源极性反过来，由于是串励，励磁电流和电枢电流同时改变了方向，因此，主磁通和电枢电流方向同时改变，这时转矩方向不变，仍使转子逆时针旋转，这仍然是直流电动机。因此，如果接通直流电源，不管怎么接，电动机旋转方向是不变的，如图8-2(b)所示。 知识点梳理和重点概念复习 当电源极性周期性变化时，主磁通和电枢电流也随之周期性变化，转矩方向仍不变，所以串励直流电动机也可在交流电源上使用。因此，串励式整流子电动机是交直流两用电动机，如图8-2(c)所示。 知识点梳理和重点概念复习 二、机械特性 单相串励电动机的机械特性，不论采用直流电源或交流电源，与普通直流串励电动机特性相似，有大的启动转矩和软的机械特性。其特性曲线如图8-2(d)所示。因为励磁电流的大小与电枢电流相同，主磁通在磁极磁通未饱和时与电枢电流成正比增加(Φ=CIa),转矩与电枢电流的平方成正比。当负载增大时，转速降低，转矩很快增大。这种机械特性最适用于电钻等电动工具的要求。钻小孔时，转矩可以小些，但转速可高一些；钻大孔时，转矩要求大一些，但转速可以低一些。 知识点梳理和重点概念复习 这种电机由于使用交流电源，磁极铁心将受到交变磁通的作用，铁心中将产生涡流损耗和磁滞损耗。为减少这种损耗，铁心采用硅钢片叠成。 这种交直流两用串励电动机有较高的转速，而且不受电源频率的限制，但转速也如直流电动机一样是可以调节的，通常采用双向晶闸管控制其导通角进行调节电源电压调速。轻载时，转速可达20000 r/min,实用中转速一般在400~1000 r/min,所以这类手电钻的电机维修后，要带减速机构一同试车，以防转子高速“飞车”。 这种电动机的缺点是：由于有换向器和电刷，使结构复杂，运行可靠性差，易发生故障，维护检修较难，运行时有火花产生，对广播通信会产生影响。 知识点梳理和重点概念复习 三、电枢绕组 手电钻用串励电动机的电枢铁心槽数Z通常为7~16不等，一般是两个磁极，电枢绕组采用 双层，节距由下式确定，即 Z为单数时 Z为双数时 一般采用短节距，电枢绕组可采用叠绕式和对绕式，叠绕式单数槽和双数槽绕法完全一样。如槽数Z=7,节距y=(7-1)/2=3,绕法如图8-3所示。首先在第1号槽和第4号槽之间绕第一个元件，再在第2号槽和第5号槽间绕第二个元件，如此下去，最后在第7号槽和第3号槽间绕第七个元件。 知识点梳理和重点概念复习 对绕式如图8-4所示。仍以Z=7为例。首先在第1号槽与第4号槽间绕第一个元件，然后在第4号槽和第7号槽之间绕第二个元件，接着在第7号槽和第3号槽之间绕第三个元件，如此下去，最后在第5号槽和第1号槽之间绕第七个元件。 叠绕式绕法简单，但端线长度不一致，转子绕组端部分布不均匀，必须校正动平衡。否则转动时振动严重。由于端线长度不一致，由电刷短路的两条并联支路的电流也不平衡。对绕式可以克服上述缺点，但工艺要求较高。 知识点梳理和重点概念复习 四、励磁绕组 手电钻一般为两极，定子有两个励磁绕组，如图8-5(a)所示。励磁绕组是绕制成形后套在铁心上的，如 图8-5(b)所示。电枢有两条并联支路，励磁绕组同电枢相串联，因而当保持电流密度相同时，励磁绕组导线的截面积要比电枢绕组的导线截面积大，励磁绕组导线截面积一般是电枢绕组导线截面积的2倍。 常考习题练习与讲解--选择题 1.单相串励电动机能交直流两用的关键原因是（ ） A.存在换向器 B.励磁绕组与电枢绕组串联 C.采用硅钢片铁心 D.转速不受电源频率限制 答案：B 解析：串励结构使励磁电流与电枢电流同时反向，主磁通和电枢电流方向同步变化，转矩方向不变，故可交直流两用。 常考习题练习与讲解--选择题 2.当单相串励电动机负载增大时，其转速和转矩的变化为（ ） A.转速升高，转矩减小 B.转速降低，转矩增大 C.转速不变，转矩增大 D.转速降低，转矩减小 答案：B 解析：其机械特性为软特性，负载增大时，电枢电流增大，主磁通增加，转矩随电流平方增大，而转速因反电动势降低而下降。 常考习题练习与讲解--选择题 3.电枢铁心槽数Z=8（双数）时，绕组节距y为（ ） A.3 B.4 C.5 D.6 答案：A 解析：双数Z时节距公式为y=(Z-2)/2，代入Z=8得(8-2)/2=3，故节距为3。 常考习题练习与讲解--选择题 4.单相串励电动机铁心采用硅钢片叠成，主要是为了（ ） A.增强机械强度 B.减小涡流和磁滞损耗 C.提高磁导率 D.降低制造成本 答案：B 解析：交流电源下铁心受交变磁通作用，硅钢片绝缘层切断涡流路径，同时硅钢材料本身降低磁滞损耗。 常考习题练习与讲解--选择题 5.与叠绕式电枢绕组相比，对绕式的优点是（ ） A.绕法简单 B.端线长度一致 C.工艺要求低 D.无需校正动平衡 答案：B 解析：对绕式绕组端线长度一致，转子分布均匀，电流平衡，振动小；叠绕式端线长度不一，需校正动平衡。 常考习题练习与讲解--选择题 6.单相串励电动机的转速调节通常采用（ ） A.改变磁极对数 B.双向晶闸管控制导通角 C.串联电阻 D.改变电源频率 答案：B 解析：其转速不受电源频率限制，常用双向晶闸管调节电源电压（通过控制导通角）实现调速，简单且高效。 常考习题练习与讲解--选择题 7.手电钻励磁绕组导线截面积通常是电枢绕组的2倍，原因是（ ） A.励磁绕组电压更高 B.两者串联，电流相同，需匹配电流密度 C.励磁绕组匝数更多 D.励磁绕组电阻更大 答案：B 解析：励磁绕组与电枢串联，电流相同，保持电流密度相同时，导线截面积需适配，故励磁绕组截面积更大（通常为2倍）。 常考习题练习与讲解--选择题 8.单相串励电动机运行时产生火花的主要原因是（ ） A.转速过高 B.存在换向器和电刷 C.负载过大 D.铁心损耗过大 答案：B 解析：换向器与电刷的机械接触会导致换向瞬间产生火花，这是其结构上的固有特点，也是维护困难的原因之一。 常考习题练习与讲解--填空题 1.单相手电钻主要由交直流两用串励电动机、减速箱、快速切断自动复位手揿式开关和______组成。 答案：钻轧头 解析：手电钻的核心组成包括电动机、减速箱、开关及执行部件钻轧头，钻轧头用于夹持钻头。 常考习题练习与讲解--填空题 2.单相串励电动机轻载时转速可达______r/min，实用中转速一般在400~1000 r/min。 答案：20000 解析：其转速较高且不受电源频率限制，轻载时可达20000 r/min，维修后需带减速机构试车以防“飞车”。 常考习题练习与讲解--填空题 3.电枢绕组采用双层结构，当槽数Z为单数时，节距y的计算公式为______。 答案：y=(Z-1)/2 解析：电枢绕组节距按槽数奇偶区分，单数Z时用y=(Z-1)/2，双数Z时用y=(Z-2)/2，均为短节距。 常考习题练习与讲解--填空题 4.手电钻一般为两极，定子上的两个励磁绕组与电枢绕组的连接方式是______。 答案：串联 解析：单相串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，使励磁电流与电枢电流相同，保证磁通与电流同步变化。 常考习题练习与讲解--判断题 1.单相串励电动机接直流电源时，改变电源极性会导致转子反转。（ ） 答案：错误 解析：串励结构中，电源极性改变时，励磁电流和电枢电流同时反向，主磁通与电枢电流方向同步变化，转矩方向不变，转子转向不变。 常考习题练习与讲解--判断题 2.电枢绕组叠绕式比对绕式的工艺要求更高。（ ） 答案：错误 解析：叠绕式绕法简单，工艺要求低，但端线不均；对绕式可克服其缺点，但工艺要求更高。 常考习题练习与讲解--判断题 3.单相串励电动机的转矩与电枢电流的平方成正比（磁极磁通未饱和时）。（ ） 答案：正确 解析：磁极磁通未饱和时，Φ与电枢电流Iₐ成正比（Φ=CIₐ），转矩T=CᵗΦIₐ=CᵗCIₐ²，故与电流平方成正比。 常考习题练习与讲解--判断题 4.励磁绕组导线截面积比电枢绕组小，可节省材料。（ ） 答案：错误 解析：两者串联，电流相同，为保持电流密度一致，励磁绕组导线截面积更大（通常为电枢的2倍），而非更小。 常考习题练习与讲解--简答题 1.简述单相串励电动机的工作原理。 答案：励磁绕组与电枢绕组串联，接电源后，主磁通与电枢电流相互作用产生转矩。电源极性变化时，两者同时反向，转矩方向不变，故可交直流两用。交流电源下，磁通和电流周期性变化，转矩方向仍不变，实现持续旋转。 常考习题练习与讲解--简答题 2.说明单相串励电动机机械特性的特点及与电钻工作的适配性。 答案：具有大启动转矩和软特性：负载增大时转速降低、转矩剧增。钻小孔时负载小，转速高；钻大孔时负载大，转矩大、转速低，完全匹配电钻不同工况需求，保证工作效率与安全性。 常考习题练习与讲解--简答题 3.对比电枢绕组叠绕式与对绕式的优缺点。 答案：叠绕式绕法简单，但端线长度不一，转子分布不均，需校正动平衡，电流易不平衡。对绕式端线均匀，电流平衡，振动小，但绕制工艺复杂，要求高。 常考习题练习与讲解--简答题 4.为什么单相串励电动机维修后需带减速机构试车？ 答案：其轻载时转速可达20000 r/min，维修后若单独试车，可能因无负载限制出现“飞车”，导致转子损坏。带减速机构可限制转速，确保试车安全。 课堂小结 重点复习知识点： 1.核心原理：单相串励电动机因励磁绕组与电枢串联，电流反向时转矩方向不变，故交直流两用，这是其最关键的特性。 2.机械特性：大启动转矩、软特性适配电钻工作，负载与转速、转矩的反向关系需牢记，转速调节依赖双向晶闸管。 3.绕组要点：电枢绕组节距按槽数奇偶计算，叠绕与对绕的优缺点及适用场景需区分；励磁绕组与电枢串联，截面积为其2倍。 4.应用注意：维修后需带减速机构试车防“飞车”，换向器和电刷带来的维护问题及火花影响需了解，强化理论与实际应用的结合。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 感谢 观看 $$