专题四十五 单相串励电动机(手电钻)（教案）-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)（教案）-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 一、考纲解读 1.重点掌握电路基本物理量（电压、电流、电阻）的计算，理解电磁感应定律的应用。要求能分析变压器通过交变磁通实现能量传递的原理，明确主磁通与漏磁通的区别及对电路的影响。 2.熟悉变压器的铁心结构（壳式、心式）、绕组类型（一次、二次）及极性判别方法。需掌握理想变压器的电压、电流与匝数关系公式（U1/U2=N1/N2、I1/I2=N2/N1），并能推导实际变压器的损耗与效率。 3.理解空载实验与短路实验的目的及数据处理方法。要求能通过实验数据计算变压器的铁损、铜损、短路阻抗等参数，并分析这些参数对变压器运行性能的影响。 4.掌握变压器的接线方式（Y、Δ）及中性点接地的安全要求。需结合实例分析变压器在电力输送中的应用，如高压输电的原理（P=UI，电压升高可降低电流损耗）。 二、知识点梳理 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 三、真题练讲 1.（2023年河南省统一考试）变压器空载运行时，二次绕组输出电压的大小主要取决于（ ）。 A.一次绕组匝数 B.二次绕组匝数 C.铁心材料 D.负载大小 答案：A 解析：空载时二次绕组无电流，输出电压由一次绕组电压与匝数比决定（U2=U1·N2/N1），与负载无关。铁心材料影响损耗，但不直接决定电压大小。 2.（2022年山东省统一考试）三相变压器绕组采用Y接法时，线电压与相电压的关系为（ ）。 A.U线=U相 B.U线=sqrt{3}U相 C.U线=U相/sqrt{3} D.U线=3U相 答案：B 解析：Y接法中，线电压为相电压的√3倍且相位超前30°，这是三相电路的基本特性，与绕组匝数无关。 3.（2024年河南省统一考试）变压器短路实验中，短路电压主要反映（ ）。 A.铁损大小 B.铜损大小 C.励磁阻抗 D.负载阻抗 答案：B 解析：短路实验时，变压器高压侧加低电压使电流达额定值，此时输入功率近似等于额定铜损。短路电压与短路阻抗相关，间接反映绕组电阻损耗。 4.（2021年河北省统一考试）单相变压器一次绕组接220V电源，二次绕组输出36V。若二次绕组匝数为180匝，则一次绕组匝数为（ ）。 A.1100匝 B.990匝 C.550匝 D.220匝 答案：A 解析：根据N1=N2·U1/U2=180·220/36=1100匝。匝数比与电压成正比，计算时需注意单位统一。 5.（2025年河南省统一考试）变压器带感性负载时，二次绕组端电压会（ ）。 A.升高 B.降低 C.不变 D.先升后降 答案：B 解析：感性负载使二次电流滞后电压，电枢反应加剧漏抗压降，导致端电压下降。容性负载则可能使电压升高。 四、限时练讲 1.变压器的铁心采用硅钢片叠压而成，主要目的是（ ）。 A.减小涡流损耗 B.增强磁导率 C.降低成本 D.便于加工 答案：A 解析：硅钢片表面绝缘可切断涡流路径，减少铁心发热。磁导率由材料本身决定，与叠压结构无关。 2.理想变压器的效率为100%，是因为忽略了（ ）。 A.铜损和铁损 B.漏磁通 C.绕组电阻 D.以上都是 答案：D 解析：理想变压器假设无铜损（绕组电阻为0）、无铁损（铁心磁导率无穷大）、无漏磁通（耦合系数K=1），因此效率为100%。 3.变压器极性判别中，直流法的原理是利用（ ）。 A.电磁感应 B.楞次定律 C.欧姆定律 D.基尔霍夫定律 答案：B 解析：开关闭合瞬间，一次绕组电流变化产生磁通，二次绕组感应电动势方向由楞次定律决定，通过万用表指针偏转方向判断同名端。 4.某变压器额定容量为100kVA，一次侧额定电压为10kV，二次侧电压为400V，二次侧额定电流为（ ）。 A.10A B.5.77A C.8.66A D.14.43A 答案：B 解析：二次侧额定电流I2=S/(U2)，则I2=100,000/400=250A。 5.三相变压器并联运行的条件不包括（ ）。 A.变比相等 B.接线组别相同 C.容量相同 D.短路阻抗标幺值相等 答案：C 解析：并联运行需满足变比、接线组别、短路阻抗标幺值一致，但容量可不同（按容量比例分配负载）。 6.变压器空载电流的主要作用是（ ）。 A.建立主磁通 B.产生铁损 C.提供励磁 D.以上都是 答案：D 解析：空载电流包含磁化分量（建立主磁通）和铁损分量（补偿铁心损耗），两者共同构成励磁电流。 7.自耦变压器的特点是（ ）。 A.一、二次绕组有电的联系 B.只能升压 C.效率低于普通变压器 D.必须中性点接地 答案：A 解析：自耦变压器一、二次绕组共用部分线圈，存在电的直接联系，因此不能用于安全隔离。其效率高于普通变压器（无独立绕组损耗）。 8.变压器负载运行时，若负载功率因数为0.8（感性），则一次侧电流与电压的相位关系为（ ）。 A.电流超前电压 B.电流滞后电压 C.同相 D.反相 答案：B 解析：感性负载使二次电流滞后电压，一次电流需补偿该滞后分量，因此一次侧电流也滞后电压。 9.简述变压器的工作原理。 答案：变压器基于电磁感应原理工作。一次绕组接入交流电后，产生交变磁通通过铁心耦合到二次绕组，在二次绕组中感应出电动势（e2=-N2dφ/dt）。若二次侧接负载，则形成电流，实现电能传递。电压变换关系为U1/U2=N1/N2，电流关系为I1/I2=N2/N1。 10.说明短路实验的目的及步骤。 答案：短路实验用于测量变压器的额定铜损和短路阻抗。步骤：将二次绕组短路，一次绕组施加低电压使电流达额定值，记录电压（短路电压）、电流（短路电流）和功率（短路损耗）。通过公式Zk=Uk/Ik、rk=Pk/Ik^2计算参数。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.重点掌握电磁感应定律、理想变压器的电压电流关系公式（U1/U2=N1/N2、I1/I2=N2/N1），并能结合能量守恒推导实际变压器的损耗公式（P损=P铁+P铜）。 2.通过空载实验数据计算铁损（P0≈P铁）和励磁阻抗，通过短路实验数据计算铜损（Pk≈P铜）和短路阻抗。注意实验时的仪表接法（如空载实验电压表接外侧，短路实验电流表接内侧）。 3.针对变压器的电压调整率（∆U%=(U20-U2)/U20×100%）、效率（η=P2/P1×100%）等题型，总结解题步骤，避免混淆公式中的额定值与实际值。 4.分析变压器在电力系统中的应用场景（如高压输电、配电变压器），掌握Y/Δ接线的特点及中性点接地的安全要求。注意区分线电压与相电压、线电流与相电流的计算方法。 5.针对选择题和简答题，设定时间完成练习，重点训练快速提取关键信息的能力（如题目中的“空载”“短路”“感性负载”等关键词），避免因审题失误丢分。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$