专题四十四 微特电机概述（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

专题四十四 微特电机概述（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.理解电压是电场力做功的度量，电位是相对参考点的势能差，掌握两者关系及计算方法。重点区分电压源与电流源的特性，明确实际电路中电位的测量与分析方法。 2.掌握变压器通过电磁感应实现电压变换的机制，熟练运用匝数比公式k=N1/N2计算变比，理解空载与负载状态下的电压、电流关系，结合额定容量分析实际应用场景。 3.掌握三相变压器Yyn0、Dyn11等联结组的特点，理解铁损（磁滞、涡流）与铜损（绕组电阻发热）的产生原因及影响因素，学会通过实验数据计算效率。 4.理解中性点接地、绝缘防护等安全措施，掌握电压互感器（TV）与电流互感器（TA）的结构、接线原则及使用注意事项，区分其在测量与保护中的不同作用。 二、知识点梳理 微特电机的种类很多，若按电流分类，可分为直流和交流两种。直流微特电机又可分为电机扩大机、伺服电动机和测速发电机三种；交流微特电机可分为自整角机、伺服电动机、测速发电机和步进电动机等。 微特电机与一般旋转电机无原则上的差别，特性也大致相同。但由于用途不同，一般旋转电机着重于启动和运行状态时的力能指标，而微特电机着重于输出量的大小、特性的精确度和快速反应。 微特电机的容量一般从数百毫瓦至数百瓦，在大功率自动控制系统中，容量可达数千瓦。 各种微特电机的用途和功能尽管不同，但它们基本上可分为控制用微特电机和驱动用微特电机两大类。控制用微特电机是用来转换和传递信号的信号元件；驱动用微特电机是用来将电信号转变成输出功率或把电能变为机械能的功率元件。 一、作为控制用的微特电机 1.交直流测速发电机 测速发电机的输出电压精确地与转速成正比，在系统中用来检测转速或进行速度反馈，也可以作为微分、积分的计算元件。 2.自整角机 自整角机一般是两个以上元件对接使用，用于角度数据测量中，输出电压信号的属于信号元件，输出转矩的属于功率元件。 自整角机的基本用途是角度数据传输。作为信号元件时，输出电压是两个元件转子角差的正弦函数。作为功率元件时，输出转矩也近似为两个元件转子角差的正弦函数。在随动系统中作为自整步元件或实现角度传输、变换和接收。 3.旋转变压器 普通旋转变压器都做成一对磁极，其输出电压是转子转角的正弦、余弦或其他函数。主要用于坐标变换、三角运算，也可作为角度数据传输和移相元件使用。 多极旋转变压器，是在普通旋转变压器的基础上发展起来的一种多极的、精度可达角秒级的元件。在高精度解算装置和多通道系统中用作解算和检测元件或实现数模转换。 二、作为驱动用的微特电机 1.交流和直流伺服电动机 交直流伺服电动机在系统中作执行元件，受输入信号控制并能做出快速响应。其启动转矩正比于控制电压，机械特性近于线性，即转速随转矩的增加近似线性下降。使用时，通常经齿轮减速后带动负载，所以又称执行电动机。 2.电机扩大机 电机扩大机可以利用较小的功率输入来控制较大的功率输出，在系统中作为功率放大元件。电机扩大机的控制绕组上所加电压一般不高，励磁电流不大，而输出电势较高，电流较大。 这个作用就是功率放大。放大倍数可达1000～10000倍，可作为自动调节系统中的调节元件用。 3.步进电机 步进电机是一种将脉冲信号转为相应的角位移或线位移的机电元件。当输入一个电脉冲信号时，它就前进一步，输出角位移或线位移量与输入脉冲数成正比，而转速与脉冲频率成正比。在数控机床、加工机械、仪表和办公自动化设备及家用电器等数控系统中作为执行元件而得到广泛应用。如BYJ系列减速永磁式步进电机，应用于空调器产品中，作为出风导向驱动用的关键部件。 4.微型同步电机 微型同步电机具有转速恒定、结构简单、应用方便的特点。应用在自动控制和其他需要恒定转速的仪器上。 5.单相串励电动机(换向器电机) 单相串励电动机是交直流两用的，多数情况下使用交流电源。由于它具有较大的启动转矩和软的机械特性，广泛应用在电动工具中，如手电钻就采用这种电机。 6.电磁调速电动机 电磁调速电动机是采用电磁转差离合器调速的异步电动机。这种电机可以在较大范围内进行无级平滑调速，是交流无级调速设备中最简单适用的一种。在纺织、印染、造纸等轻工业机械中得到广泛应用。 三、微特电机的发展概况 微特电机是电机制造工业中一种新兴电机，它的历史虽短但发展迅速。其品种繁多用途各异，据不完全统计，竟达3000种以上，是普通电机所不可比拟的。在国外，从20世纪30年代开始，随着工业自动化、科学技术和军事装备的发展而迅速发展起来，其使用领域也日益扩大。到了20世纪40年代以后，逐步形成了自整角机、旋转变压器、交直流伺服电动机、交直流测速发电机等一些基本系列。20世纪60年代以后，由于电子技术、航天等科学技术的发展和自动控制系统的不断完善，对控制电机的精度和可靠性提出了更高的要求。控制电机的品种也日益增多。在原有的基础上又系列生产出多极自整角机、多极旋转变压器、感应同步器、无接触自整角机、无接触旋转变压器、永磁式直流力矩电动机、无刷直流伺服电动机、空心杯电枢永磁式直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机等新机种。 目前在自动化系统中，常用数字计算机进行控制，而它的输出设备中又要将数字信号转换成角位移或线位移，即实现数模转换。步进电动机的工作特性完全符合这种要求，因而得到较快发展。在数字计算机输入设备中，采用自整角机或旋转变压器进行模数转换，出现了多相自整角机和多相旋转变压器，以适应这一技术要求。 由于新原理、新技术、新材料、新工艺的发展，使电机在很多方面突破了传统的观念，已研制出一些新原理、新结构的电机。如研制成霍尔效应的自整角机及旋转变压器、霍尔无刷直流测速发电机；利用“压电逆效应”研制出压电直线步进电动机，其步距可达到0.01～5.00μm;利用“介质极化”研制出驻极体电机；利用“磁性体的自旋再排列”研制出光电机、开关磁阻电机，以及在此基础上发展起来的双凸极永磁电机；此外还有电介质电动机、静电电动机、磁致伸缩电机、仿生电机、集成电路电动机等。微特电机的进一步发展，已经不限于一般的电磁理论，而将与其他学科相互结合、相互促进。成为一门多种学科相互渗透的边缘学科。研究微特电机的原理、结构与应用，对21世纪自动化技术、计算机技术的开发与应用将具有广阔的前景。 三、真题练讲 1.(2023年河南省统一考试)若某变压器铭牌标注为“10kV/0.4kV，500kVA”，其变比k应为（ ） A.25:1 B.50:1 C.100:1 D.250:1 答案：A 解析：变比k=U1/U2=10000V/400V=25:1，铭牌标注的线电压直接用于计算。实际应用中需注意，三相变压器变比通常指线电压之比，且变比误差需控制在允许范围内。 2.(2022年山东省统一考试)某车间采用两台800kVA变压器互为暗备用，若总计算负荷为1200kW，功率因数0.8，则单台变压器负载率为（ ） A.60% B.75% C.90% D.100% 答案：B 解析：总视在功率S=P/\cos\phi=1200/0.8=1500kVA，两台变压器总容量1600kVA，单台负载率(1500/2)/800=93.75\%。但暗备用要求单台需承担全部重要负荷，实际负载率应按1200/2/800=75\%计算。 3.(2024年河南省统一考试)电流互感器二次侧严禁开路的原因是（ ） A.产生高电压危及设备安全 B.导致铁芯过热 C.影响测量精度 D.烧毁绕组 答案：A 解析：电流互感器二次侧开路时，一次电流全部转化为励磁电流，铁芯磁通剧增，二次侧感应出数千伏高电压，可能击穿绝缘并危及人员安全。实际操作中需确保二次回路可靠短接。 4.(2025年河北省统一考试)某变压器空载损耗为1.5kW，短路损耗为5kW，当负载率为80%时，总损耗为（ ） A.1.5kW B.5kW C.4.7kW D.6.5kW 答案：C 解析：铁损与负载无关，铜损与负载率平方成正比。总损耗P=1.5+5×(0.8)^2=4.7kW，此计算适用于三相变压器在额定电压下的运行状态。 5.(2021年河南省统一考试)变压器联结组Dyn11表示（ ） A.一次侧三角形接法，二次侧星形接法，相位差30° B.一次侧星形接法，二次侧三角形接法，相位差180° C.一次侧三角形接法，二次侧星形接法，相位差180° D.一次侧星形接法，二次侧三角形接法，相位差30° 答案：A 解析：D表示一次侧三角形接法，yn表示二次侧星形接地，11表示二次侧线电压滞后一次侧30°。此联结组适用于3次谐波突出的场合，可抑制零序电压。 四、限时练讲 1.变压器铁芯采用硅钢片叠压的主要目的是（ ） A.减小涡流损耗 B.降低成本 C.提高机械强度 D.便于加工 答案：A 解析：硅钢片表面绝缘层可切断涡流路径，显著降低铁损。若采用整块铁芯，涡流损耗将增加数十倍。 2.某单相变压器额定电压为220V/110V，额定容量为10kVA，其一次侧额定电流为（ ） A.45.45A B.90.91A C.22.73A D.11.36A 答案：A 解析：一次侧额定电流I1=S/U1=10000/220≈45.45A，计算时需注意单位换算及单相变压器的容量公式。 3.电压互感器运行时二次侧必须（ ） A.短路 B.开路 C.接熔断器 D.接地 答案：D 解析：电压互感器二次侧接地是为了防止绝缘击穿时高压窜入低压侧，危及设备和人员安全。熔断器仅用于过载保护，非必须配置。 4.变压器空载合闸时产生励磁涌流的原因是（ ） A.铁芯磁导率下降 B.合闸瞬间磁通不能突变 C.绕组电阻过大 D.负载突变 答案：B 解析：合闸瞬间铁芯中存在剩磁，与外加磁通叠加导致磁路过饱和，从而产生数倍于额定电流的涌流。涌流会随时间衰减，持续时间与合闸相位有关。 5.某变压器变比为10，当二次侧接10Ω负载时，一次侧等效阻抗为（ ） A.1Ω B.10Ω C.100Ω D.1000Ω 答案：D 解析：等效阻抗Z1=k^2Z2=10^2×10=1000Ω，此公式适用于理想变压器，实际计算需考虑绕组电阻和漏抗的影响。 6.变压器油的主要作用是（ ） A.润滑 B.冷却与绝缘 C.防锈 D.灭弧 答案：B 解析：变压器油通过循环流动带走热量，并填充绕组间隙增强绝缘。灭弧功能主要由断路器实现，非变压器油的主要作用。 7.若变压器二次侧电压比额定值低5%，可能的原因是（ ） A.负载过重 B.一次侧电压过高 C.铁芯硅钢片老化 D.绕组匝数过多 答案：A 解析：负载电流增大导致绕组压降增加，二次侧电压下降。可通过调节分接头或增加并联电容提高电压。 8.三相变压器并联运行的条件不包括（ ） A.联结组标号相同 B.变比相等 C.短路阻抗标幺值相等 D.容量相同 答案：D 解析：容量不同的变压器可并联运行，但负载分配与容量成正比。若容量差异过大，可能导致小容量变压器过载。 9.简述变压器铁损与铜损的区别 答案：铁损是铁芯中磁滞和涡流产生的损耗，与负载无关，仅取决于电压和频率；铜损是绕组电阻发热产生的损耗，与负载电流平方成正比。铁损通过选用高导磁硅钢片降低，铜损通过增大导线截面积减少。 10.说明变压器并联运行的优势及必要条件 答案：优势：提高供电可靠性，可轮流检修；根据负载变化投切变压器，提高运行效率。必要条件：联结组标号相同（相位一致）、变比相等（电压匹配）、短路阻抗标幺值相等（负载分配均衡）。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.重点掌握电压与电位的物理意义、变压器变比公式、铁损与铜损的本质区别。通过思维导图梳理“电磁感应→变压原理→损耗分析→安全应用”的逻辑链，避免孤立记忆知识点。 2.针对变比计算、容量选择、损耗效率等高频考点，分专题练习。例如：变比计算：结合匝数比法、电压比法、额定容量法对比训练；损耗计算：区分空载（铁损）与负载（铜损）的不同场景；等效阻抗：熟练运用公式，结合实际电路分析。 3.通过变压器空载/短路实验，观察电压、电流、功率的变化规律，验证理论公式。例如：空载实验测铁损，短路实验测铜损；变比测量实验中，对比双电压表法与变比电桥法的精度差异。 4.分析农村电网中变压器的配置原则（如Dyn11联结组抑制谐波）、工厂配电系统的经济运行策略（如暗备用的容量选择），培养用理论解决实际问题的能力。 5.计算变比时，注意区分线电压与相电压；分析损耗时，明确铁损与铜损的独立特性；选择题中，警惕“电压互感器二次侧短路”“电流互感器二次侧开路”等易混淆选项。 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 $$