专题四十七 单相串励电动机（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题四十七 单相串励电动机（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.能准确识别单相串励电动机的核心部件，明确两者“串联”的电路连接关系，且能分别阐述电枢绕组和励磁绕组的核心功能。

2.能完整简述单相串励电动机的工作流程。

3.能清晰描述单相串励电动机“软特性”的具体表现，结合特性判断其适用场景。

4.能结合绕组功能和特性，初步判断常见故障的影响，并能根据实际设备的工况需求。

二、知识点梳理

一、工作原理

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。

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Ф的方向和电枢电流Ia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(Ф=CIa),转矩与电枢电流的平方成正比(T=CtФIa=CtCI2a)。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,通常采用双向品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 20000r/min,实用中转速一般在400~1000r/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

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。

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.（2021年河北省统一考试）单相串励电动机中，励磁绕组的绕制方式应保证（  ）

A. 产生的磁场方向与电枢绕组受力方向垂直

B. 产生的磁场方向与电枢绕组轴线平行

C. 产生的磁场能穿过电枢绕组所在的气隙

D. 产生的磁场与电枢绕组产生的磁场完全抵消

答案：C

解析：励磁绕组的核心作用是产生主磁场，该磁场需穿过电枢绕组所在的气隙，才能使电枢导体在磁场中受力；A、B描述的方向不符合实际结构，D错误（两者磁场应相互作用产生转矩，而非抵消）。

2.（2023年安徽省统一考试）单相串励电动机运行时，若发现转速过高且无法控制，可能的故障原因是（  ）

A. 负载过大

B. 励磁绕组断路

C. 电枢绕组短路

D. 电源电压过低

答案：B

解析：励磁绕组断路时，无法产生主磁场，电枢绕组失去磁场约束，即使有轻微负载，转速也会急剧升高