专题四十七 单相串励电动机（课件）-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

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题四十七 单相串励电动机 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 单相串励电动机的工作原理，重点说明其电枢绕组与励磁绕组的连接方式。 在单相串励电动机的简化结构图中，请指出电枢绕组和励磁绕组的位置。 单相串励电动机的机械特性有何显著特点，基于该特性，说明其为何适用于电动工具，而不适用于要求转速稳定的设备。 考纲解读—考试要求 能在电动机简化结构图中正确识别电枢绕组、励磁绕组的位置，同时阐述两者串联连接对电机磁场的影响。 能清晰说明单相串励电动机“转速随负载减小而急剧升高”的软特性，且能结合该特性判断其适用场景和不适用场景。 能准确简述单相串励电动机的工作原理，明确电枢绕组与励磁绕组的串联连接关系，并解释“电流反向时转矩方向不变”的关键原理。 4 考纲解读—易考题型 在简化结构图中识别电枢绕组、励磁绕组的位置，结合电路说明两者连接关系及对磁场的影响。 实操分析题 工作原理的完整表述、机械特性与应用场景的关联（如为何适用于电动工具） 简答题 电枢绕组与励磁绕组的连接方式、机械特性的核心特点（如负载变化对转速的影响） 选择题 5 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。 一、工作原理 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、工作原理 知识点梳理和重点概念复习 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。 一、工作原理 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。 一、工作原理 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、机械特性 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、机械特性 知识点梳理和重点概念复习 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。 二、机械特性 知识点梳理和重点概念复习 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。 三、电枢绕组 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。 三、电枢绕组 知识点梳理和重点概念复习 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。 四、励磁绕组 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：电刷与换向器接触不良会导致电枢绕组电流不稳定（时断时续），电磁转矩波动，进而使电机转速不稳定，同时可能因接触火花产生刺耳噪声；A、C、D均非该故障的典型现象。 1.单相串励电动机运行时，若电刷与换向器接触不良，会出现的现象是（ ） A. 转速急剧升高 B. 电机发出刺耳噪声，转速不稳定 C. 励磁绕组烧毁 D. 电枢绕组短路 17 常考习题练习与讲解—选择题 答案：D 解析：家用排风扇需稳定的转速以保证排风效果，而单相串励电动机的软特性使其转速随负载波动明显，不适合；A、B、C的工况均适配其特性。 2.下列设备中，不宜采用单相串励电动机的是（ ） A. 电动剃须刀 B. 冲击钻 C. 吸尘器 D. 家用排风扇 18 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：电枢铁芯由硅钢片叠成，主要作用是构成磁通路，减小磁阻，使励磁绕组产生的磁场能更集中地穿过电枢绕组，增强电枢绕组周围的磁场强度，提高转矩效率；A是励磁绕组的作用，C是电枢绕组的作用。 3.单相串励电动机中，电枢铁芯的主要作用是（ ） A. 产生主磁场 B. 减小磁阻，增强电枢绕组周围的磁场 C. 直接产生电磁转矩 D. 固定励磁绕组 19 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：单相串励电动机的转速主要由电源电压、负载和绕组参数决定，与电源频率基本无关，故忽略电枢反应时转速基本不变。 4.单相串励电动机运行时，若电源频率升高，其转速会（ ） A. 显著升高 B. 显著下降 C. 基本不变 D. 先升高后下降 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：因两者串联，电源极性改变时，电枢电流和励磁电流会同时反向，并非始终相同或相反，而是随电源极性同步调整，以保证转矩方向不变。 5.下列关于单相串励电动机电枢绕组和励磁绕组的说法，正确的是（ ） A. 两者的电流方向始终相反 B. 两者的电流方向始终相同 C. 两者的电流方向随电源极性同步变化 D. 两者的电流方向无关联 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：单相串励电动机启动时，电枢电流和励磁电流均较大，根据转矩公式，启动转矩较大；而单相异步电动机启动转矩较小，需辅助绕组改善启动性能，故前者启动转矩更大。 6.单相串励电动机启动时，其启动转矩相较于单相异步电动机通常（ ） A. 更小 B. 更大 C. 基本相等 D. 无法比较 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：负载超过额定值时，电枢电流会持续增大，电流过大导致电枢绕组铜损耗增加，温度升高，长期过载会烧毁绕组；A错误（负载大转速低），C、D也非过载的典型后果。 7.单相串励电动机运行时，若负载持续增大超过额定负载，可能导致（ ） A. 转速急剧升高 B. 电枢绕组过热烧毁 C. 励磁绕组断路 D. 换向器磨损减小 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：单相串励电动机因电枢绕组与励磁绕组串联，且有换向器保证转矩方向，接交流时电流同步反向（转矩方向不变），接直流时电流方向固定（转矩方向也固定），故交直流均可使用，转向一致。 8.下列关于单相串励电动机交直流两用特性的说法，正确的是（ ） A. 仅能接交流电源，不能接直流电源 B. 仅能接直流电源，不能接交流电源 C. 接交流或直流电源均可正常运转，转向不变 D. 接交流或直流电源均可运转，但转向相反 24 常考习题练习与讲解—填空题 答案：额定；额定 解析：额定转速是电机的标准工作参数，需在额定电压和额定负载下测量；空载转速远高于额定转速，不能作为额定参数。 1.单相串励电动机的额定转速是指电机在________电压和________负载下的转速，而非空载转速。 25 常考习题练习与讲解—填空题 答案：励磁绕组；电枢绕组 解析：定子的核心部件是励磁绕组，转子的核心部件是电枢绕组，两者构成电机的核心电磁结构。 2.单相串励电动机定子上的磁极通常绕有________，转子上的铁芯槽内绕有________。 26 常考习题练习与讲解—填空题 答案：增大；增强 解析：负载增大时，需更大转矩克服阻力，导致电枢电流增大，励磁磁场随电流增大而增强，但转速因负载阻力增大而降低。 3.当单相串励电动机的负载增大时，电枢电流会________，励磁磁场会________，转速会随之降低。 27 常考习题练习与讲解—填空题 答案：电枢绕组；励磁绕组 解析：“串励”和“异步”的分类依据不同，前者由电枢绕组与励磁绕组的串联连接定义，后者由转子与旋转磁场的异步转动定义，两者的根本区别在于绕组连接方式。 4.单相串励电动机与单相异步电动机的根本区别在于________与________的连接方式不同。 28 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：换向器的作用是改变电枢绕组的电流方向，而非励磁绕组；励磁绕组电流方向随电源极性同步变化，无需换向器调整，该说法混淆了换向对象。 1.单相串励电动机的换向器能改变励磁绕组的电流方向，保证转矩方向不变。（ ） 29 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：电源电压升高时，串联电路总电阻不变，根据欧姆定律，电枢电流增大，电磁转矩增强，若负载不变，电机转速会显著升高；电压过高可能引发“飞车”风险。 2.单相串励电动机运行时，若电源电压升高，电枢电流会增大，转速也会随之升高。（ ） 30 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：硅钢片具有低磁阻、低铁损耗的特点，叠成电枢铁芯可构成良好的磁通路，减小磁阻，使励磁磁场更集中地穿过电枢绕组，增强电磁效应。 3.单相串励电动机的电枢铁芯由硅钢片叠成，主要目的是减小磁阻，增强磁场。（ ） 31 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：两者的根本区别是电枢绕组与励磁绕组的连接方式，而非电源类型；两者均可使用交流或直流电源，该说法错误。 4.单相串励电动机与单相并励电动机的根本区别在于所使用的电源类型不同。（ ） 32 常考习题练习与讲解—简答题 答案：单相串励电动机的核心是电枢绕组与励磁绕组串联，电流依次通过两绕组。励磁绕组通入电流后产生主磁场，电枢绕组通入电流后，其导体在主磁场中受电磁力；多个导体的受力形成电磁转矩，驱动转子转动。接入交流电时，电枢电流与励磁磁场同步反向，转矩方向不变，因此转子能保持固定方向转动。 1.请简述单相串励电动机的工作原理。 33 常考习题练习与讲解—简答题 答案：单相串励电动机的机械特性为“软特性”，显著特点是转速随负载减小而急剧升高，随负载增大而明显降低，空载时转速极高。 适用设备：电动工具，因手电钻钻孔时负载多变，且需大启动转矩，软特性可适配负载变化，保证钻孔需求。 不适用于设备：家用风扇，因风扇需稳定转速以保证排风效果，软特性会导致转速随负载波动，影响使用。 2.单相串励电动机的机械特性有何特点？该特性使其适用于哪些设备，不适用于哪些设备？请各举一例说明。 34 常考习题练习与讲解—简答题 答案：①电枢绕组：通入电流后，其导体在励磁绕组产生的主磁场中受力，形成电磁转矩，驱动转子转动；②励磁绕组：通入电流后产生主磁场，为电枢绕组导体受力提供必要的磁场环境。 3.单相串励电动机中，电枢绕组和励磁绕组的作用分别是什么？ 35 常考习题练习与讲解—简答题 答案：单相串励电动机能在交流电源下运行，核心原因是其电枢绕组与励磁绕组串联，且配有换向器。交流电源的极性会周期性变化，导致电枢电流和励磁电流同步反向；根据左手定则，电枢导体的受力方向由电流方向和磁场方向共同决定，当两者同时反向时，受力方向保持不变。同时，换向器与电刷配合，能及时改变电枢绕组的电流方向，进一步保证转子在转动过程中转矩方向稳定，因此转子转向不变。 4.为什么单相串励电动机能在交流电源下运行，且转子转向不变？ 36 重点复习知识点： 1.电枢绕组与励磁绕组的串联连接是单相串励电动机的本质特征，电流会依次通过两绕组，因此通过两者的电流大小始终相等。 2.“交流供电下转向不变”的核心原理——交流电源极性变化时，电枢电流与励磁磁场会同步反向，根据左手定则，电枢导体受力方向（转矩方向）保持不变。 3.“软特性”（转速随负载减小急剧升高、随负载增大明显降低）。 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。 课堂小结 37 $