专题五十三 电机扩大机（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 专题五十三 电机扩大机 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 电机扩大机的核心结构部件：如电枢、换向器、两组定子绕组——控制绕组和补偿绕组。 电机扩大机的主要特性有哪些？请指出其“放大倍数高”和“低速时电枢反应影响大”的特性。 电机扩大机为何能实现“信号放大”功能？ 考纲解读—考试要求 能总结电机扩大机的关键特性，并分析电枢反应对其工作的不利影响。 能结合“电枢反应”和“两级放大”逻辑，完整阐述电机扩大机的信号放大过程。 能准确识别电机扩大机的核心结构部件，并清晰描述关键绕组。 4 考纲解读—易考题型 电机扩大机结构细节、工作原理逻辑、特性分析及改善措施 简答题 电机扩大机结构组成、原理关键环节、特性的核心表述 填空题 电机扩大机核心结构部件识别、关键绕组作用、特性的基础判断 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 电机扩大机一般同笼型异步电动机一起组成电机扩大机组图8-31所示为电机扩大机结构图 。电机扩大机的定子铁心由硅钢片叠压而成,定子冲片有大、中、小三种槽形,如图8-32所示。 一、基本结构 知识点梳理和重点概念复习 1.控制绕组 两个大槽内嵌放控制绕组LK及补偿绕组LB的一部分。控制绕组上一般加控制电压称为控制信号。控制绕组一般有2~4个,以适应同时有几个控制信号输入的情况,如图8-33所示。 一、基本结构 知识点梳理和重点概念复习 2.补偿绕组 小槽内嵌放补偿绕组LB的主要部分。当电机扩大机电枢输出端接到发电机的励磁绕组上作为电机扩大机负载时,电枢绕组中便有电流通过,如图8-34所示。 一、基本结构 知识点梳理和重点概念复习 这些电流产生的磁通Φd对控制绕组中的磁通ΦK有强烈的去磁作用,使电机扩大机无法工作。为了抵消磁通Φd在大槽和小槽中嵌放补偿绕组LB补偿绕组中电流产生的磁通ΦB和控制绕组的磁通ΦK同方向,抵消了Φd的去磁作用,补偿了ΦK由于负载电流Id的变化而引起的改变。补偿绕组与电枢绕组串联。 一、基本结构 知识点梳理和重点概念复习 3.换向绕组和交轴助磁绕组 中槽内嵌放换向绕组LH及交轴助磁绕组(横向绕组)LJ。电机扩大机在直轴方向装有换向绕组,是因为电机扩大机的输出电流较大,为了改善直轴换向而设置的,换向绕组也与电枢绕组串联。交轴助磁绕组接到交轴两个电刷之间,交轴助磁绕组产生的磁通与Φq同方向,使交轴电刷中的电流可以小一些,改善了交轴的换向。 一、基本结构 知识点梳理和重点概念复习 4.交流去磁绕组 两个大槽内的轭部装有交流去磁绕组LQ,目的是为了减小电机扩大机的剩磁和磁滞回线面积。施加工频电压1~3V。 两个大槽之间的铁心形成一对磁极。四个中槽之间的铁心形成一对换向极。电机扩大机的电枢与直流发电机相同。电枢上嵌有单叠绕组,只是在换向器上装有在空间互相垂直的交轴和直轴两对电刷。 一、基本结构 知识点梳理和重点概念复习 一对q1q2放在主磁极中性面处,两电刷连线与磁极轴线正交,称为交轴电刷(两交轴电刷用导线短接)。另一对d1d2放在主磁极轴线位置,称为直轴电刷与负载相连。如图8-34(a)所示,两对电刷装在同一刷杆座上,电刷的位置可以通过刷杆座进行调节。 两个主磁极上嵌放两个绕组,一个是控制绕组LK,与控制信号电压相接,一个是补偿绕组LB,与直轴电刷串联。 电机扩大机的定子、转子冲片及各绕组嵌放位置如图8-34(b)所示。 一、基本结构 知识点梳理和重点概念复习 1.电机扩大机的磁通关系 当原动机把电机扩大机电枢拖动并保持恒速旋转时,向控制绕组LK加上控制电压ULK,控制绕组通电而产生直轴磁通ΦK,在交轴电刷q1q2间产生电动势Eq。这个电动势虽不大,但由于两电刷短接,电流却比较大,这电流叫交轴电流Iq,这比较大的交轴电流产生较强的交轴磁通Фq。电枢绕组切割这个较强的交轴磁通Фq时,在直轴电刷d1d2间产生较大的电动势Ed。依靠这个较大的电动势Ed向负载输出较大的电压,也就输出了较大的功率。这就是电机扩大机的功率放大原理。 二、工作原理 知识点梳理和重点概念复习 2.电机扩大机的工作原理 从工作原理看,电机扩大机如同两台直流发电机串联工作,只是共用一个电枢。 第一台发电机以控制绕组产生的磁通ΦK作为主磁通,在交轴之间得到较小的电动势,利用短接可以得到较大的交轴电流,产生较强的交轴磁通。 第二台发电机是利用这个较强的交轴磁通作为主磁通,在直轴电刷之间得到较大的电动势。 二、工作原理 知识点梳理和重点概念复习 在额定负载时,电机扩大机的输出功率Pd与控制绕组输入功率PK的比值,称为电机扩大机的功率放大系数,即 Kp = 二、工作原理 电机扩大机的功率放大系数通常在500~1000之间。 应该指出,电机扩大机输出功率的增大,其能量完全是由拖动它的原动机供给,否则,功率放大是不可能实现的。 知识点梳理和重点概念复习 1.空载特性 当电机扩大机不接负载时,由交流电动机将电机扩大机拖动到额定转速,其电动势E随控制绕组的磁通的变化关系称为电机扩大机的空载特性。图8-35所示为电机扩大机空载特性曲线。 三、电机扩大机的特性 知识点梳理和重点概念复习 2.外特性 当电机扩大机的转速及其控制绕组上的电流保持不变时,其端电压Ud随输出电流Id的变化关系,称为电机扩大机的外特性。 电机扩大机的外特性可由试验测定。外特性曲线除与电机扩大机中的一些绕组(包括电枢绕组、补偿绕组和换向绕组)上的电压降有关以外,还与补偿绕组对电枢反应的补偿程度有很大关系。根据补偿绕组对电枢反应的补偿程度,通常把电机扩大机的外特性分为三种情况,如图8-36所示。 三、电机扩大机的特性 知识点梳理和重点概念复习 全补偿 补偿绕组的磁通正好抵消电枢反应的磁通,称为全补偿。这时电机扩大机的输出电压随输出电流的变化只与扩大机内部一些绕组上的电压降有关。因此,外特性曲线呈一条稍微下降的曲线。 欠补偿 补偿绕组的磁通小于电枢反应的磁通,称为欠补偿。这时随着输出电流的增加,电机扩大机的输出电压有较大的降低。其外特性曲线是一条下降较快的曲线。 三、电机扩大机的特性 知识点梳理和重点概念复习 (3)过补偿 补偿绕组的磁通大于电枢反应的磁通,称为过补偿。过补偿太强时,随着输出电流的增大,电机扩大机的输出电压有较大的上升。这种特性使扩大机工作不稳定,容易失去控制。为了保证电机扩大机的正常工作,一般补偿绕组的补偿程度都调到低于全补偿的欠补偿状态。这种调整在电机扩大机出厂前已调好。 三、电机扩大机的特性 知识点梳理和重点概念复习 电机扩大机的控制绕组上所加的电压一般不高,励磁电流不大,而输出的电动势较高,电流较大。实质上是输入的功率较小,而输出的功率较大,即输入较小的功率变化,能够引起输出较大的功率变化,这个作用就是功率放大,因此它也称功率放大机。使用电机扩大机时应注意两个问题: ①原动机转向必须正确(机壳上有箭头标示),否则不能正常工作。 ②补偿程度出厂时已调好,不得随意挪动补偿绕组上的变阻器动触点位置。 三、电机扩大机的特性 常考习题练习与讲解—选择题 答案：D 解析：根据右手定则，感应电动势方向与磁场方向和电枢旋转方向均有关，三者共同决定输出绕组感应电动势的方向，故选D。 1.电机扩大机工作时，输出绕组感应电动势的方向由（ ）决定。 A. 控制绕组电流方向 B. 电枢旋转方向 C. 补偿绕组电流方向 D. 以上均有关 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：电机扩大机通过两级放大，功率放大倍数通常可达几千到几万倍，能将毫瓦级的控制功率放大为千瓦级的输出功率，满足驱动大功率负载的需求，故选C。 2.电机扩大机的放大倍数通常可达（ ） A. 几倍 B. 几十到几百倍 C. 几千到几万倍 D. 几十万倍以上 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：控制绕组电流增大→控制磁场增强→电枢感应电动势增大→电枢电流增大→电枢反应磁场增强→主磁场增强→输出绕组感应电动势（输出电压）增大，呈正相关关系，故选A。 3.若电机扩大机的控制绕组电流增大，其输出电压会（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增大后减小 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：电机扩大机是“电磁式放大器”，基于电磁感应和电枢反应原理工作；电子放大器是“电子式放大器”，基于晶体管、集成电路等半导体器件的电流/电压控制特性工作，这是两者的核心区别，故选B。 4.电机扩大机与普通放大器的主要区别是（ ） A. 电机扩大机放大电压，电子放大器放大电流 B. 电机扩大机基于电磁感应工作，电子放大器基于半导体器件工作 C. 电机扩大机放大倍数低，电子放大器放大倍数高 D. 电机扩大机无损耗，电子放大器有损耗 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：电机扩大机的输出特性（负载特性）定义为“在控制信号固定时，输出电压随输出电流（负载）变化的关系”，反映其带负载能力和输出稳定性，故选B。 5.电机扩大机的输出特性是指（ ） A. 控制电流与输出电流的关系 B. 输出电压与输出电流的关系（负载特性） C. 原动机转速与输出电压的关系 D. 补偿电流与电枢电流的关系 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：控制磁场强弱由磁动势（F=NI）决定，增大控制绕组电流（I）可直接增强磁动势，进而增强控制磁场；A会减弱磁场，C、D与控制磁场无关，故选B。 6.电机扩大机中，若要增强控制磁场，可采取的措施是（ ） A. 减少控制绕组匝数 B. 增大控制绕组电流 C. 减小补偿绕组电流 D. 降低原动机转速 27 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：实际应用中，负载电流增大→电枢反应增强，且电枢绕组存在内阻，会产生内阻压降，两者共同导致输出电压减小，体现“输出特性略向下倾斜”的特点，故选C。 7.电机扩大机工作时，若负载电流增大，其输出电压会（ ） A. 不变 B. 增大 C. 减小 D. 先减小后增大 28 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：电机扩大机的电枢不产生驱动转矩，需外部原动机带动旋转以切割磁场；A错误；电枢绕组与输出绕组无串联关系，C错误；电枢绕组会感应电动势并产生电流，D错误，故选B。 8.下列关于电机扩大机电枢的说法，正确的是（ ） A. 电枢仅用于产生电磁转矩 B. 电枢需由外部原动机带动旋转 C. 电枢绕组与输出绕组串联 D. 电枢绕组无电流通过 29 常考习题练习与讲解—填空题 答案：控制信号 解析：输出特性反映带负载能力，需在控制信号固定的前提下分析——控制信号不变，主磁场强弱基本固定，此时输出电压随负载电流的变化趋势（如是否稳定），即为输出特性，无补偿时特性软，有补偿时特性硬。 1.电机扩大机的输出特性（负载特性）是指在__________固定时，输出电压随输出电流（负载）变化的关系。 30 常考习题练习与讲解—填空题 答案：交流电 解析：电枢绕组旋转切割磁场时产生交流电，换向器通过与电刷配合，实时改变电流输出方向，将电枢绕组的交流电转为直流电，避免输出信号交变，保证负载获得稳定的直流驱动信号。 2.电机扩大机的换向器作用是将电枢绕组中的__________转换为直流电，确保输出绕组获得稳定的直流信号。 31 常考习题练习与讲解—填空题 答案：输出绕组 解析：电枢反应的强弱随输出电流（负载）变化，补偿绕组需同步调整补偿磁场——输出电流越大，补偿电流越大，才能有效抵消电枢反应；因此补偿电流取自输出绕组，确保补偿与电枢反应同步。 3.电机扩大机补偿绕组的电流通常取自__________，以实现“负载变化时实时调整补偿磁场”的动态补偿。 32 常考习题练习与讲解—填空题 答案：信号放大 解析：普通直流发电机的功能是能量转换，无信号放大能力；电机扩大机虽需原动机提供机械能，但核心是将微弱控制信号放大为强输出信号，而非单纯的能量转换。 4.电机扩大机与普通直流发电机的核心区别是：前者侧重__________，后者侧重将机械能转化为电能。 33 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：输出绕组需感应强电动势，根据E∝NΦ，匝数越多，电动势越大，因此输出绕组匝数通常比控制绕组“多”；“匝数少”会减弱输出信号，故该说法错误。 1.电机扩大机的输出绕组匝数通常比控制绕组少，以增强输出信号。（ ） 34 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：电枢绕组旋转切割磁场产生交流电，换向器通过电刷配合，实时改变电流输出方向，将交流电转为直流电，确保输出绕组输出稳定的直流信号，故该说法正确。 2.电机扩大机的换向器可将电枢绕组的交流电转换为直流电。（ ） 35 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：输出电流决定电枢反应强弱，补偿电流取自输出绕组，可随输出电流同步变化，确保不同负载下补偿磁场均能抵消电枢反应，实现动态补偿，故该说法正确。 3.补偿绕组的电流若取自输出绕组，可实现对电枢反应的动态补偿。（ ） 36 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：电机扩大机基于“电磁感应+电枢反应”原理工作（电磁式），普通电子放大器基于晶体管、集成电路等半导体器件的电流/电压控制特性工作（电子式），工作原理完全不同，故该说法错误。 4.电机扩大机与普通电子放大器的工作原理相同，均基于半导体器件特性。（ ） 37 常考习题练习与讲解—简答题 答案：①电枢：由外部原动机带动旋转，切割控制磁场感应电动势，产生电枢电流；②换向器：将电枢绕组的交流电转为直流电，确保输出信号稳定；③控制绕组：输入微弱控制电流，产生初始控制磁场，是信号放大的起点；④补偿绕组：通入与输出电流相关的电流，产生反向磁场抵消电枢反应，稳定气隙磁场；⑤输出绕组：在增强后的主磁场中感应大幅值电动势，输出放大后的强电信号。 1.简述电机扩大机的基本结构组成及各核心部件的作用。 38 常考习题练习与讲解—简答题 答案：：①第一级放大：控制绕组通入微弱电流，产生较弱的控制磁场；外部原动机带动电枢恒定旋转，电枢绕组切割控制磁场，根据电磁感应原理感应出小幅值电动势，完成转换；②第二级放大：电枢反应磁场与初始控制磁场叠加，形成更强的主磁场；输出绕组切割主磁场，感应出大幅值电动势，将弱信号放大为能驱动负载的强输出信号，完成放大。 2.结合“两级放大”逻辑，说明电机扩大机的工作原理。 39 常考习题练习与讲解—简答题 答案：电机扩大机工作时，电枢绕组电流会产生电枢反应磁场，导致气隙磁场畸变，使输出电压随负载变化波动，放大精度下降；若不抵消电枢反应，输出信号稳定性差，无法满足精准控制需求，因此需设置补偿绕组。 3.电机扩大机为何需要设置补偿绕组？ 40 常考习题练习与讲解—简答题 答案：电机扩大机的核心特性及影响如下：①放大倍数高：功率放大倍数可达几千到几万倍，能将毫瓦级控制信号放大为千瓦级输出信号，优势是可通过微弱信号精准控制大功率负载（如机床电机），满足自动控制系统需求；②存在电枢反应影响：无补偿时气隙磁场畸变，输出精度下降，需加装补偿绕组才能保障精度，增加了结构复杂度，但补偿后可满足多数工业控制场景。 4.简述电机扩大机的核心特性及各特性对实际应用的影响。 41 重点复习知识点： 1.三大关键特性及实际影响：①放大倍数高，适合微弱信号控制大功率负载；②存在电枢反应，必须加装补偿绕组改善；③输出特性软，需结合补偿绕组或稳速装置，适配负载稳定的场景。 2.三组绕组分工清晰：控制绕组、补偿绕组、输出绕组，需区分各绕组的“输入/补偿/输出”功能定位。 3.“微弱信号→强信号”的放大过程，核心是两步逻辑：①第一级（信号转换）；②第二级（磁场增强与输出）。 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 42 $