专题四十二 直流电动机的启动和反转（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 专题四十二 直流电动机的启动和反转 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 启动方式判断与适用场景：给出某直流电动机的运行参数，要求选出“不宜采用全压启动的情况” 启动故障判断：描述场景，要求分析故障原因。 反转原理与操作：简述直流电动机实现反转的核心原理，并说明具体操作方法。 考纲解读—考试要求 能结合实际场景（如启动时电流过大、电机无法反转等），分析故障可能原因（如启动方式选择不当、反转时误改两个电流方向），并提出正确的解决措施。 能清晰阐述直流电动机反转的核心原理（改变电枢电流方向或励磁绕组电流方向），并准确说明反转的操作要点。 能准确区分全压启动、变阻器启动、降压启动三种启动方式的特点。 4 考纲解读—易考题型 反转原理与启动方式对比的完整表述。示例：“简述直流电动机实现反转的原理及操作注意事项，并说明变阻器启动与降压启动的共同目的。” 简答题 基础概念的正误判断，侧重启动方式特点与反转原理。例如，所有直流电动机均可采用全压启动（ ） 判断题 动方式的适用场景、反转操作要点的灵活选择。（1）工厂中10kW大容量直流电动机启动，应优先选用（ ） 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 直流电动机从接通电源开始,转子转速由静止升高到额定值的过程,称为启动过程。启动过程中,不但转速变化,电流、转矩也在变化。直流电动机有全压启动、变阻器启动和降压启动三种方法。 一、直流电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 1.全压启动 全压启动就是将电动机直接接到额定电压的电源上启动。图7-41所示为并励电动机的全压启动接线图,启动时先合励磁开关S1,以建立起磁场,然后合电枢开关S2进行启动。 一、直流电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 并励电动机全压启动过程时电流与转速的关系曲线如图7-42所示。合闸后,电流ia很快上升到ISTR=U/R,产生启动转矩TST,在启动转矩作用下,电动机开始转动并产生反电动势-E。 一、直流电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 随着转速n升高，-E逐渐增大，电流ia开始下降，电磁转矩也开始下降，于是转速缓慢上升，直到转矩与负载转矩相等时，转速才稳定下来，启动过程结束。 全压启动的优点是不需要其他设备、操作简便，缺点是启动电流大、启动转矩大、对工作机械冲击较大、对电网影响较大，只适用于小型电动机。 一、直流电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 2.变阻器启动 变阻器启动就是在启动时,将一组启动变阻器RST串入电枢回路,以限制启动电流,待转速上升以后,再逐段将启动电阻切除,采取此法启动时的启动电流为 IST = （7-30） 一、直流电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 只要 RST的数值选择适当,就能将启动电流限制在允许值范围内,一般限制在额定电流的2.5倍。 变阻器启动广泛应用于各种中小型直流电动机中,其优点是能根据需要限制启动电流;其缺点是变阻器较笨重,启动过程中消耗很多电能。 一、直流电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 3.降压启动 降压启动就是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的方法,来限制启动电流。降压启动要有一套可变电压的直流电源。目前不少场合已经采用晶闸管电路作为直流电动机的可调电源。电枢回路不必串联启动变阻器,直接与可调电源连接。使电压从零升至额定值,完成启动过程。但要注意,对励磁绕组的电压一开始就要加到额定值,否则启动电流仍很大,启动转矩却很小,以至不能启动。 一、直流电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 使用直流电动机的许多设备,常常要求电动机既能正转,又能反转,如龙门刨床工作台的往复运动、电车的前进和后退等。直流电动机的电磁转矩是由主磁通和电枢电流相互作用而产生的,改变其中任意一个的电流方向,就可以改变电磁转矩的方向。所以要使直流电动机反转的方法有两种:①保持电枢两端电压极性不变,把励磁绕组反接,使通过的励磁电流方向改变;②保持励磁绕组电流方向不变,把电枢绕组反接,使通过它的电流反向。如果两电流方向同时改变，则电动机旋转方向不变。 二、直流电动机的反转 知识点梳理和重点概念复习 由于并励电动机的励磁绕组匝数很多,电感比较大,励磁电流方向改变时,会在绕组中产生很大的自感电动势,在开关处产生火花,损坏开关。实际上,一般都采用改变电枢电流方向的办法来改变电动机的旋转方向。 二、直流电动机的反转 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：启动转矩需克服负载转矩才能让电机转动，若负载过大，启动转矩不足，即使启动电流正常，电机也无法启动；A选项，负载过大不影响启动电流大小；C、D与负载无直接关联。 1.直流电动机启动时，若负载过大，即使采用正确的启动方式，也可能导致（ ） A. 启动电流过小 B. 电机无法启动 C. 电机转速过高 D. 电机立即反转 16 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：反转的核心是改变电枢电流与励磁磁场的相对方向，因此改变两者中任意一个的方向均可实现反转；A、B说法片面；D说法错误，同时改变会导致方向不变。 2.下列关于直流电动机反转的说法，正确的是（ ） A. 只能通过改变电枢电流方向实现反转 B. 只能通过改变励磁电流方向实现反转 C. 改变电枢或励磁电流方向均可实现反转 D. 必须同时改变电枢和励磁电流方向才能反转 17 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：1kW属于小容量直流电机，全压启动产生的电流在允许范围内，无需额外启动设备，操作简单，因此优先选择全压启动。 3.小型直流水泵电机（功率1kW）启动时，应选择（ ） A. 全压启动 B. 变阻器启动 C. 降压启动 D. 自耦变压器启动 18 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：触点接触不良会导致串联的电阻忽大忽小，根据I=U/R，电流也会随之忽小忽大，电机转矩不稳定，出现抖动现象；A、B为正常启动的表现；D与触点无关。 4.变阻器启动中，若变阻器触点接触不良，会导致（ ） A. 启动电流稳定 B. 电机转速平稳上升 C. 启动电流忽大忽小，电机抖动 D. 电机直接反转 19 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：启动转矩与电枢电流成正比，电压过低导致电流过小，转矩不足以克服负载，电机无法启动；A选项，电压低则电流小；C选项，电压低则转速低；D选项，电流小不会触发过载保护。 5.降压启动中，若启动电压过低，会导致（ ） A. 启动电流过大 B. 启动转矩不足，电机无法启动 C. 电机转速过高 D. 电机立即过载保护 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：启动前若励磁回路未接通（开路），会导致“飞车”事故，因此必须检查励磁回路是否正常通电；A选项，电枢电阻不可能为0；C选项，启动前变阻器应全部接入；D选项，启动前电机静止，无反转状态。 6.直流电动机启动前，应检查的关键项目是（ ） A. 电枢电阻是否为0 B. 励磁回路是否接通 C. 变阻器是否完全切除 D. 电机是否处于反转状态 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：降压启动可通过平滑调节电压（如晶闸管调压），使启动电流和转矩缓慢增大，启动过程平稳，无明显冲击；全压启动和直接启动（同一概念）冲击大；变阻器启动电阻调节若不连续，冲击也较大。 7.下列启动方式中，适用于要求启动平稳、无冲击的场合是（ ） A. 全压启动 B. 变阻器启动 C. 降压启动 D. 直接启动 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：转动方向由电枢电流与励磁磁场的相对方向决定，同时改变两者方向，相对方向不变，因此电机保持原方向转动。 8.直流电动机反转时，若操作失误同时改变了电枢和励磁电流方向，电机将（ ） A. 转速变为0 B. 转动方向不变 C. 转速急剧升高 D. 转动方向反向 23 常考习题练习与讲解—填空题 答案：启动转矩 解析：电机启动需满足“启动转矩≥负载转矩”，若负载过大，启动转矩无法克服负载阻力，即使启动电流正常，电机也无法转动。 1.若直流电动机启动时负载过大，即使启动方式正确，也可能因_________不足导致电机无法启动。 24 常考习题练习与讲解—填空题 答案：启动电流 解析：电阻过大时，启动电流Ia=(U-Ea)/(Ra+R变)过小，而启动转矩T=CTΦIa，电流小则转矩小，均无法满足启动需求，导致电机无法转动。 2.变阻器启动中，若变阻器电阻过大，会导致_________过小，电机无法启动。 25 常考习题练习与讲解—填空题 答案：停稳 解析：电机运转时改变电流方向，会瞬间改变电磁转矩方向，产生较大冲击电流，损坏绕组；停稳后操作可避免该问题，更安全。 3.直流电动机反转操作时，为避免冲击电流，应在电机_________后再改变电流方向。 26 常考习题练习与讲解—填空题 答案：限制启动电流 解析：两种启动方式原理不同（降压启动降电压，变阻器启动增电阻），但核心目标一致，均为避免启动电流过大导致电机烧毁、电网波动等问题。 4.降压启动与变阻器启动的共同目的是_________。 27 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：变阻器启动的核心是限制电枢启动电流，因此变阻器应串联在电枢回路中；串联在励磁回路会改变磁通，与限制启动电流无关。 1.变阻器启动中，变阻器应串联在励磁回路中。（ ） 28 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：大容量电机全压启动电流极大（可达额定电流10倍以上），会导致电网电压骤降，影响其他设备；降压启动可有效限制启动电流，保护电网和电机。 2.大容量直流电动机采用降压启动，可避免启动电流过大损坏电网。（ ） 29 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：启动电流大小与负载无关（仅与电枢电压和电阻有关），即使空负载，大容量电机全压启动仍会产生过大电流，需采用限流启动方式（如降压启动）。 3.直流电动机启动时，若负载为零（空负载），则无需采用限流启动方式，可直接全压启动。（ ） 30 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：运转中改变电流方向会产生较大冲击电流，损坏电机绕组，存在安全风险，不能为提高效率而采用该操作；正确做法是待电机停稳后再改变电流方向。 4.直流电动机反转操作时，在电机运转过程中改变电流方向，可提高操作效率。（ ） 31 常考习题练习与讲解—简答题 答案：适用场景：仅适用于容量小（如1kW以下）、启动负载轻的直流电动机（如小型玩具电机、家用小功率水泵电机）。缺点：启动电流极大（为额定电流的5-8倍），可能导致电网电压波动、电机绕组损坏或熔断器熔断。 1.简述直流电动机全压启动的适用场景及缺点。 32 常考习题练习与讲解—简答题 答案：反转原理：直流电动机的转动方向由电磁转矩方向决定，而电磁转矩方向由电枢电流方向和励磁磁场方向共同决定，因此改变电枢电流方向或励磁绕组电流方向，即可改变电磁转矩方向，实现电机反转。 2.直流电动机实现反转的原理是什么？ 33 常考习题练习与讲解—简答题 答案：原因：大容量直流电动机电枢电阻小，全压启动时电枢反电动势为0，启动电流Iq=U/Ra，数值极大（可达额定电流10倍以上），远超电机绕组和电网的承受能力，会导致绕组烧毁、电网电压骤降或熔断器熔断。优先选择：降压启动（如自耦变压器降压、晶闸管调压降压）。 3.为什么大容量直流电动机不宜采用全压启动？应优先选择哪种启动方式？ 34 常考习题练习与讲解—简答题 答案：①启动初期：将变阻器全部电阻串联在电枢回路中，增大总电阻，限制启动电流；②启动过程：随着电机转速升高，电枢反电动势增大，电枢电流自然减小，此时逐渐减小变阻器电阻；③启动完成：电机转速达到额定值后，将变阻器电阻全部切除，电机在额定电压下正常运行。 4.简述变阻器启动的工作过程。 35 重点复习知识点： 1.全压启动仅用于小容量、轻负载电机；变阻器启动适用于中小容量电机；降压启动优先用于大容量电机，核心目的均为限制启动电流，避免设备损坏。 2.反转核心原理是改变电磁转矩方向，具体通过“改变电枢电流方向”或“改变励磁绕组电流方向”实现。 3.电流过大/熔断器熔断：多因“大容量电机误用全压启动”或“变阻器未全部接入”，解决方法为更换为降压启动或变阻器启动。 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 36 $