专题四十三 直流电动机的调速（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 专题四十三 直流电动机的调速 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 调速方式与转速变化关系判断：如给出某调速操作，要求判断电机转速的变化趋势。 调速故障原因与解决：描述实际场景（如“通过增大励磁回路电阻调速，电机转速未明显变化”“电枢回路串电阻调速时，电机转速忽高忽低”），要求分析故障原因。 调速原理与适用场景对比：要求简述某一种或三种调速方式的核心原理，并对比不同方式的适用场景。 考纲解读—考试要求 能结合实际场景，分析应选择的调速方式或故障原因，并针对性提出解决方案。 能清晰阐述任意一种或三种调速方式的工作原理，并能简要说明不同调速方式的关键特点。 能准确区分改变电枢回路电阻、改变电枢端电压、改变励磁回路电阻三种调速方式的核心特征。 4 考纲解读—易考题型 调速原理的完整表述、不同调速方式的特点对比。示例：“简述改变励磁回路电阻调速的工作原理，并说明该调速方式的主要特点 简答题 基础调速原理、转速变化规律的正误判断。示例：增大直流电动机电枢回路串联的电阻，电机转速会降低（√） 判断题 调速方式的特点、适用场景及转速变化的灵活选择。示例：某机床需实现大范围、平滑的转速调节，应优先选择哪种调速方式？（ ） 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 对已经出厂的电动机,它的电枢电阻Ra是一定的,但是可以在电枢回路中串联一个可变电阻RR来调速。原理接线图参见图7-40,与电枢回路串联电阻器RST启动原理接线图相同。但有一点要注意,调速变阻器可以作为启动变阻器用,相反,启动变阻器却不能作为调速用。原因是启动变阻器按短时间接通工作设计的,不能长时间通电使用。 一、改变电枢回路电阻调速 知识点梳理和重点概念复习 根据并励和串励电动机的自然和人工机械特性曲线可知,当负载一定时,在电枢回路串联不同的附加电阻RR能使转速下降,但此法只能分挡将转速调低,是有级调速,如采取滑动变阻器,可实现无级调速。 一、改变电枢回路电阻调速 知识点梳理和重点概念复习 改变电枢回路电阻调速方法的特点是: (1)电动机只能得到比自然机械特性更陡的机械特性,即转速只能调低,且为恒转矩调速。 (2)低速时,调速电阻RR上通过较大的电流,使电动机效率降低。 (3)如果负载稍有变动,电动机的转速就会有较大的变化,对于要求恒转速的负载不利。 这种调速方法的优点是设备简单,多用于负载对转速的稳定性要求不高的设备中,如起重机、电车等。 一、改变电枢回路电阻调速 知识点梳理和重点概念复习 从电动机的机械特性方程可知,提高或降低电枢的端电压,也可相应地提高或降低直流电动机的转速。采用这种方式调速时,应注意保持励磁电流不变,变电枢电压。因此需要可变电压的直流电源。近年来,晶闸管整流设备作为可调电压的直流电源已经普遍使用,采用这种方法调速比较方便。改变电枢电压的机械特性曲线如图7-43 所示。 二、改变电枢端电压调速 知识点梳理和重点概念复习 改变电枢端电压调速方法的特点是: (1)可以平滑调速,且调速范围宽,但构成系统的设备较复杂。 (2)机械特性较硬,转速稳定。 (3)转速只能调低,不能调高,也是恒转矩调速。 二、改变电枢端电压调速 知识点梳理和重点概念复习 从电动机的机械特性方程可知,当U为恒值时,调节励磁电流改变主磁通Φ,也可以调节转速。变磁通调速一般是增大励磁回路电阻,使磁通减小,就使得转速上升。励磁回路串联调速电阻原理图如图7-44所示。 三、改变励磁回路电阻调速 知识点梳理和重点概念复习 在励磁回路中串联一只调速电阻Rp1,当电枢回路附加电阻Rp2=0时,调节励磁回路电阻Rp1，调节转速,其固有(自然)机械特性如图7-45中直线1所示。调速后的直线2、3比自然机械特性升高,可见转速是上升的。 三、改变励磁回路电阻调速 知识点梳理和重点概念复习 从转矩 T=C1ΦIa来看，当转矩T不变，其中Φ减小，则电流Ia必然增大,若调速前Ia已达到额定值，则降低Φ后，Ia就超过额定值，这是不允许的。若调速前Ia低于额定值，当Φ减小时Ia增大，转速升高，输入和输出的功率同时增加，机械效率几乎不变。 三、改变励磁回路电阻调速 知识点梳理和重点概念复习 励磁回路串联电阻调速方法的特点是： (1)可得到无级平滑调速。 (2)励磁电流小能量消耗少,调速范围大,高速等于3~4倍低速。 (3)调速后的机械特性较硬,转速较稳定,属恒功率调速。 缺点是：只能使转速升高,不能获得低于自然机械特性以下的转速。 如果改变电枢电压和改变励磁回路串联电阻调速法配合使用,可以得到很广的调速范围。在调速性能要求较高的机械设备上多采用这种方法。 三、改变励磁回路电阻调速 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：该调速方式仅通过改变励磁回路电阻调节励磁电流，进而改变磁通Φ，最终调节转速，核心是“仅改变Φ”。 1.改变励磁回路电阻调速的核心特点是（ ） A. 调速范围大 B. 仅改变磁通Φ C. 能量损耗大 D. 适用于基速以下调速 16 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：减小励磁回路电阻→励磁电流增大→磁通Φ增大；由转速公式可知，Φ增大时，转速n降低；A、B会使转速升高，D会使转速升高。 2.下列操作中，会使直流电动机转速降低的是（ ） A. 减小电枢回路串联电阻 B. 升高电枢端电压 C. 减小励磁回路电阻 D. 增大励磁回路电阻 17 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：电阻调节过慢时，电阻长时间处于较大阻值状态，电枢电流通过电阻产生大量热量，易导致电阻过热损坏。 3.改变电枢回路电阻调速时，若电阻调节过慢，可能导致（ ） A. 转速突然升高 B. 电阻过热损坏 C. 电机停转 D. 磁通减小 18 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：电压过高→电枢电流过大→超过绕组允许电流，导致绕组烧毁；A会使转速升高，C、D与电压过高无直接关联。 4.改变电枢端电压调速时，若调压装置故障导致电压过高，会（ ） A. 转速降低 B. 电枢电流过大，烧毁绕组 C. 磁通增大 D. 励磁电流减小 19 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：改变电枢回路电阻调速仅需串联可变电阻，设备最简单；A选项改变电枢回路电阻调速损耗最大，B选项改变电枢端电压调速范围最大，D选项改变电枢回路电阻调速不适用于大容量电机。 5.下列关于三种调速方式的对比，正确的是（ ） A. 改变电枢端电压调速损耗最大 B. 改变励磁回路电阻调速范围最大 C. 改变电枢回路电阻调速设备最简单 D. 三种方式均适用于大容量电机 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：基速是电机额定电压、额定磁通下的转速，改变励磁回路电阻调速时，只能通过减小磁通升高转速（超过基速），无法降低转速至基速以下（需通过改变电枢电压）。 6.改变励磁回路电阻调速时，通常用于（ ） A. 降低转速（基速以下） B. 升高转速（基速以上） C. 保持转速不变 D. 任意转速调节 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：负载减轻→电枢电流减小→电阻分压减小→电枢两端实际电压升高；由转速公式可知，电压升高会使转速升高。 7.某直流电动机采用改变电枢回路电阻调速，若负载减轻，转速会（ ） A. 升高 B. 降低 C. 不变 D. 先降低后升高 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：该调速方式下，电枢电压固定时，电枢反电动势随负载变化的幅度小，转速变化也小，因此转速稳定性较好。 8.改变电枢端电压调速时，若负载变化，转速的稳定性会（ ） A. 很差（转速变化大） B. 较好（转速变化小） C. 完全不变 D. 随机变化 23 常考习题练习与讲解—填空题 答案：负载；稳定性 解析：负载变化会导致电枢电流变化，进而影响转速，转速稳定性较差，因此不适用于转速需严格稳定的场合。 1.改变励磁回路电阻调速时，转速随_________的变化较明显，因此不适用于对转速_________要求高的场合。 24 常考习题练习与讲解—填空题 答案：减小；升高 解析：负载减轻→电枢电流减小→电阻分压减小→电枢两端实际电压升高；由转速公式可知，电压升高会使转速升高。 2.直流电动机采用改变电枢回路电阻调速时，若负载减轻，电枢电流减小，串联电阻的分压_________，电机转速会_________。 25 常考习题练习与讲解—填空题 答案：调压 解析：仅通过电源无法直接实现电枢端电压的连续变化，需借助调压装置（如晶闸管调压电路），根据需求平滑调节电压，进而实现平滑调速。 3.改变电枢端电压调速通常需要配套_________装置（如晶闸管），以实现电压的连续调节。 26 常考习题练习与讲解—填空题 答案：改变励磁回路电阻 解析：该方式仅改变励磁回路电流，励磁回路功率远小于电枢回路，电阻损耗极小，因此能量损耗最小，符合节能需求。 4.三种调速方式中，_________调速的能量损耗最小，适用于对节能要求高的场合。 27 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：大型机床电机容量大，且需“大范围、平滑调速”，改变电枢端电压调速具备损耗小、调速范围大、平滑性好的特点，符合需求，该表述正确。 1.大型机床电机需大范围平滑调速时，应优先选择改变电枢端电压调速。（ ） 28 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：串联电阻需承受电枢电流产生的功率，若额定功率不匹配，电阻会因过热烧毁，因此需匹配电机容量，该表述错误。 2.改变电枢回路电阻调速时，串联电阻的额定功率无需匹配电机容量。（ ） 29 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：减小励磁回路电阻→励磁电流增大→磁通增大；由转速公式可知，磁通与转速成反比，因此转速降低，该表述正确。 3.改变励磁回路电阻调速时，若要降低转速，需减小励磁回路电阻。（ ） 30 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：改变电枢端电压调速需配套调压装置（如晶闸管电路），设备成本较高；改变电枢回路电阻调速仅需串联可变电阻，成本最低，该表述错误。 4.三种调速方式中，改变电枢端电压调速的设备成本最低。（ ） 31 常考习题练习与讲解—简答题 答案：工作原理：根据转速公式，在电枢回路串联可变电阻，通过增大或减小电阻改变电枢回路总电阻；电阻增大时，电枢电流减小，转速n降低；电阻减小时，电枢电流增大，转速升高，从而实现调速。主要缺点：①能量损耗大；②转速随负载变化明显（稳定性差）；③仅适用于小范围调速，不适用于大容量电机。 1.简述改变电枢回路电阻调速的工作原理及主要缺点。 32 常考习题练习与讲解—简答题 答案：①能量损耗小：该方式无额外串联电阻，电能主要转化为机械功，无多余损耗，适合大容量电机；②调速范围大：电枢端电压可从0调节至额定电压，对应转速从0调节至基速，调速范围覆盖基速以下全部转速，满足“大范围”需求；③调速平滑性好：可通过晶闸管等调压装置实现电压连续变化，转速连续、稳定调节，符合大容量电机（如机床、轧钢机）对调速精度的要求。 2.为什么改变电枢端电压调速适用于大容量直流电动机的大范围调速？ 33 常考习题练习与讲解—简答题 答案：调速原理：根据转速公式改变励磁回路电阻可调节励磁电流I_f；增大电阻→I_f减小→磁通Φ减小→转速n升高；减小电阻→I_f增大→Φ增大→转速n降低，从而实现基速以上调速。“飞车”成因：若励磁回路开路，I_f=0→Φ趋近于0；由转速公式可知，Φ趋近于0时，转速n会急剧升高（远超额定转速），即“飞车”，会严重损坏电机绕组和机械结构。 3.简述改变励磁回路电阻调速的原理及“飞车”事故的成因。 34 常考习题练习与讲解—简答题 答案：①调速范围：改变电枢回路电阻调速仅适用于小范围调速；改变电枢端电压调速适用于基速以下大范围调速；②能量损耗：改变电枢回路电阻调速有额外串联电阻损耗，损耗大；③平滑性：改变电枢回路电阻调速多为分级调节电阻，转速波动大，平滑性差；改变电枢端电压调速可通过调压装置实现电压连续变化，转速平滑，平滑性好。 4.对比改变电枢回路电阻调速与改变电枢端电压调速的核心区别。 35 重点复习知识点： 1.改变电枢回路电阻调速：适用于小容量、小范围调速，优点是成本低、设备简单，缺点是能量损耗大、调速平滑性差； 2.改变电枢端电压调速：适用于大容量、基速以下大范围平滑调速，优点是无额外损耗、调速平滑，缺点是需专用调压设备； 3.改变励磁回路电阻调速：适用于大容量、基速以上小范围调速，优点是能量损耗小，缺点是存在“飞车”风险，且不能用于基速以下调速。 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 $