专题五十二 电磁调速异步电动机（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 专题五十二 电磁调速异步电动机 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 电磁转差离合器的基本结构组成 并说明各部件的安装位置 电磁调速异步电机的机械特性有什么特点？请指出其在“低速运行时”的关键特性。 电磁转差离合器的调速原理是什么？请结合“电磁感应”和“电磁力”，说明励磁电流变化如何改变输出轴转速。 考纲解读—考试要求 能总结电磁调速异步电机的机械特性特点，并能分析该特性对实际应用的限制。 能结合电磁感应和电磁力原理，完整阐述电磁转差离合器的调速过程。 能准确识别电磁转差离合器的核心结构部件，并清晰描述各部件的安装位置与连接关系。 4 考纲解读—易考题型 转差离合器结构细节、工作原理逻辑、特性分析 简答题 转差离合器结构组成、原理关键参数、电机特性的核心表述 填空题 转差离合器核心结构部件识别、原理关键环节、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 电磁调速异步电动机由单速或多速笼型异步电动机和电磁转差离合器组成。通过控制器可在较广范围内无级调速。它的调速比通常有20:1,10:1,3:1几种。电磁调速电动机以其结构简单,运行可靠,维修方便,适用于纺织、化工、造纸、塑料、水泥和食品等工业,作为恒转矩和风机类等设备的动力源,是交流无级调速设备中较简单的一种,实物图如图8-26(a)所示。 一、转差离合器的基本结构 知识点梳理和重点概念复习 电磁调速电动机的基本结构形式为组合式和整体式。 组合式是把封闭式异步电动机的凸缘端盖与离合器机座组合成为一个整体,如图8-26(b)所示。基本系列为JZT2(1~7号机座)。 整体式是把多速异步电动机的定子压装在离 合器的同一机座内构成一个整体,如图 8-26(e)所示。基本系列为ZTT(1~9号机座)。 一、转差离合器的基本结构 知识点梳理和重点概念复习 电磁调速异步电动机的关键部分是电磁转差离合器。由于应用范围不同,电 磁转差离合器的结构也有所不同。常见的有三种。 1.双电枢式 双电枢式电磁转差离合器的结构如图8-27(a)所示。电枢2由内电枢和外电枢两部分组成,励磁绕组4固定在机壳3的内腔,不需要集电环和电刷。励磁绕组通电后,产生的磁通路径如图中虚线所示。当原动机带动磁极1旋转时,导致磁路上磁阻周期性的变化,在电枢内感应产生涡流,从而产生电磁转矩,使电枢带动从动轴旋转。目前,0.8~10kW的电磁调速异步电动机多采用这种结构的离合器。 一、转差离合器的基本结构 知识点梳理和重点概念复习 2.杯形转子式 杯形转子式电磁转差离合器的结构如图8-27(b)所示。它的电枢2由重量很轻的非磁性材料制成,形状像一个薄形杯子,装在磁极1,磁轭3之间的气隙中,与从动轴相连。磁极与原动机相连,励磁绕组4固定在磁轭内腔,设有集电环和电刷。这种结构的从动轴惯性小,动作快,适合于自动控制中作为执行元件。 一、转差离合器的基本结构 知识点梳理和重点概念复习 3.爪极式 爪极式电磁转差离合器的结构如图8-27(c)所示。电枢2为圆形筒,装在主动轴上,磁极1为爪形结构,两个爪形磁极之间用不导磁的不锈钢隔磁环隔开,并用铆钉铆成一个整体装在从动轴上。托架3为圆环形,固定在端盖上,用以支撑励磁绕组4,并作为磁路的一部分。目前10kW以上的电磁调速异步电动机大多采用这种离合器。 一、转差离合器的基本结构 知识点梳理和重点概念复习 1.电枢和感应子之间建立电磁联系 电磁调速异步电动机的平滑调速是通过电磁转差离合器实现的,电磁转差离合器依靠旋转磁场和感应电流的相互作用产生转矩来传递机械功率。图8-28所示为爪极式电磁转差离合器工作示意图。 二、电磁转差离合器的基本工作原理 知识点梳理和重点概念复习 与原动机1相连的主动轴上装有一个由铁磁材料制成的筒形电枢2与生产机械相连的从动轴(输出轴)6上装磁极4及励磁绕组3组合成的感应子。电枢和感应子之间是 0.5 mm的气隙,与异步电动机的气隙相当。当励磁绕组中没有励磁电流通过时,磁极和输出轴不转动,主动轴与从动轴无任何联系,相当于离合器脱开的情况。当经过滑环5向励磁绕组通以直流励磁电流后,磁极即有磁性,在电磁转差离合器的磁路中建立起磁通,磁通经爪极一气隙一电枢一气隙一爪极而闭合,这就使电枢和感应子之间建立了电磁联系。 二、电磁转差离合器的基本工作原理 知识点梳理和重点概念复习 2.电磁转差离合器工作原理 当原动机拖动电枢以固定转速旋转时,电枢铁心切割磁场产生感应电流(即涡流),涡流的路径和方向如图8-28(a)所示,可用右手定则判断。根据载流导体在磁场中受力原理,电枢上受与其旋转方向相反的电磁力矩,可用左手定则判断。由于电磁力是成对存在的,感应子则受到一个与电枢旋转方向相同的电磁力矩,所以感应子带动生产机械跟着电枢旋转,如图8-28(b)所示。 二、电磁转差离合器的基本工作原理 知识点梳理和重点概念复习 1.电磁调速异步电动机的转速调节 电磁调速异步电动机的速度调节是通过改变励磁绕组的电流来完成的。 转差离合器的特性是软特性,即在一定的励磁电流下,负载增加时,转速急剧下降,励磁电流越小时,转速下降的趋势越严重。这种特性满足了生产机械的要求。 三、电磁调速异步电动机的特性 知识点梳理和重点概念复习 2.利用速度负反馈调速 为了得到较大范围内平滑而稳定的调速,又要有硬的机械特性。实际上采取了一些相应的改善措施。如利用测速发电机进行速度负反馈,转速降低时使励磁电流增加,以保持转速的相对稳定。如图8-29所示,这个系统利用给定的励磁电压信号,和测速发电机输出的转速信号电压U的差值进行控制,即 △U = UL - Uf 三、电磁调速异步电动机的特性 知识点梳理和重点概念复习 假定控制电压△U=△U1时,励磁电流为I1，电磁调速异步电动机的机械特性如图8-29中曲线1所示。当负载转矩由T1增加到T2时,电动机转速将从n1下降到n2，运行点从图中曲线1的a点移到曲线2的b'点。由于转速的降低,测速发电机的输出电压Ut进一步降低,△U相应增大,励磁电流相应增大到I2。所以,由于这个自动调节,电动机的实际运行点不是曲线2的b'而是b点。同理,当负载转矩增加到T3时,电动机实际运行点将是曲线3的c点。将a、b、c各点连起来的曲线就是带速度负反馈的机械特性曲线。 三、电磁调速异步电动机的特性 知识点梳理和重点概念复习 3.调节UL来调节转速 若改变UL值,可得一组平移的特性曲线,如图8-30所示。这就可以达到通过调节U来调节转速的目的。 三、电磁调速异步电动机的特性 知识点梳理和重点概念复习 转差离合器是依靠涡流工作的,涡流损耗使电枢发热。高速工作时,电枢涡流小,离合器的传递效率为80%~85%。低速时,转差率大,涡流也大,发热就多些,传递效率降至高速时的1/5.所以电磁调速异步电动机不宜长时间低速运行。 如要改变输出轴的转动方向,必须改变原动机的转动方向。由于电磁调速异步电动机的主动部分是靠电磁联系的,结构简单、工作可靠、控制功率小,只要改变控制的励磁电流就可以实现平滑调速,因而广泛应用于工业生产设备。 三、电磁调速异步电动机的特性 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：磁极铁芯需导磁性能好、减少磁损耗，硅钢片叠压结构可满足该需求，能增强气隙磁场且降低铁损，故选C。 1.电磁转差离合器中，磁极的铁芯通常采用什么材料？（ ） A. 黄铜 B. 永磁材料 C. 硅钢片 D. 绝缘材料 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：当负载转矩超过最大电磁转矩时，电磁转矩无法平衡负载转矩，输出轴转速会急剧下降，最终停止转动（堵转），这是电机的过载保护临界点，故选C。 2.当电磁调速异步电机的负载转矩超过最大电磁转矩时，会出现（ ） A. 转速升高 B. 转速稳定 C. 堵转（转速急剧降为0） D. 反向转动 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：电磁转差离合器结构仅含电枢、磁极、励磁绕组，无复杂传动部件，成本低、维护方便；A、B、D是其缺点（精度低、低速转矩小、效率低），故选C。 3.电磁转差离合器的优点是（ ） A. 调速精度高 B. 低速时转矩大 C. 结构简单、成本低 D. 效率高 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：电磁转差离合器工作时，电枢与磁极存在转速差，涡流会产生损耗（转差损耗），导致整体效率低于无转差损耗的普通异步电机，故选B。 4.电磁调速异步电机的效率通常（ ）普通异步电机。 A. 高于 B. 低于 C. 等于 D. 无法比较 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：涡流损耗是因电枢与磁极存在转速差（转差）而产生的，属于转差损耗的一部分，是电磁转差离合器效率低的主要原因，故选C。 5.电磁转差离合器中，涡流产生的损耗属于（ ） A. 铁损耗 B. 铜损耗 C. 转差损耗 D. 机械损耗 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：为产生均匀的气隙磁场，磁极需成对设计（N极、S极交替排列），使电枢在转动过程中能持续切割磁感线，稳定产生涡流和转矩，故选B。 6.电磁转差离合器的磁极通常设计为（ ） A. 单个磁极 B. 成对的N极和S极交替排列 C. 仅N极 D. 仅S极 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：励磁电流不变→电磁转矩基本固定；负载增大时，为平衡负载转矩，输出轴转速会降低，体现机械特性“软”的特点，故选B。 7.当电磁转差离合器的励磁电流不变，负载增大时，输出轴的转速会（ ） A. 升高 B. 降低 C. 不变 D. 先升高后降低 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：异步电机的转速由电源频率决定，基本恒定，其核心作用是带动电磁转差离合器的电枢高速转动，为后续调速提供动力基础，不直接驱动负载，故选B。 8.电磁调速异步电机中，异步电机的作用是（ ） A. 直接驱动负载 B. 提供恒定的高速动力 C. 调节励磁电流 D. 检测转速 27 常考习题练习与讲解—填空题 答案：电枢 解析：根据右手定则，电枢切割磁感线产生的涡流方向由电枢转动方向决定；再根据左手定则，涡流在磁场中受的电磁力方向与电枢转动方向一致，该力带动磁极（输出轴）同向转动，保证传动方向一致。 1.电磁转差离合器产生的电磁转矩方向与__________的转动方向一致，确保输出轴与异步电机同向转动。 28 常考习题练习与讲解—填空题 答案：电枢 解析：异步电机的转速由电源频率和极对数决定，运行时基本恒定；其核心功能是作为动力源，带动转差离合器的电枢同步高速转动，为后续通过转差离合器调节输出转速提供基础。 2.电磁调速异步电机中，异步电机的转速基本恒定，其作用是带动电磁转差离合器的__________高速转动。 29 常考习题练习与讲解—填空题 答案：最大电磁转矩 解析：电磁转差离合器的电磁转矩存在最大值（由励磁电流和转速差决定），当负载转矩超过该值时，电磁转矩无法平衡负载转矩，输出轴转速会急剧下降，最终停止转动（堵转），是电机过载的临界状态。 3.当电磁转差离合器的负载转矩超过__________时，输出轴会出现堵转现象。 30 常考习题练习与讲解—填空题 答案：成本低 解析：电磁转差离合器仅含电枢、磁极、励磁绕组三大核心部件，无复杂传动或控制结构，因此成本低、维护方便；但受转差损耗和特性软的影响，存在调速精度低、低速效率低的缺点，需明确其优缺点的对应关系。 4.电磁转差离合器的优点是结构简单、__________，缺点是调速精度低、低速效率低。 31 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：电磁转差离合器工作时存在转速差，电枢产生的涡流会导致转差损耗，这是其效率低的主要原因；普通异步电机无该额外损耗，效率更高，故该说法错误。 1.电磁转差离合器的效率高于普通异步电机，因为其无转差损耗。（ ） 32 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：励磁绕组断路→无励磁电流→气隙无磁场→电枢无涡流→无电磁转矩；输出轴因无驱动力，在负载阻力作用下静止，而非高速转动，故该说法错误。 2.电磁转差离合器的励磁绕组断路时，输出轴会高速转动。（ ） 33 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：电磁调速异步电机低速时转差率大、电磁转矩小，无法承受大负载；起重设备需低速大转矩，不符合其特性，适用于负载变化小、精度要求低的场景（如风机），故该说法错误。 3.电磁调速异步电机适用于低速大负载的起重设备。（ ） 34 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：根据右手定则，电枢转动方向决定涡流方向；再根据左手定则，涡流在磁场中受的电磁力方向与电枢转动方向一致，带动磁极（输出轴）同向转动，确保传动方向正确，故该说法正确。 4.电磁转差离合器产生的电磁转矩方向与电枢转动方向一致。（ ） 35 常考习题练习与讲解—简答题 答案：电磁转差离合器由电枢、磁极、励磁绕组三部分组成，各部件作用如下：①电枢：主动部分，与异步电机转子同轴连接，随其高速转动，在磁场中切割磁感线产生涡流；②磁极：从动部分，与输出轴固定连接，在涡流与磁场的作用下转动，将电磁转矩传递给负载；③励磁绕组：嵌装在磁极上，通入直流电产生恒定气隙磁场，为电磁感应和电磁转矩的产生提供条件。 1.简述电磁转差离合器的基本结构组成及各部件的作用。 36 常考习题练习与讲解—简答题 答案：①励磁绕组通入直流电，在气隙中产生恒定磁场；②异步电机带动电枢高速转动，因电枢与磁极存在转速差，电枢切割气隙磁感线；③根据电磁感应原理，电枢中感应出涡流；④涡流在恒定磁场中受电磁力，该力产生与电枢转动方向一致的电磁转矩；⑤电磁转矩带动磁极转动，通过调节励磁电流改变磁场强弱，即可改变电磁转矩和输出轴转速。 2.结合电磁感应原理，说明电磁转差离合器的基本工作原理。 37 常考习题练习与讲解—简答题 答案：电磁调速异步电机由“异步电机+电磁转差离合器”组成，异步电机转速由电源频率决定，基本恒定，仅负责带动转差离合器的电枢高速转动；调速功能由电磁转差离合器实现：转差离合器的电磁转矩大小与励磁电流成正比（励磁电流增大→磁场增强→涡流增大→转矩增大），在负载不变时，转矩增大则输出轴转速升高，转矩减小则转速降低；因此，核心调速手段是改变电磁转差离合器的励磁电流。 3.电磁调速异步电机为何能实现调速？核心调速手段是什么？ 38 常考习题练习与讲解—简答题 答案：特点：机械特性“软”是指在励磁电流固定时，负载转矩微小变化会导致输出转速大幅变化。产生原因：电磁转差离合器的电磁转矩依赖电枢涡流与磁场的相互作用，励磁电流固定时，磁场强弱不变，转矩大小主要由转速差决定；当负载增大时，需通过大幅降低输出轴转速（增大转速差）来提升涡流和转矩，以平衡负载转矩，最终表现为转速随负载大幅变化，即特性“软”。 4.简述电磁调速异步电机机械特性“软”的特点及产生原因。 39 重点复习知识点： 1.电磁转差离合器三大核心部件及作用——①电枢（主动部分）；②磁极（从动部分）；③励磁绕组。 2.关键步骤：①励磁绕组通直流电，在气隙形成恒定磁场；②电枢随异步电机高速转动，因与磁极存在转速差，切割磁感线产生涡流；③涡流在恒定磁场中受电磁力，形成与电枢转向一致的电磁转矩，带动磁极和输出轴转动。 3.三大核心特性——①机械特性软；②低速特性差；③结构简单成本低。 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 40 $