《变压器与电动机》微型同步电机的结构与工作原理 (举一反三考点练）-讲义

举一反三考点练 《变压器与电动机》微型同步电机的结构与工作原理-讲义 1. 能够识别三类微型同步电机的基本结构。 2. 理解各类微型同步电机的工作原理与启动方式。 3.初步具备根据结构特点判断电机类型及应用场合的能力。 知识点一 永磁式微型同步电机的结构类型与特点 一、基本分类： 永磁式微型同步电机按照启动方式可分为三类：异步启动式、磁滞启动式和爪极自启动式。 二、异步启动式特点： 外观结构与异步电动机相似。 转子由永磁体和笼型绕组组成。 笼型绕组提供异步启动转矩，同步运行时作为阻尼绕组。 常见转子结构有星形转子和并联磁路转子。 图1 星形转子 图2 并联磁路 图3 笼型转子轴向安装 三、磁滞启动式特点： 转子在永磁体外层加装磁滞环。 磁滞环采用剩磁大、矫顽力小的硬磁材料。 利用磁滞效应产生启动转矩。 启动后磁滞环与永磁体共同作用，转入同步运行。 四、爪极自启动式特点： 定子为带环形绕组的爪极结构。 转子为径向充磁的永磁体圆环。 没有启动绕组，完全依靠同步转矩启动。 极数多（16-48极），转速低，惯性小。 五、共同特点： 效率和功率因数较高。 输出功率相对较大。 主要用于恒速驱动场合。 不适用于异步运行状态。 永磁式微型同步电机中，哪种类型在外观上与异步电动机最为相似（ ） A. 磁滞启动式 B. 爪极自启动式 C. 异步启动式 D. 反应式 【答案】C 【解析】异步启动式永磁同步电机的外观结构和异步电动机相似，其定子铁心上嵌放三相或单相绕组，转子除永磁体外还有笼型绕组。 1. 磁滞启动式永磁同步电机的磁滞环采用什么特性的材料制成（ ） A. 剩磁小、矫顽力大 B. 剩磁大、矫顽力小 C. 剩磁小、矫顽力小 D. 剩磁大、矫顽力大 【答案】B 【解析】 磁滞环采用"剩磁较大而矫顽力较小的硬磁材料"制成，这种材料特性使其能够产生明显的磁滞效应。 2. 爪极自启动永磁同步电机的转子通常如何充磁（ ） A. 轴向充磁 B. 径向充磁 C. 切向充磁 D. 混合充磁 【答案】B 【解析】爪极自启动永磁同步电机的转子为"永磁体制成的圆环，径向充磁成多个磁极"。 3. 下列哪种永磁同步电机没有笼型绕组和磁滞环（ ） A. 异步启动式 B. 磁滞启动式 C. 爪极自启动式 D. 反应式 【答案】C 【解析】爪极自启动式"没有笼型绕组，也没有磁滞环，不能产生异步转矩或磁滞转矩"，完全依靠同步转矩启动。 1. 永磁式同步电机在运行方面的一个主要限制是什么（ ） A. 不能在低速下运行 B. 不能在高温下运行 C. 不可在异步状态下运行 D. 不能改变转向 【答案】C 【解析】永磁式同步电机"没有启动能力，且不可在异步状态下运行"，这是其工作原理决定的特性。 2. 磁滞启动式电机的磁滞环通常安装在什么位置（ ） A. 定子铁心表面 B. 永磁体内层 C. 永磁体外层 D. 转子轴心 【答案】C 【解析】转子结构图显示，磁滞环位于永磁体的外层，这是磁滞启动式电机的典型结构特征。 3. 哪种永磁同步电机特别适合需要低转速的应用场合（ ） A. 异步启动式 B. 磁滞启动式 C. 爪极自启动式 D. 所有类型都适合 【答案】C 【解析】爪极自启动式"极数很多，可达到16-48级，所以同步转速低"，文档明确说明这种特点使其适合低转速应用。 · 永磁式微型同步电机分为三种启动方式，结构各有特点。 · 异步启动式最接近普通异步电机，磁滞启动式利用磁滞效应，爪极式无启动绕组。 · 三类电机均效率较高，适合恒速驱动但不可异步运行。 知识点二 反应式微型同步电机的工作原理与转子结构 一、基本工作原理： 利用转子直轴与交轴磁阻差异产生转矩。 也称磁阻式同步电机。 定子结构与异步电动机基本相同。 需要外部旋转磁场驱动。 图4 磁阻式同步电机转子冲片 二、转子结构类型： 外反应式：反应槽开在转子外圈，结构简单。 内反应式：反应槽开在转子轴边，性能较好。 内外反应式：结合内外反应槽，磁阻差异最大。 分层式转子：进一步提高磁阻差异，分2极和4极结构。 图5 分层式转子铁心结构 三、单相反应式电机特点： 定子采用罩极结构，有短路环。 转子为凸极式，用硬磁材料制成。 定子磁场旋转带动转子同步运行。 需要启动绕组实现自启动。 4、 启动与运行特性： 不能自行启动，需装启动绕组。 启动转矩由笼型启动绕组产生。 接近同步转速时靠磁阻转矩牵入同步。 正常运行时启动绕组起阻尼作用。 5、 应用优势： 结构简单，成本低廉。 运行稳定可靠，无滑动接触。 可通过改变极对数或电源频率调速。 适用于记录仪表、复印机等设备。 反应式同步电机产生转矩的原理是什么（ ） A. 电磁感应 B. 磁滞效应 C. 磁阻差异 D. 永磁吸引力 【答案】C 【解析】这类电机"是利用转子的交轴和直轴对磁通的反应不同而产生转矩"，即依靠磁阻差异工作。 1. 哪种反应式转子结构具有最大的直轴与交轴磁阻差别（ ） A. 外反应式 B. 内反应式 C. 内外反应式 D. 分层式 【答案】C 【解析】内外反应式"其直轴与交轴的磁阻差别最大"，这是其结构特点决定的。 2. 单相反应式同步电机的定子通常采用什么结构来产生旋转磁场（ ） A. 电容分相 B. 罩极结构 C. 三相绕组 D. 爪极结构 【答案】B 【解析】单相反应式同步电机的说明提到"定子铁心磁极各有一个裂口，在对角的半个磁极铁心上各套一只短路环，如同单相罩极异步电动机"。 3. 反应式同步电机在正常同步运行时，启动绕组起什么作用（ ） A. 提供主要转矩 B. 产生励磁磁场 C. 阻尼绕组作用 D. 调节功率因数 【答案】C 【解析】"笼型绕组在正常运行时起到阻尼绕组的作用"，这有助于电机的稳定运行。 1. 反应式同步电机不能自行启动，需要借助什么实现启动（ ） A. 磁滞环 B. 启动绕组 C. 外部机械推动 D. 变频器 【答案】B 【解析】若要使其自行启动，必须装启动绕组，产生启动转矩。 2. 下列哪种设备最适合使用反应式同步电机（ ） A. 大功率工业泵 B. 高速电主轴 C. 记录仪表 D. 电动汽车 【答案】C 【解析】这种电机适用于"记录仪表、摄影机、录音机及复印机等设备"，这些都是小功率、要求转速稳定的设备。 3. 分层式转子铁心结构的主要目的是什么（ ） A. 降低制造成本 B. 提高机械强度 C. 增大磁阻差异 D. 改善散热性能 【答案】C 【解析】采用分层式结构是为了"进一步提高直轴和交轴的磁阻差"，这是提高电机性能的关键。 · 反应式同步电机依靠转子磁阻差异工作，转子结构分三类，其中内外反应式性能最优。 · 需要启动绕组实现自启动，运行时启动绕组起阻尼作用。 · 结构简单成本低，适用于小型恒速设备。 知识点三 磁滞式同步电机的启动与运行特性 一、基本结构与材料： 定子结构与异步电动机相似。 转子外层为磁滞材料，内层为套筒。 磁滞材料采用铁钴钒系合金等硬磁材料。 转子表面为光滑圆柱体，无凸极。 二、磁滞转矩产生原理： 定子旋转磁场磁化转子材料。 因磁滞特性，转子磁场滞后于定子磁场。 磁场间的相位差产生切向磁拉力。 形成磁滞转矩驱动转子旋转。 三、启动过程特点： 启动时磁滞转矩保持最大值。 转子被反复磁化，磁滞损耗较大。 随着转速提高，磁化频率降低。 接近同步时磁滞损耗最小。 四、运行状态分析： 异步状态：磁滞转矩恒定，转子被交变磁化。 同步状态：转子恒定磁化，磁滞角随负载变化。 最大磁滞转矩在两种状态下相等。 过载时转子可能失步停转。 五、三相与单相区别： 三相电机：圆形旋转磁场，磁滞转矩恒定。 单相电机：椭圆旋转磁场，转矩随转速变化。 单相可采用电容分相或罩极结构。 外转子结构常用于陀螺电机。 六、性能特点与限制： 启动转矩大，能自行牵入同步。 结构简单，运行可靠，适合高速。 效率和功率因数较低。 体积重量相对较大，价格较高。 七、典型应用场合： 120W以下小功率恒速设备。 转动惯量大、启动频繁的场合。 高速磁带驱动装置。 陀螺仪等精密仪器。 磁滞电机的转子外层通常采用什么材料（ ） A. 软磁材料 B. 永磁材料 C. 磁滞材料 D. 非磁性材料 【答案】C 【答案】磁滞电机"转子的有效层由具有显著磁滞特性的硬磁材料制成"，这就是磁滞材料。 1. 磁滞转矩是如何产生的（ ） A. 电磁感应作用 B. 磁阻差异作用 C. 磁场相位差作用 D. 涡流效应作用 【答案】C 【解析】原理图说明，磁滞转矩是由于转子磁场滞后于定子磁场，产生相位差而形成的切向磁拉力。 2. 磁滞电机在什么状态下磁滞损耗最大（ ） A. 同步空载运行时 B. 同步满载运行时 C. 启动加速过程中 D. 失步运行时 【答案】C 【解析】"在电机异步启动状态时，定子磁场以转差频率反复磁化转子材料"，这时磁滞损耗较多。 3. 三相磁滞电机与单相磁滞电机的主要区别在于什么（ ） A. 转子结构不同 B. 磁滞材料不同 C. 旋转磁场形状不同 D. 启动方式不同 【答案】C 【解析】三相电机产生圆形旋转磁场，单相电机一般工作在椭圆磁场状态下，这是两者的本质区别。 1. 磁滞电机的最大磁滞转矩在什么情况下保持不变（ ） A. 只在同步状态下 B. 只在异步状态下 C. 两种状态下都相等 D. 随转速变化而变化 【答案】C 【解析】"不论是异步状态还是同步状态，最大磁滞转矩都是相等的"，这是磁滞电机的重要特性。 2. 磁滞电机最适合下列哪种应用场合 ( ) A. 大功率恒速泵 B. 转动惯量大、启动频繁的设备 C. 需要调速的机床 D. 高温环境下的风机 【答案】B 【解析】磁滞电机特别适宜于"在转动惯量较大、启动频繁、恒转矩、高速驱动装置上使用"。 3. 磁滞电机达到同步转速时，转子的磁化状态如何变化 ( ) A. 被反复磁化 B. 被恒定磁化 C. 完全退磁 D. 反向磁化 【答案】B 【解析】"达到同步转速时，磁化频率消失"，转子被恒定磁化，这与启动时的反复磁化状态不同。 · 磁滞电机利用磁滞材料特性产生转矩，启动转矩大且能自行同步。 · 转子由磁滞环和套筒组成，工作时磁场相位差产生转矩。 · 适合小功率、高启动性能场合，但效率相对较低，体积较大。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $