《变压器与电动机》电机扩大机（举一反三考点练）-讲义

举一反三考点练 《变压器与电动机》电机扩大机-讲义 1. 学生能够陈述电机扩大机的基本结构，说出控制绕组、补偿绕组、换向绕组等主要部件的名称、安装位置及其基本作用。 2. 学生能够描述电机扩大机将微弱控制信号放大为强功率输出的两级放大工作过程，并解释补偿绕组对稳定工作的重要性。 3. 学生能够辨识电机扩大机在自动控制系统中的角色，了解其现已被电子放大器替代的发展趋势，并遵守其转向、补偿调节等基本使用注意事项。 知识点一 电机扩大机的基本结构与绕组作用 一、定子结构： 定子铁心由硅钢片叠成，冲片上有大、中、小三种槽形，用于嵌放不同功能的绕组。 图1 电机扩大机结构图 二、绕组： 位于两个大槽内，接收控制信号电压，一般有2～4个绕组，可同时接入多个控制信号。 要改变电动机的转向，就必须改变旋转磁场的转向。旋转磁场的转向取决于通入定子三相绕组电流的相序（即电流达到最大值的先后顺序）。因此，在实际操作中，只需对调接入电动机定子绕组的任意两根电源线，即可改变电流相序，从而改变磁场转向，最终实现电动机的反转。这是一种简单而有效的控制方法。 主要部分位于小槽内，与电枢绕组串联，用于抵消电枢反应产生的去磁磁通，保持主磁通稳定。 换向绕组与交轴助磁绕组位于中槽内，换向绕组与电枢串联，改善直轴换向；交轴助磁绕组接在交轴电刷之间，增强交轴磁场，改善交轴换向。 交流去磁绕组位于两个大槽内，通入工频低电压（1～3V），用于减小剩磁和磁滞回线面积。 图2 绕组布置 三、电枢结构： 电枢上嵌有单叠绕组，换向器上装有互成90°的交轴和直轴两对电刷。 四、工作原理简述： 控制绕组产生直轴磁通 → 电枢旋转在交轴电刷间感应电动势 → 交轴电流产生强交轴磁通 → 在直轴电刷间感应出高电压/功率输出。 图3 原理接线图 图4 定子绕组磁通 电机扩大机的补偿绕组主要作用是（ ） A. 增强控制信号 B. 抵消电枢反应的去磁作用 C. 改善换向性能 D. 减小剩磁 【答案】B 【解析】补偿绕组用于抵消电枢电流产生的去磁磁通，保持主磁通稳定。 1. 交流去磁绕组通常接入的电压是（ ） A. 直流高压 B. 工频1～3V交流 C. 高频脉冲电压 D. 220V交流 【答案】B 【解析】交流去磁绕组为减小剩磁，通常施加工频低电压1～3V。 2. 电机扩大机中，用于改善直轴换向的绕组是（ ） A. 控制绕组 B. 补偿绕组 C. 换向绕组 D. 去磁绕组 【答案】C 【解析】换向绕组与电枢串联，用于改善直轴换向。 3. 控制绕组一般有几个（ ） A. 1个 B. 2～4个 C. 6～8个 D. 10个以上 【答案】B 【解析】控制绕组通常有2～4个，可接收多个控制信号。 1. 交轴助磁绕组接在何处（ ） A. 控制绕组两端 B. 直轴电刷之间 C. 交轴电刷之间 D. 补偿绕组两端 【答案】C 【解析】交轴助磁绕组连接在交轴两个电刷之间，增强交轴磁场。 2. 电机扩大机电枢上嵌放的绕组类型是（ ） A. 双层绕组 B. 单叠绕组 C. 波绕组 D. 分布绕组 【答案】B 【解析】电枢上嵌有单叠绕组，与普通直流发电机类似。 3. 补偿绕组的补偿程度通常调整为（ ） A. 全补偿 B. 过补偿 C. 欠补偿 D. 不补偿 【答案】C 【解析】为保证稳定工作，补偿程度通常调为略低于全补偿的欠补偿状态。 · 电机扩大机结构复杂，包含控制、补偿、换向、去磁等多种绕组，各司其职。 · 补偿绕组用于抵消电枢反应，换向与助磁绕组改善换向。 · 定子槽形与绕组布局共同实现功率放大功能。 知识点二 电机扩大机的工作原理与功率放大 一、工作原理概述： 电机扩大机相当于两级直流发电机共用一个电枢：第一级以控制绕组磁通为磁场，在交轴电刷间产生电动势和电流；第二级以交轴电流产生的强交轴磁通为磁场，在直轴电刷间输出高功率。 二、功率放大过程： 控制绕组输入小功率信号 → 交轴回路产生较大电流 → 交轴磁场增强 → 直轴电刷间感应出高电压大电流 → 实现功率放大。 图5 电机扩大机特性曲线 三、功率放大系数： 定义为输出功率与控制绕组输入功率之比，通常为500～1000，表示放大能力。 四、能量来源： 输出功率的能量来自拖动它的原动机（如异步电动机），并非凭空产生。 五、电刷布置： 交轴电刷位于主磁极中性面，直轴电刷位于主磁极轴线，两对电刷空间垂直。 六、补偿调节： 补偿绕组并联调节电阻，可调整补偿程度，防止过补偿导致不稳定。 七、去磁与剩磁处理： 交流去磁绕组用于减小剩磁，提高控制精度。 电机扩大机的功率放大系数通常为（ ） A. 10～50 B. 100～200 C. 500～1000 D. 2000以上 【答案】C 【解析】功率放大系数一般在500～1000之间，表示高倍放大能力。 1. 电机扩大机输出功率的能量来源是（ ） A. 控制信号 B. 电源直接输入 C. 拖动它的原动机 D. 磁场能量 【答案】C 【解析】输出功率由原动机（如电动机）提供机械能转换而来。 2. 交轴电刷位于何处（ ） A. 主磁极轴线 B. 主磁极中性面 C. 换向极中心 D. 任意位置 【答案】B 【解析】交轴电刷安装在主磁极中性面处，与磁极轴线垂直。 3. 电机扩大机相当于几级直流发电机的串联（ ） A. 一级 B. 两级 C. 三级 D. 四级 【答案】B 【解析】工作原理类似两级直流发电机共用电枢串联工作。 1. 若补偿绕组补偿过度，会导致（ ） A. 输出电压下降 B. 输出不稳定甚至失控 C. 换向恶化 D. 剩磁增加 【答案】B 【解析】过补偿会使输出电压随电流增大而上升，系统不稳定。 2. 直轴电刷连接何处（ ） A. 控制信号 B. 交轴回路 C. 负载 D. 去磁绕组 【答案】C 【解析】直轴电刷与负载相连，输出功率。 3. 控制绕组输入的是（ ） A. 大电流信号 B. 高功率信号 C. 小功率控制信号 D. 机械能 【答案】C 【解析】控制绕组接收小功率控制信号，经放大后输出大功率。 · 电机扩大机通过两级磁电转换实现功率放大。 · 能量来自原动机，电刷布置与补偿调节是关键。 · 功率放大系数高，适用于自动控制系统的信号放大。 知识点三 电机扩大机的特性与使用注意事项 一、空载特性： 指不接负载时，输出电动势随控制磁通变化的曲线，呈现线性段与饱和段，额定工作点设在线性区。 二、外特性： 指转速与控制电流不变时，端电压随输出电流变化的关系，分为全补偿、欠补偿、过补偿三种情况。 补偿磁通完全抵消电枢反应磁通，外特性略微下降，仅由内阻压降引起。 补偿不足，输出电压随电流增大明显下降，外特性下降较快。 补偿过度，输出电压随电流增大而上升，易导致系统不稳定。 三、使用注意事项： 原动机转向必须正确（机壳有箭头标志），否则无法工作。 补偿程度出厂已调好，勿随意调节补偿绕组并联电阻。 现已被晶体管放大电路替代，但仍需了解其原理。 四、强励磁应用： 在过渡过程中可短暂增加控制电流（强励磁），以加快系统响应。 电机扩大机空载特性曲线的线性段用于（ ） A. 饱和工作 B. 额定工作点 C. 过补偿调节 D. 换向改善 【答案】B 【解析】额定工作点设在线性段，保证控制灵敏度。 1. 哪种补偿状态下外特性曲线略微下降（ ） A. 全补偿 B. 欠补偿 C. 过补偿 D. 不补偿 【答案】A 【解析】全补偿时仅内阻压降引起电压轻微下降。 2. 电机扩大机现已逐渐被什么技术替代（ ） A. 液压放大 B. 晶体管放大电路 C. 继电器控制 D. 变频器 【答案】B 【解析】电子技术的发展使晶体管放大电路可替代电机扩大机。 3. 若电机扩大机转向错误，会导致（ ） A. 输出电压升高 B. 无法正常工作 C. 补偿过度 D. 剩磁增加 【答案】B 【解析】转向错误将破坏磁场与电枢感应关系，无法工作。 1. “强励磁”指的是（ ） A. 增大补偿电流 B. 增大控制绕组电流 C. 增大交轴电流 D. 增大去磁电压 【答案】B 【解析】强励磁是短暂增大控制绕组电流，以加快过渡过程。 2. 出厂时补偿程度通常调为 ( ) A. 全补偿 B. 过补偿 C. 欠补偿 D. 随机状态 【答案】C 【解析】为保证稳定，补偿调为略低于全补偿的欠补偿状态。 3. 外特性曲线中，哪种补偿易导致系统失控 ( ) A. 全补偿 B. 欠补偿 C. 过补偿 D. 无补偿 【答案】C 【解析】过补偿会使输出电压随电流上升，系统不稳定易失控。 · 空载与外特性是电机扩大机的重要特性。 · 补偿程度影响外特性形状，使用时需注意转向与补偿调节。 · 现代已多用电子放大替代。 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 $