《变压器与电动机》直流电动机的机械特性与类型应用 (举一反三考点练）-讲义

举一反三考点练 《变压器与电动机》直流电动机的机械特性与类型应用-讲义 1. 学生能够理解并比较并励、串励和复励直流电动机的机械特性（“硬特性”与“软特性”），掌握其特性曲线的基本形状与含义。 2. 学生能够根据负载特性（如转速稳定性要求、启动转矩大小、是否允许空载等），为常见机械设备（如机床、起重机、电车等）初步选择合适的直流电动机类型。 3. 学生树立安全操作意识，明确识别串励电动机“禁止空载运行”等特殊安全规范，理解不同机械特性对设备运行安全的影响。 知识点一 并励电动机的机械特性分析 一、并励电动机的机械特性： 并励电动机的机械特性指的是在额定电压和额定励磁条件下，电动机的转速与转矩之间的关系。 图1 并励电动机的接线原理图 励电动机的自然机械特性是一条略微向下倾斜的直线，这是因为电枢电阻上有电压降，当负载增加时，电枢电流增大，导致转速略有下降。 图2 并励电动机的机械特性曲线 并励电动机的机械特性被称为"硬特性"，因为从空载到额定负载，转速下降的幅度很小，一般只有额定转速的3%到8%。 在电枢回路中串入附加电阻后，机械特性的斜率会增大，转速下降更明显，这时的特性称为"人为机械特性"。 二、理想空载转速： 理想空载转速是指在电磁转矩为零时电动机的理论转速，实际运行时由于存在空载损耗，实际空载转速略低于理想值。 三、并励电动机的调速： 并励电动机的调速可以通过改变电枢电压、电枢回路电阻或励磁电流来实现，其中改变励磁电流是最常用的调速方法。 四、实际应用： 并励电动机运行稳定，不会出现"飞车"现象，适合用于需要恒定转速或转速变化不大的场合。 并励直流电动机的自然机械特性曲线形状大致是（ ） A. 水平直线 B. 略微向下倾斜的直线 C. 抛物线 D. 双曲线 【答案】B 【解析】并励电动机的机械特性方程为n = n0 - βT，其中n0为理想空载转速，β为斜率系数，这是一个线性方程，对应图形是一条略微向下倾斜的直线。 1. 并励电动机从空载到满载，转速变化情况通常是（ ） A. 转速大幅升高 B. 转速大幅下降 C. 转速基本不变 D. 转速略有下降 【答案】D 【解析】并励电动机具有"硬特性"，从空载到满载，转速下降幅度很小，一般为额定转速的3%-8%，所以是"略有下降"。 2. 下列哪种调速方法会使并励电动机机械特性变软（ ） A. 增大励磁电流 B. 减小励磁电流 C. 电枢回路串电阻 D. 提高电源电压 【答案】C 【解析】在电枢回路中串联电阻后，机械特性方程的斜率项增大，特性曲线变陡，机械特性变"软"，负载变化时转速变化更明显。 3. 并励电动机的理想空载转速是指（ ） A. 实际空载运行时的转速 B. 电磁转矩为零时的理论转速 C. 额定负载时的转速 D. 最大负载时的转速 【答案】B 【解析】理想空载转速是理论计算值，对应电磁转矩为零时的转速，实际空载运行时由于存在空载转矩，实际转速略低于理想值。 1. 并励电动机最突出的优点是（ ） A. 启动转矩大 B. 转速稳定性好 C. 允许空载运行 D. 结构简单 【答案】B 【解析】并励电动机的机械特性硬，负载变化时转速变化很小，具有很好的转速稳定性，这是它的主要优点。 2. 下列哪个场合最适合选用并励电动机（ ） A. 起重设备 B. 城市电车 C. 金属切割机床 D. 电梯 【答案】C 【解析】金属切割机床需要稳定的转速以保证加工质量，并励电动机的硬特性正好满足这一要求。 3. 在电枢回路串电阻调速时，电动机的机械特性会（ ） A. 平行上移 B. 平行下移 C. 斜率增大 D. 斜率减小 【答案】C 【解析】串电阻后，机械特性方程中的斜率项系数增大，特性曲线变陡，即斜率增大。 · 并励电动机具有硬机械特性，转速稳定性好。 · 可以通过电枢串电阻、改变电压或调节励磁来调速。 · 适用于需要稳定转速的场合。 知识点二 串励电动机的机械特性与安全注意事项 一、串励电动机： 串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，励磁电流等于电枢电流，磁通随负载电流变化。 图3 串励电动机接线原理图 二、串励电动机的机械特性： 在磁路未饱和时，串励电动机的机械特性近似为双曲线，转速随转矩增大而显著下降，具有"软特性"。 串励电动机的启动转矩很大，因为启动时电流大，磁通也大，产生的电磁转矩与电流的平方成正比。 图4 串励电动机的机械特性曲线 三、实际应用与风险： 串励电动机严禁空载或轻载运行，因为空载时电流很小，磁通也很小，为产生平衡空载转矩所需的电磁转矩，转速会急剧升高，造成"飞车"事故。 "飞车"是极其危险的现象，转速可能超过机械强度的允许值，导致电机损坏甚至人身伤害事故。 串励电动机与负载必须采用刚性联接，禁止使用皮带、链条等可能脱开的传动方式。 串励电动机适用于需要大启动转矩和转速随负载自动调节的场合，如电力机车、起重机等牵引设备。 串励直流电动机最突出的特性是（ ） A. 转速稳定性好 B. 启动转矩大 C. 效率高 D. 结构简单 【答案】B 【解析】串励电动机启动时电流大，磁通也大，电磁转矩与电流平方成正比，因此启动转矩特别大，这是它的突出优点。 1. 串励电动机严禁空载运行的主要原因是（ ） A. 效率太低 B. 可能发生"飞车"事故 C. 发热严重 D. 功率因数低 【答案】B 【解析】空载时电流小、磁通小，为产生平衡空载转矩所需的电磁转矩，转速会急剧升高至危险值，这就是"飞车"现象。 2. 串励电动机与负载的联接应该采用（ ） A. 皮带传动 B. 链条传动 C. 齿轮直接传动 D. 任何方式都可以 【答案】C 【解析】必须采用齿轮等刚性联接，防止传动部件脱开造成实际空载运行，引发飞车事故。 3. 串励电动机在轻载时，转速变化的特点是（ ） A. 基本不变 B. 略有升高 C. 大幅升高 D. 大幅下降 【答案】C 【解析】串励电动机具有软特性，轻载时转速很高，负载越轻转速越高，空载时转速会趋于无穷大（理论上）。 1. 下列哪个场合最适合选用串励电动机（ ） A. 通风机 B. 电力机车 C. 水泵 D. 纺织机械 【答案】B 【解析】电力机车需要大的启动转矩和上坡能力，同时车速能随负载自动调节，串励电动机的特性正好满足这些要求。 2. 串励电动机的机械特性曲线形状大致是（ ） A. 水平直线 B. 略微下倾的直线 C. 抛物线 D. 双曲线 【答案】D 【解析】在磁路不饱和时，串励电动机的机械特性方程为n = C1U/√T - C2，对应图形是双曲线形状。 3. 当串励电动机磁路饱和后，其机械特性趋向于（ ） A. 更软的特性 B. 更硬的特性 C. 水平特性 D. 不确定 【答案】B 【解析】磁路饱和后，磁通基本不随电流变化，特性接近并励电动机，变得相对较硬。 · 串励电动机具有软特性和大启动转矩，但严禁空载运行以防飞车。 · 必须与负载刚性联接。 · 适用于牵引和起重设备。 知识点三 复励电动机与其他类型电动机的应用选择 一、复励电动机： 复励电动机既有并励绕组又有串励绕组，通常接成积复励形式，即两个绕组的磁势方向相同。 图5 复励电动机的接线原理图 二、积复励电动机的机械特性： 积复励电动机的机械特性介于并励和串励电动机之间，既有较好的启动性能，又有一定的转速稳定性。 以并励为主的复励电动机特性接近并励电动机，但启动转矩比纯并励电动机大，空载时不会飞车。 以串励为主的复励电动机特性接近串励电动机，启动转矩很大，但空载时转速不会无限升高，安全性较好。 三、他励电动机： 他励电动机的励磁绕组由独立电源供电，调速范围宽，控制灵活，适用于需要精密调速的场合。 四、电动机的选择： 选择电动机类型时，主要考虑负载的机械特性要求：需要稳定转速的选并励，需要大启动转矩的选串励，需要折中特性的选复励。 实际应用中还要考虑设备的工作环境、控制要求、维护条件和经济性等因素。 复励电动机同时装有并励和串励绕组的主要目的是（ ） A. 提高效率 B. 改善机械特性 C. 简化结构 D. 降低成本 【答案】B 【答案】复励电动机通过同时采用两种励磁方式，使机械特性介于并励和串励之间，兼具两者的优点，改善综合性能。 1. 积复励电动机在空载时的运行特点是（ ） A. 转速极高 B. 转速极低 C. 转速稳定 D. 无法运行 【答案】C 【解析】由于有并励绕组的存在，空载时仍有足够的磁通，不会出现串励电动机那样的飞车现象，转速保持稳定。 2. 下列哪种电动机的调速范围最宽（ ） A. 并励电动机 B. 串励电动机 C. 他励电动机 D. 复励电动机 【答案】C 【解析】他励电动机的励磁和电枢分别控制，可以实现电枢调压和弱磁调速相结合，获得很宽的平滑调速范围。 3. 起重机提升机构最适合选用（ ） A. 并励电动机 B. 串励电动机 C. 他励电动机 D. 以串励为主的复励电动机 【答案】D 【解析】起重机需要大的启动转矩，又可能空载或轻载运行，以串励为主的复励电动机既满足转矩要求，又保证空载安全。 1. 龙门刨床的工作台驱动最适合选用（ ） A. 并励电动机 B. 串励电动机 C. 他励电动机 D. 复励电动机 【答案】C 【解析】龙门刨床需要宽范围、平滑的调速性能，他励电动机的独立控制特性最适合这种要求。 2. 以并励为主的复励电动机，其机械特性最接近 ( ) A. 纯并励电动机 B. 纯串励电动机 C. 他励电动机 D. 无法确定 【答案】A 【解析】当并励绕组起主要作用时，电动机的特性以并励特性为主，转速稳定性较好，但启动转矩比纯并励大。 3. 选择电动机类型时，首要考虑的因素是 ( ) A. 价格 B. 负载的机械特性要求 C. 外观 D. 重量 【答案】B 【解析】电动机是为负载服务的，必须首先满足负载的机械特性要求，如转速稳定性、启动转矩、调速范围等。 · 复励电动机综合了并励和串励的优点。 · 他励电动机调速性能最好。 · 选择电动机要依据负载特性和工作要求综合考虑。 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 $