《变压器与电动机》电机扩大机（举一反三考点练）课后自练 （卷2）

举一反三考点练 《变压器与电动机》电机扩大机-课后自测 知识点一 电机扩大机的基本结构与绕组作用 1.（简答题）请说明电机扩大机定子上三种槽形（大、中、小）分别用来嵌放哪些主要绕组，并简述它们的作用。 【答案】 电机扩大机定子冲片上的大槽主要用于嵌放控制绕组和交流去磁绕组。控制绕组接收外部控制信号，产生控制磁通，是信号输入端口；交流去磁绕组则通入低压交流电以减小剩磁。中槽内放置换向绕组和交轴助磁绕组，换向绕组用于改善直轴电流的换向，交轴助磁绕组则用来增强交轴磁场，改善交轴换向。小槽内主要嵌放补偿绕组的主体部分，其作用是产生与电枢反应磁通方向相反的磁通，以抵消负载电流带来的去磁效应，保证主磁通的稳定，使扩大机正常工作。 2. （简答题）解释补偿绕组在电机扩大机中的必要性。它为什么必须与电枢绕组串联。 【答案】 补偿绕组的存在是必不可少的，因为当电机扩大机带负载时，电枢绕组中流过的负载电流会产生一个很强的直轴电枢反应磁通，这个磁通与控制绕组产生的主磁通方向相反，具有强烈的去磁作用，会导致电机无法建立正常电压甚至无法工作。补偿绕组与电枢绕组串联，可以确保流过补偿绕组的电流始终与负载电流成正比且同相位。这样，补偿绕组产生的磁通就能实时、准确地抵消电枢反应磁通，从而维持控制磁通的主导地位，保证输出电压的稳定。这种串联连接是实现精确动态补偿的关键。 3. （简答题）交轴助磁绕组和换向绕组的功能有何不同？它们分别被安置在何处。 【答案】 交轴助磁绕组和换向绕组的功能定位不同。换向绕组的主要功能是改善直轴方向的换向性能，因为直轴输出电流较大，容易在换向时产生严重火花。交轴助磁绕组则接在交轴两个电刷之间，其功能是产生一个与交轴磁通同方向的附加磁通，从而增强交轴磁场，使得在产生相同交轴磁通时，所需的交轴电流可以小一些，这有效改善了交轴电刷的换向条件。在结构上，它们通常都被安置在定子的中槽内，与电枢有适当的耦合关系以实现各自的功能。 4. （简答题）交流去磁绕组是如何工作的？在电机扩大机中设置该绕组的目的是什么。 【答案】 交流去磁绕组的工作原理是在定子铁心中施加一个低频交变磁场。通常在该绕组上施加1-3V的工频交流电压，产生一个交变的磁通。这个交变磁通作用于铁心磁路，使铁心的工作点在一个微小的交变磁场中来回循环，从而有效缩小磁滞回线的面积，显著降低铁心的剩磁。设置该绕组的主要目的是为了提高电机的控制精度和响应速度。因为剩磁会使扩大机在控制信号为零时仍有残余输出电压（即无输入时有输出），造成系统误差和动作迟缓，而去磁绕组能有效克服这一缺点。 5. （填空题）为了改善直轴换向，在定子中槽内嵌放了与电枢绕组______的换向绕组。 【答案】串联 6. （填空题）两个大槽之间的铁心形成一对______，而四个中槽之间的铁心形成一对换向极。 【答案】主磁极 知识点二 电机扩大机的工作原理与功率放大 1. （简答题）简述电机扩大机作为“两级放大”设备的工作原理流程。 【答案】 电机扩大机的“两级放大”工作原理流程如下：第一级放大，当控制绕组通入微小电流后，产生直轴控制磁通，旋转的电枢绕组切割此磁通，在与磁极中性面垂直的交轴电刷间感应出一个较小的交轴电动势。由于交轴电刷被短接，该电动势能产生一个较大的交轴电流。第二级放大，这个较大的交轴电流产生一个较强的交轴磁通，电枢绕组再次旋转切割这个强交轴磁通，最终在与主磁极轴线重合的直轴电刷间感应出很高的电动势，从而驱动负载，实现功率的放大。整个过程将小功率的控制信号转化为大功率的电能输出。 2. （简答题）为什么说电机扩大机的功率放大能量来源于拖动它的原动机，而不是控制信号本身。 【答案】 这是因为电机扩大机本质上是一个特殊的直流发电机，它只是实现能量形式和控制信号的转换与放大。控制信号输入的微小功率仅用于建立和控制磁场，并不直接提供输出能量。输出端供给负载的大功率电能，来源于电枢旋转时切割磁力线所产生的电磁感应，而驱动电枢旋转的机械能完全由原动机（如配套的异步电动机）提供。控制信号的作用好比水龙头的开关，它只控制水流（输出功率）的大小和有无，而水流的能量来自水源（原动机）。因此，放大过程不违背能量守恒定律。 3. （简答题）在电机扩大机中，交轴回路（q轴）为什么通常处于短路或低阻抗状态？这样设计有何利弊。 【答案】 交轴回路通常被设计为短路或低阻抗状态，其核心目的是为了让第一级感应产生的、数值并不大的交轴电动势能够产生足够大的交轴电流，从而建立起足够强的交轴磁通，为第二级放大创造条件。这种设计的优点是能够用很小的控制磁通激发出很强的交轴磁通，极大地提高了整机的放大系数和灵敏度。然而，其弊端是交轴电刷会流过较大的短路电流，导致交轴换向条件恶劣，容易产生火花和发热，因此必须额外设置交轴助磁绕组等来改善换向，增加了结构的复杂性。 4. （简答题）解释“功率放大系数”的含义。它的大小主要反映了电机扩大机的什么性能。 【答案】 功率放大系数（Kp）是电机扩大机一个核心的性能指标，其定义为在额定负载下，输出给负载的功率（Pd）与控制绕组输入的功率（Pk）的比值，即 Kp = Pd / Pk。这个系数的大小直接反映了电机扩大机将微小控制信号放大为强大驱动信号的能力。Kp值越大，意味着用越小的控制功率就能指挥越大的输出功率，其放大能力越强，对控制信号的灵敏度越高。通常，电机扩大机的功率放大系数在500到1000之间，这体现了它作为功率放大元件的极高效率。 5. （填空题）电机扩大机的直轴电刷与______相连，用于输出放大后的功率。 【答案】负载 6. （填空题）在直流发电机中，电枢反应使物理中性面顺着________方向偏移。 【答案】直流发电机 知识点三 电机扩大机的特性与使用注意事项 1. （简答题）描述电机扩大机的空载特性曲线，并说明为什么额定工作点通常设定在曲线的线性段。 【答案】 电机扩大机的空载特性曲线是描述在空载、额定转速下，其输出电动势（Ea）随控制绕组磁通（或控制电流）变化的曲线。该曲线大致分为三段：起始段，因接触电阻大，Ea上升缓慢；中间段，Ea与磁通几乎成比例线性增长，是主要工作区；饱和段，因铁心磁路饱和，Ea上升非常缓慢直至基本不变。额定工作点设定在线性段至关重要，因为在此区域，输出能严格跟随输入信号成比例变化，保证了控制的线性度和精度。此外，线性段也为“强励磁”操作提供了空间，允许在过渡过程中短暂大幅增加控制电流以加快系统响应速度，而不会立即进入饱和区导致失效。 2. （简答题）比较电机扩大机在外特性上的三种补偿状态（全补偿、欠补偿、过补偿），并说明通常采用欠补偿状态的原因。 【答案】 外特性反映了输出电压随负载电流变化的关系。全补偿时，补偿磁通完全抵消电枢反应磁通，外特性是一条因内部压降而略微下降的直线，最为理想但难以精确实现且稳定性边缘。欠补偿时，补偿磁通小于电枢反应磁通，外特性是一条下降较快的曲线，输出电压随负载增加而下降，具有自动限流和保护作用，且工作稳定。过补偿时，补偿磁通大于电枢反应磁通，外特性是上升曲线，输出电压随负载增加反而升高，这会导致系统正反馈而极不稳定，容易失控。因此，为保证系统运行的绝对稳定性和安全性，出厂时通常将补偿程度调整为略低于全补偿的欠补偿状态。 3. （简答题）使用电机扩大机时，为什么必须确保原动机的旋转方向正确？如果方向反了会发生什么。 【答案】 必须确保原动机旋转方向正确，是因为电机扩大机内部两对电刷（交轴和直轴）在空间上有严格固定的几何位置关系，其设计是基于特定的旋转方向。机壳上标示的箭头方向即是规定的正确旋转方向。如果旋转方向相反，将导致一系列严重后果：首先，电枢绕组切割磁力线的方向改变，使得交轴和直轴感应电动势的极性发生反转；其次，这会破坏补偿绕组、换向绕组等与电枢电流之间既定的相位补偿关系。最终结果是电机扩大机无法建立正常的输出电压，或者输出特性紊乱、性能急剧恶化，完全不能正常工作，甚至可能损坏相关部件。 4. （简答题）为什么现代自动控制系统中，电机扩大机已逐渐被晶体管放大电路所取代。 【答案】 电机扩大机逐渐被晶体管放大电路取代，主要源于后者在多方面的显著优势。晶体管放大电路无旋转部件和机械换向装置，因此具有寿命长、可靠性高、维护工作量极小的优点。其响应速度远快于机电结构的扩大机，动态性能优异。晶体管电路没有剩磁问题，控制精度更高。在体积、重量和能耗方面，电子放大器也更具优势。此外，它噪音小，易于与其他数字控制电路集成。虽然电机扩大机有过载能力强、功率级别高等特点，但在主流的控制功率范围内，晶体管及集成电路放大器在成本、性能和便利性上已全面超越，成为了技术发展的必然选择。 5. （填空题）电机扩大机的外特性是指，在转速和控制电流不变时，其______随输出电流变化的关系。 【答案】端电压 6. （填空题）为了保证稳定，补偿绕组的补偿程度出厂时已调好，通常处于______补偿状态，不可随意调整。 【答案】欠 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 $ 举一反三考点练 《变压器与电动机》电机扩大机-课后自测 知识点一 电机扩大机的基本结构与绕组作用 1.（简答题）请说明电机扩大机定子上三种槽形（大、中、小）分别用来嵌放哪些主要绕组，并简述它们的作用。 2. （简答题）解释补偿绕组在电机扩大机中的必要性。它为什么必须与电枢绕组串联。 3. （简答题）交轴助磁绕组和换向绕组的功能有何不同？它们分别被安置在何处。 4. （简答题）交流去磁绕组是如何工作的？在电机扩大机中设置该绕组的目的是什么。 5. （填空题）为了改善直轴换向，在定子中槽内嵌放了与电枢绕组______的换向绕组。 6. （填空题）两个大槽之间的铁心形成一对______，而四个中槽之间的铁心形成一对换向极。 知识点二 电机扩大机的工作原理与功率放大 1. （简答题）简述电机扩大机作为“两级放大”设备的工作原理流程。 2. （简答题）为什么说电机扩大机的功率放大能量来源于拖动它的原动机，而不是控制信号本身。 3. （简答题）在电机扩大机中，交轴回路（q轴）为什么通常处于短路或低阻抗状态？这样设计有何利弊。 4. （简答题）解释“功率放大系数”的含义。它的大小主要反映了电机扩大机的什么性能。 5. （填空题）电机扩大机的直轴电刷与______相连，用于输出放大后的功率。 6. （填空题）在直流发电机中，电枢反应使物理中性面顺着________方向偏移。 知识点三 电机扩大机的特性与使用注意事项 1. （简答题）描述电机扩大机的空载特性曲线，并说明为什么额定工作点通常设定在曲线的线性段。 2. （简答题）比较电机扩大机在外特性上的三种补偿状态（全补偿、欠补偿、过补偿），并说明通常采用欠补偿状态的原因。 3. （简答题）使用电机扩大机时，为什么必须确保原动机的旋转方向正确？如果方向反了会发生什么。 4. （简答题）为什么现代自动控制系统中，电机扩大机已逐渐被晶体管放大电路所取代。 5. （填空题）电机扩大机的外特性是指，在转速和控制电流不变时，其______随输出电流变化的关系。 6. （填空题）为了保证稳定，补偿绕组的补偿程度出厂时已调好，通常处于______补偿状态，不可随意调整。 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 $