《变压器与发动机》直流电动机基本工作原理与运行特性（举一反三考点练）课后自测（卷2）

举一反三考点练 《变压器与电动机》直流电动机基本工作原理与运行特性-课后自测 知识点一 直流电动机的基本结构与工作原理 1.（简答题）简述直流电动机的主要组成部分及各部分的作用。 2. （简答题）解释直流电动机中反电动势的概念及其产生原理。 3. （简答题）说明换向器在直流电动机工作过程中的重要性。 4. （简答题）描述直流电动机起动时为何不能直接接入额定电压。 5. （填空题）直流电动机将________能转换为________能。 6. （填空题）电动机转动时，其电枢绕组切割磁感线会产生与电源电压方向相反的________。 知识点二 直流电动机的功率与转矩平衡关系 1. （简答题）简述直流电动机运行时存在哪些主要的功率损耗。 2. （简答题）解释什么是直流电动机的“电磁功率”，它在能量转换链中处于什么位置。 3. （简答题）说明直流电动机稳定运行的条件是什么，并用转矩平衡关系解释。 4. （简答题）对比分析电动机轻载运行与满载运行时，其效率的变化及原因。 5. （填空题）直流电动机的功率平衡方程式表明，输入电功率等于输出机械功率与________之和。 6. （填空题）电动机轴上的总电磁转矩必须与________转矩和________转矩之和相平衡。 知识点三 直流电动机的启动过程与反电动势的影响 1. （简答题）详细解释为什么直流电动机在起动瞬间电流会非常大。 2. （简答题）列举并简要说明两种限制直流电动机起动电流的常用方法。 3. （简答题）描述反电动势在电动机从起动到正常运行过程中的动态变化及其作用。 4. （简答题）分析如果直流电动机在运行中负载突然加大，反电动势如何调节电枢电流以适应新的需求。 5. （填空题）直流电动机起动时必须在电枢回路中串联________，以限制过大的起动电流。 6. （填空题）电动机转速越高，其产生的反电动势越________，这会导致电枢电流自动________。 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》直流电动机基本工作原理与运行特性-课后自测 知识点一 直流电动机的基本结构与工作原理 1.（简答题）简述直流电动机的主要组成部分及各部分的作用。 【答案】 直流电动机主要由定子和转子两大部分构成。定子部分包括主磁极、机座和电刷装置，其作用是产生恒定主磁场并提供机械支撑。转子部分又称电枢，包括电枢铁心、电枢绕组和换向器，其作用是通入电流后在磁场中产生电磁转矩而旋转。此外，换向器与电刷配合工作，在转子转动时自动改变电枢绕组中电流的方向，确保电磁转矩方向始终一致，使电动机能够持续单向旋转。 2. （简答题）解释直流电动机中反电动势的概念及其产生原理。 【答案】 当直流电动机的电枢在磁场中旋转时，其绕组导体会切割磁感线，从而在电枢绕组内部产生一个感应电动势，这个电动势被称为反电动势。根据电磁感应定律，闭合导体在磁场中做切割磁感线运动就会产生感应电动势。在电动机中，这个电动势的方向与外部所加的电源电压方向相反，因此称为“反”电动势。它的大小与电动机的转速和主磁通成正比。 3. （简答题）说明换向器在直流电动机工作过程中的重要性。 【答案】 换向器是直流电动机中一个至关重要的部件，它由许多相互绝缘的铜片组成，固定在转轴上并与电枢绕组相连。其核心作用是通过与固定电刷的滑动接触，在电枢绕组导体从一个磁极下转到另一个磁极下的瞬间，自动改变该绕组中电流的方向。这一过程保证了每一根导体在特定磁极下所受电磁力的方向始终保持不变，从而产生持续、方向恒定的电磁转矩，驱动电动机朝一个方向连续旋转。 4. （简答题）描述直流电动机起动时为何不能直接接入额定电压。 【答案】 直流电动机在起动瞬间，转速为零，因此反电动势也为零。根据电压平衡方程式，此时电源电压将全部施加在数值很小的电枢绕组电阻上，导致起动电流极大，通常可达额定电流的10到20倍。如此巨大的电流会在短时间内产生大量的焦耳热，极有可能烧毁电枢绕组的绝缘，损坏电动机。同时，巨大的起动转矩冲击也可能损坏机械传动装置。因此，必须采取措施限制起动电流。 5. （填空题）直流电动机将________能转换为________能。 【答案】电，机械 6. （填空题）电动机转动时，其电枢绕组切割磁感线会产生与电源电压方向相反的________。 【答案】反电动势 知识点二 直流电动机的功率与转矩平衡关系 1. （简答题）简述直流电动机运行时存在哪些主要的功率损耗。 【答案】 直流电动机在将电能转换为机械能的过程中，主要存在以下几种损耗：首先是铜损耗，包括电枢绕组电阻上的损耗和励磁绕组（对并励、他励电机）电阻上的损耗。其次是铁损耗，这是电枢铁心在交变磁场中因磁滞和涡流效应而产生的损耗。再次是机械损耗，包括轴承摩擦、电刷与换向器的摩擦以及转子旋转时受到的空气阻力。最后还有一些难以精确计算的附加损耗。这些损耗最终都以热能等形式散发。 2. （简答题）解释什么是直流电动机的“电磁功率”，它在能量转换链中处于什么位置。 【答案】 电磁功率是指直流电动机中，通过电磁感应作用从电能转换而来的那部分机械功率的等效值。在能量转换链条中，它处于输入电功率和输出机械功率之间的关键环节。具体来说，输入电功率首先扣除电枢铜损，剩余部分即为电磁功率。电磁功率再扣除铁损耗和机械损耗等空载损耗后，才得到最终轴上的输出机械功率。因此，电磁功率是衡量电机内部电磁能量转换能力的核心指标。 3. （简答题）说明直流电动机稳定运行的条件是什么，并用转矩平衡关系解释。 【答案】 直流电动机能够稳定运行的条件是其驱动转矩与制动转矩达到动态平衡。具体来说，电动机内部产生的电磁转矩是驱动转矩。而阻碍其旋转的制动转矩包括两部分：一是负载施加在轴上的负载转矩，二是电动机自身空载运行所需的空载转矩（由摩擦、风阻等引起）。当电磁转矩等于负载转矩与空载转矩之和时，电动机的加速度为零，转速保持恒定，系统处于稳定运行状态。任何一方的变化都会导致转速改变，直到在新的平衡点重新稳定。 4. （简答题）对比分析电动机轻载运行与满载运行时，其效率的变化及原因。 【答案】 直流电动机的效率在轻载时较低，随着负载增加而升高，在接近额定负载时达到最大值，之后略有下降。原因在于，电动机的总损耗由基本不变的空载损耗和随电流平方变化的铜损耗组成。轻载时，输出功率小，但空载损耗依然存在，导致效率低下。随着负载增加，输出功率增长较快，铜损耗虽有增加但占比相对合理，故效率提升。过载后，铜损耗急剧增大，效率反而下降。 5. （填空题）直流电动机的功率平衡方程式表明，输入电功率等于输出机械功率与________之和。 【答案】总损耗功率 6. （填空题）电动机轴上的总电磁转矩必须与________转矩和________转矩之和相平衡。 【答案】负载，空载 知识点三 直流电动机的启动过程与反电动势的影响 1. （简答题）详细解释为什么直流电动机在起动瞬间电流会非常大。 【答案】 起动瞬间电流巨大的根本原因在于反电动势为零。电动机未转动时，转速n=0，根据公式反电动势E=CeΦn，因此E=0。此时，根据电压平衡方程式U=E+IaRa，电源电压U将全部加在电枢电阻Ra上。由于电枢电阻Ra的数值通常很小（为了降低正常运行的铜损），根据欧姆定律Ia=U/Ra，计算出的起动电流值可达额定电流的数十倍。这种远超出电机设计承受能力的电流，如果不加限制，后果十分严重。 2. （简答题）列举并简要说明两种限制直流电动机起动电流的常用方法。 【答案】 第一种最常用的方法是在电枢回路中串联起动变阻器。起动时，将电阻全部接入，增大回路总电阻以限制电流。随着转速升高、反电动势增大，再逐步切除电阻，直至电动机进入正常运行。第二种方法是降压起动，适用于他励或专门设计的可控电源系统。通过调节电源装置，使施加在电枢两端的电压从零或较低值开始，平滑上升至额定值。这样，在整个起动过程中都能将电流控制在安全范围内，实现平滑起动。 3. （简答题）描述反电动势在电动机从起动到正常运行过程中的动态变化及其作用。 【答案】 在起动瞬间，反电动势为零。接通电源后，在电磁转矩作用下电动机开始旋转，转速从零逐渐上升。根据其计算公式，反电动势也随转速成正比地从零开始同步增大。这一变化起到了关键的“自动调节”作用：随着反电动势E增大，施加在电枢电阻上的净电压(U-E)逐渐减小，从而使得电枢电流Ia从起动时的最大值自动、平稳地下降，最终在额定转速下达到与负载相匹配的稳定值。 4. （简答题）分析如果直流电动机在运行中负载突然加大，反电动势如何调节电枢电流以适应新的需求。 【答案】 当负载突然加大时，制动转矩瞬间大于电磁转矩，导致电动机转速开始下降。转速n的降低，立即引起反电动势E（=CeΦn）减小。根据电压平衡关系，反电动势E的减小使得电枢两端的净电压(U-E)增大。在电枢电阻Ra不变的情况下，这将导致电枢电流Ia自动、迅速地增大。增大的电枢电流又会产生更大的电磁转矩，直至新的电磁转矩与增大的负载转矩达到平衡，电动机在一个略低的转速下重新稳定运行。 5. （填空题）直流电动机起动时必须在电枢回路中串联________，以限制过大的起动电流。 【答案】起动电阻或变阻器 6. （填空题）电动机转速越高，其产生的反电动势越________，这会导致电枢电流自动________。 【答案】大，减小 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 $