第16练 认识直流电动机（1） 江苏省（职教高考）机电类《电气系统安装与调试》（高教版·第2版）一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机电类《电气系统安装与调试》（高教版·第2版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机电类《电气系统安装与调试》（高教版·第2版）一课一练的第16练，内容涵盖2-2-2 认识直流电动机。 江苏省（职教高考）机电类 一课一练 《电气系统安装与调试》（高教版·第2版） 第16练 模块2 电气控制线路常用低压电器及电动机 项目2 认识电动机 任务2 认识直流电动机（1） 一、判断题 1．串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，其机械特性属于硬特性（转速基本不随负载变化而变化），特别适用于需要严格恒定转速的生产机械如精密机床主轴驱动。 【答案】B（错误） 【解析】串励电动机的机械特性是典型的软特性：轻载时电流小、磁场弱、转速很高；重载时电流大、磁场强、转速自动降低。正因为转速随负载剧烈变化，串励电动机绝对禁止空载或轻载运行，空载时电枢电流极小、主磁通极弱，转速会急剧升高至危险值（飞车），可能造成机械损坏甚至转子散架。需要严格恒转速的场合应选用并励或他励电动机（硬特性）。 2．直流电动机的工作原理基于电磁力定律：定子主磁极建立恒定磁场，外电路直流经电刷和换向器引入电枢，电枢绕组中的载流导体在磁场中受到电磁力作用产生电磁转矩。换向器使电枢线圈适时换向，从而保证电磁转矩方向恒定。（ ） 【答案】A（正确） 【解析】直流电动机的三大核心部件：定子磁极产生磁场、电枢绕组中的载流导体产生电磁转矩、换向器加电刷实现外电路直流电与电枢绕组电流之间的转换。换向器的本质是机械换向装置，当线圈边从N极下转到S极下时，换向器将该线圈中的电流自动反向，使同一线圈边在不同磁极下所受电磁力继续形成同一转向的电磁转矩。 二、单项选择题 3．一位维修电工拆解了一台报废的直流电动机，他发现转子上有一个由许多铜片围成的圆柱形部件，铜片之间用云母片绝缘，两个碳刷紧紧压在铜片表面。他向师傅请教这个部件的作用，换向器的核心作用是（ ）。 A．自动改变电枢线圈中电流方向以保证电磁转矩方向恒定 B．作为转子的机械支撑轴承使转子能够自由旋转 C．将电枢绕组中感应的交变电动势整流为脉动直流电输出 D．作为散热装置将电枢电流产生的焦耳热传导到外壳 【答案】A 【解析】换向器由楔形铜片（换向片）围成圆柱体，片间用云母绝缘。固定不动的电刷压在换向器表面，外电路直流电经电刷、换向片流入旋转的电枢线圈。关键机制：当某线圈边从N极转到S极时，与之相连的换向片恰好从正电刷切换到负电刷，线圈中电流反向，保证线圈边在N极和S极下时电流方向各自保持一致，产生方向恒定的电磁转矩。 4．某机电设备维修手册上标注其驱动电机为“并励直流电动机”。一位学生查阅资料后想确认并励区别于其他励磁方式的最主要特征是（ ）。 A．励磁绕组和电枢绕组串联连接 B．励磁绕组与电枢绕组并联连接 C．励磁绕组的一部分与电枢串联、另一部分与电枢并联 D．励磁绕组由单独的直流电源供电 【答案】B 【解析】并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联后接到同一电源上，励磁电流If=U/Rf与电枢电流Ia独立。其特点：If恒定、主磁通Φ基本不变、机械特性为硬特性（负载变化时转速变化很小约3%～8%）、调速方便（可在励磁回路串变阻器实现弱磁升速）。广泛用于需要近似恒速的场合如机床、印刷机、轧钢机辅机等。 5．一台并励直流电动机拖动负载稳定运行时，有人误将励磁回路中变阻器电阻调大导致励磁电流减小。在此之后电动机的转速和电枢电流将（ ）。 A．转速下降电枢电流减小 B．转速和电枢电流均不变 C．转速上升电枢电流增大 D．转速急剧上升直至飞车 【答案】C 【解析】并励电动机弱磁升速的物理过程：励磁电流If减小使主磁通Φ减小，反电动势E=CeΦn在初始瞬间减小，电枢电流Ia=(U-E)/Ra随之增大，电磁转矩T=CtΦIa净增加大于负载转矩，转子加速转速n升高，n升高后E回升Ia回落，最终在新平衡点稳定（n更高，Ia略大于原值）。弱磁调速属于恒功率调速，转速升高时允许的输出转矩下降。 6．一台电动葫芦采用直流电动机驱动起升机构。该电动机在吊起数吨重物时转速很低但转矩很大，而空钩下降时转速自动升高以提高效率。这种重载低速大转矩、轻载高速的工作特性最适合选用（ ）。 A．他励直流电动机 B．并励直流电动机 C．复励直流电动机 D．串励直流电动机 【答案】D 【解析】串励电动机的软机械特性（转速随负载增大而显著降低）是起重牵引类负载的理想选择。重载起升时需要大转矩低转速保证安全，串励电动机恰好自动满足（大电流产生强磁场进而获得低转速和大转矩）。轻载或空钩时自动升速提高作业效率。电动葫芦、电力机车、地铁列车、电瓶车等牵引设备几乎全部采用串励电动机驱动。但串励电动机绝对禁止空载运行，控制电路中必须有空载保护措施。 7．一台并励直流电动机额定运行时电枢两端电压U=220V，电枢回路总电阻Ra=0.5Ω，电枢电流Ia=20A。忽略电刷接触压降，此时电枢绕组的感应电动势应为（ ）。 A．210V B．220V C．230V D．10V 【答案】A 【解析】直流电动机稳态运行时的电压平衡方程：U=E+IaRa（电动机惯例），其中E为电枢绕组切割磁场产生的反电动势。E=U-IaRa=220-20×0.5=210V。反电动势是直流电动机的核心概念：它反映了电能转换为机械能的速率（电磁功率Pem=EIa），同时也是转速的间接量度（E=CeΦn，在Φ已知时可推算转速）。 三、填空题 8．直流电动机主要由两大部分组成：静止不动的____和旋转的____。定子包括主磁极、换向极、机座和____装置。直流电动机按励磁绕组与电枢绕组的连接关系可分为____励、并励、____励和复励四种基本类型。 【答案】定子；转子；电刷；串；他 【解析】定子部分：主磁极铁心和励磁绕组建立主磁场，换向极改善换向减小火花，机座是磁路的一部分兼作外壳，电刷装置将外电路直流电引入旋转的电枢。转子/电枢部分：电枢铁心（硅钢片叠压）提供磁路并嵌放电枢绕组，换向器实现电流换向，转轴输出机械功率。四种励磁方式各有不同的机械特性和适用场合。 9．直流电动机的电磁转矩公式为T=____，其中Ct为转矩常数；感应电动势公式为E=____，其中Ce为电动势常数。两式中Φ均为主磁极每极磁通。在转速n不变的前提下增大电枢电流Ia，电磁转矩T将____。串励直流电动机工作时____空载或轻载运行。 【答案】CtΦIa；CeΦn；增大；禁止 【解析】T=CtΦIa和E=CeΦn是直流电动机两个最基本的公式。对于同一台电动机Ce和Ct有固定比例关系（Ct=9.55Ce）。电磁转矩与电枢电流和磁通的乘积成正比，重载时Ia增大使T增大，串励电动机同时Ia增大使Φ增大（因If=Ia），T与Ia²近似成正比，低速大转矩特性由此而来。串励电动机空载时Ia极小使Φ极小，n=(U-IaRa)/CeΦ趋于无穷大，实际中转速会急剧升高直至机械损坏，必须禁止空载。 四、综合分析题 10．一台并励直流电动机铭牌参数为：额定功率PN=5.5kW、额定电压UN=220V、额定电流IN=30A、额定转速nN=1500r/min、励磁绕组电阻Rf=110Ω。请回答：（1）计算这台电动机的额定励磁电流IfN和额定电枢电流IaN。（2）已知电枢回路总电阻Ra=0.5Ω，求额定运行时电枢绕组的反电动势EaN和电动机输出的额定转矩TN（忽略空载损耗转矩）。（3）如果将这台电动机用于两种不同负载，一台需要严格恒转速运行的精密磨床主轴，和一台频繁起吊重物的车间行车，分别应选用哪种励磁方式的直流电动机？请结合机械特性说明原因。 【答案】（1）并励电动机励磁绕组与电枢并联，IfN=UN/Rf=220/110=2A。电枢电流IaN=IN-IfN=30-2=28A。 （2）反电动势EaN=UN-IaN·Ra=220-28×0.5=220-14=206V。转矩TN=9550×PN/nN=9550×5.5/1500≈35N·m。 （3）精密磨床主轴需要恒转速运行，应选用并励或他励直流电动机。因为它们具有硬机械特性（转速随负载增加仅下降3%～8%），能保证在工件磨削力变化时砂轮转速基本不变从而保证加工精度。车间行车频繁起吊重物应选用串励直流电动机。因为串励电动机具有软机械特性，起吊重物时电枢电流大磁场强（If=Ia）转速自动降低输出大转矩保证安全；空钩下降时电流小磁场弱转速自动升高提高效率。串励电动机的特性与起重设备的工况天然匹配。 【解析】本题从直流电动机的电路关系入手，由铭牌参数计算各支路电流（并联分流）、再到反电动势和转矩计算（核心公式E=U-IaRa和T=9550P/n），最后到励磁方式选型（工程应用）。四种励磁方式的机械特性对比是考纲中的常考点，本题通过两个典型负载对比帮助学生建立硬特性对应并励/他励、软特性对应串励的直观认识。 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A．转速下降电枢电流减小 B．转速和电枢电流均不变 C．转速上升电枢电流增大 D．转速急剧上升直至飞车 6．一台电动葫芦采用直流电动机驱动起升机构。该电动机在吊起数吨重物时转速很低但转矩很大，而空钩下降时转速自动升高以提高效率。这种重载低速大转矩、轻载高速的工作特性最适合选用（ ）。 A．他励直流电动机 B．并励直流电动机 C．复励直流电动机 D．串励直流电动机 7．一台并励直流电动机额定运行时电枢两端电压U=220V，电枢回路总电阻Ra=0.5Ω，电枢电流Ia=20A。忽略电刷接触压降，此时电枢绕组的感应电动势应为（ ）。 A．210V B．220V C．230V D．10V 三、填空题 8．直流电动机主要由两大部分组成：静止不动的____和旋转的____。定子包括主磁极、换向极、机座和____装置。直流电动机按励磁绕组与电枢绕组的连接关系可分为____励、并励、____励和复励四种基本类型。 9．直流电动机的电磁转矩公式为T=____，其中Ct为转矩常数；感应电动势公式为E=____，其中Ce为电动势常数。两式中Φ均为主磁极每极磁通。在转速n不变的前提下增大电枢电流Ia，电磁转矩T将____。串励直流电动机工作时____空载或轻载运行。 四、综合分析题 10．一台并励直流电动机铭牌参数为：额定功率PN=5.5kW、额定电压UN=220V、额定电流IN=30A、额定转速nN=1500r/min、励磁绕组电阻Rf=110Ω。请回答：（1）计算这台电动机的额定励磁电流IfN和额定电枢电流IaN。（2）已知电枢回路总电阻Ra=0.5Ω，求额定运行时电枢绕组的反电动势EaN和电动机输出的额定转矩TN（忽略空载损耗转矩）。（3）如果将这台电动机用于两种不同负载，一台需要严格恒转速运行的精密磨床主轴，和一台频繁起吊重物的车间行车，分别应选用哪种励磁方式的直流电动机？请结合机械特性说明原因。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $