第8卷 直流电机（下）——直流电动机及其运行 山东省（春季高考）《电机与变压器》（高教版·第5版） 单元过关卷

山东省（春季高考）考纲百套卷 第8卷 直流电机（下）——直流电动机及其运行 单元过关卷《变压器与电动机》电气技术类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 直流电动机的机械特性是指______的关系。（ ） A. 转速与电压 B. 转速与电流 C. 转矩与电流 D. 转速与转矩 【答案】D 【解析】机械特性定义为电压、励磁等参数恒定时，转速n与转矩T的关系n=f(T)，是电机运行的重要特性。 2. 他励直流电动机的人为机械特性与固有机械特性相比，和斜率均发生了变化，那么这条人为机械特性一定是（ ） A. 串电阻的人为机械特性 B. 降电压的人为机械特性 C. 升电压的人为机械特性 D. 弱磁的人为机械特性 【答案】D 【解析】他励直流电动机的机械特性为 n=n0−βT。弱磁调速时，主磁通Φ减小，理想空载转速n0=U/(keΦ)增大，同时机械特性斜率的绝对值β=Ra/(keΦ)^2增大，因此n0和斜率均发生变化。串电阻只改变斜率，降压或升压只改变理想空载转速，所以应选D。 3. 电磁转矩与气隙磁通Φₘ的关系是（ ） A. 反比 B. 正比 C. 平方关系 D. 无关 【答案】B 【解析】由T=KₜΦₘI₂cosφ₂可知，电磁转矩与气隙每极磁通Φₘ成正比。 4. 直流电动机的效率特性曲线在负载电流较小时表现出什么特点（ ） A. 效率较低 B. 效率较高 C. 效率不变 D. 无法确定 【答案】A 【解析】直流电动机在负载电流较小时，输出机械功率较小，而铁耗、机械损耗、励磁损耗等相对固定损耗仍然存在，固定损耗占输入功率的比例较大。因此效率较低，应选B。 5. 下列关于并励电动机应用的说法，正确的是（ ） A. 适用于电力机车 B. 适用于转速变化大的设备 C. 适用于金属切割机床 D. 适用于起重机 【答案】C 【解析】并励电动机转速稳定，适合拖动转速变化小的负载，如金属切割机床，其他选项更适合串励或复励电动机。 6. 并励电动机的励磁绕组与电枢绕组的连接方式是（ ） A. 串联 B. 星型连接 C. 混联 D. 并联 【答案】D 【解析】并励电动机的“并”指励磁绕组与电枢绕组并联，两者电压相同，这是其结构特点，区别于串励电机。 7. 直流电动机的降压启动是通过什么方式来限制启动电流的（ ） A. 增加电枢电阻 B. 减少励磁电流 C. 降低电源电压 D. 增加电枢电感 【答案】C 【解析】直流电动机启动瞬间转速n=0，反电动势E=0，若直接接额定电压，启动电流Ia=U/Ra会很大。降压启动通过降低启动时电枢端电压，使启动电流Ia=(U−E)/Ra受到限制；随着电动机转速升高、反电动势增大，再逐步升高电压。因此应选C。 8. 下列哪种直流电动机最适合采用全压启动？（ ） A. 10kW工业用直流电动机 B. 500W小型直流风扇电机 C. 20kW大型机床直流电动机 D. 15kW直流起重电动机 【答案】B 【解析】全压启动仅适用于容量小、启动负载轻的电动机，500W小型风扇电机符合要求；大容量电机（如A、C、D选项）全压启动会产生过大电流，损坏设备。 9. 变阻器启动过程中，变阻器的电阻应（ ） A. 保持不变 B. 逐渐增大 C. 逐渐减小 D. 先增大后减小 【答案】C 【解析】启动初期需串入大电阻限制电流，随着电机转速升高，电枢反电动势增大，可逐渐减小变阻器电阻，直至启动完成后将电阻全部切除，让电机在额定电压下运行。 10. 直流电动机启动时，若未加励磁，电动机（ ） A. 能正常启动 B. 不能启动 C. 会飞车 D. 会烧毁电枢 【答案】D 【解析】未加励磁时磁通，电枢无反电动势限制，启动电流过大，导致电枢绕组过热烧毁，故选D。 11. 改变励磁回路电阻调速时，若主磁通Φ减小，而转矩T不变，则输入功率会（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增后减 【答案】A 【解析】转速升高且转矩不变，功率（P=T×n）增大，故输入功率随之增加。 12. 改变电枢端电压调速通常需要配套的设备是（ ） A. 可变电阻 B. 调压装置（如晶闸管） C. 变压器 D. 熔断器 【答案】B 【解析】需通过调压装置（如晶闸管调压电路）实现电枢端电压的连续、平滑调节，以满足调速需求；A是改变电枢回路电阻调速的设备，C、D与调压无直接关联。 13. 关于直流电动机调速方法正确的有（ ） A. 变极调速 B. 变频调速 C. 改变转差率调速 D. 改变电枢电压调速 【答案】D 【解析】直流电动机的常用调速方法包括改变电枢电压、在电枢回路串电阻以及改变励磁电流（弱磁调速）。变极调速和变频调速主要用于交流电动机，改变转差率是异步电动机的典型调速方法。因此应选D。 14. 直流电动机调速时，若需保持机械特性硬，应选择（ ） A. 调压调速 B. 调阻调速 C. 调磁调速 D. 串励调速 【答案】A 【解析】调压调速机械特性斜率不变，转速稳定性好，适用于需恒速的场合。 15. 以下哪种场合适合能耗制动（ ） A. 电梯紧急停止 B. 卷扬机缓慢下放重物 C. 数控机床快速定位 D. 电力机车进站制动 【答案】B 【解析】能耗制动减速平稳，适合需要控制下降速度的重载低速场景。 16. 直流电动机反接制动时，电枢电压极性如何变化（ ） A. 电压极性不变 B. 电压极性反接 C. 电压为零 D. 电压方向随机 【答案】B 【解析】反接制动时，电枢电压极性反接，使电磁转矩方向与转速方向相反，实现快速制动。 17. 直流电动机处于制动状态时机械特性曲线过坐标系原点的是（ ） A. 电源反接制动 B. 反馈制动 C. 能耗制动 D. 倒拉反接制动 【答案】A 【解析】电源反接制动时，电枢电压反向，制动力矩随转速变化，其机械特性曲线通过坐标原点，故选B。 18. 直流电动机将电能转化为机械能的基本原理是（ ） A. 电流具有热效应 B. 通电导体在磁场中受力 C. 导体切割磁感线发电 D. 电阻随温度发生变化 【答案】B 【解析】直流电动机通电后，电枢绕组中的电流在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩并带动转子旋转，从而把电能转化为机械能。 19. 直流串励电动机不允许直接空载运行，主要原因是（ ） A. 空载时电枢电流过大 B. 空载时励磁电流过大 C. 空载时转速可能过高 D. 空载时端电压明显降低 【答案】C 【解析】直流串励电动机的励磁绕组与电枢串联，空载时电枢电流和励磁电流较小，磁通减弱，转速可能急剧升高，容易造成机械损坏。 20. 直流并励电动机需要改变转向时，正确的操作方法是（ ） A. 同时改变电枢电流和励磁电流方向 B. 只改变电源电压的大小 C. 同时增大电枢电流和励磁电流 D. 只改变电枢电流或励磁电流方向 【答案】D 【解析】直流电动机的转向由电枢电流方向和主磁场方向共同决定。只改变其中一个方向，电磁转矩方向才会改变；同时改变两者方向，转向保持不变。 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 并励电动机电枢串入电阻后，机械特性变软。（ ） 【答案】正确 【解析】电枢串入电阻会使机械特性方程斜率增大，负载增大时转速下降更快，符合软特性的特点。 22. 全压启动的优点是设备简单且对电网无冲击。（ ） 【答案】错误 【解析】全压启动电流大，会对电网造成电压波动。 23. 所有直流电动机都可以采用全压启动。（ ） 【答案】错误 【解析】全压启动仅适用于容量小、启动负载轻的电机；大容量电机（如10kW以上）全压启动电流过大，会损坏设备，因此“所有电机均可采用”的说法错误。 24. 直流电动机反转时，仅改变励磁绕组电流方向，电机转速会显著降低。（ ） 【答案】错误 【解析】改变励磁电流方向仅改变转动方向，转速由电枢电压、电枢电阻和励磁磁通大小决定（此处磁通大小不变），因此转速基本不变，不会显著降低。 25. 小型直流电动机可采用全压启动，因其对电网冲击小。（ ） 【答案】正确 【解析】小型电机功率小，全压启动时电流相对较小，对电网冲击在允许范围内，故可直接启动。 26. 直流电动机的反转可以通过同时改变电枢电流和励磁电流的方向来实现。（ ） 【答案】错误 【解析】直流电动机的反转可以通过改变电枢电流方向或励磁电流方向来实现，但同时改变两者方向时，电动机的旋转方向不变。 27. 改变电枢回路电阻调速可同时实现转速升高和降低。（ ） 【答案】错误 【解析】该方法通过串联电阻增大总电阻，仅能使转速降低，无法升高转速。 28. 回馈制动过程中，电机将动能或势能转化为电能，并全部消耗在制动电阻上。（ ） 【答案】错误 【解析】回馈制动的电能会回馈给电网，而非消耗在电阻上；消耗在电阻上是能耗制动的特点，因此该说法错误。 29. 并励电动机在回馈制动时，电动机的转速必须低于其空载转速n₀。（ ） 【答案】错误 【解析】回馈制动时，电动机的转速必须高于其空载转速n₀，此时电枢中的反电动势E大于电源电压U，电动机转变为发电机状态，向电网回馈电能。 30. 直流并励电动机运行时，若励磁回路突然断开，电动机可能因转速急剧升高而发生危险。（ ） 【答案】正确 【解析】并励电动机的转速与主磁通有关。励磁回路断开后，主磁通显著减小，在电枢电压基本不变时转速可能急剧升高，因此存在机械损坏和运行不安全的风险。 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 直流电动机的PWM调速是如何工作的？ 【答案】PWM调速是通过调整脉冲宽度调制信号的占空比来控制电动机的电枢电压，从而实现对电动机转速的精确控制。 【解析】PWM调速通过功率开关器件按一定频率周期性地接通和关断电枢电源，利用改变脉冲宽度与周期之比，即占空比D，来改变电枢端电压的平均值。理想情况下，平均电枢电压约为Ua=D Ud。占空比增大，平均电枢电压增大，电动机转速通常升高；占空比减小，平均电枢电压降低，转速通常降低。由于PWM开关频率较高，电枢电感和机械惯性可使电流、转矩和转速保持相对平稳，从而实现高效调速。 32. 直流电机弱磁调速的原理是什么？其适用范围和限制条件有哪些？ 【答案】原理：通过减小励磁电流If降低主磁通Φ，根据转速公式n=U−/keΦ，Φ减小会使转速 n 升高。适用范围：适用于基速以上调速（如电动车高速巡航）；需配合电枢电压调速实现宽范围调速。限制条件：（1）转速过高会导致机械强度不足（如换向器离心力过大）；（2）弱磁时电磁转矩 T∝ΦIa​ 减小，需确保负载转矩匹配；（3）励磁电流不能为零，否则电机失控（“飞车”）。 【解析】他励直流电动机稳态转速近似满足n=(U−IaRa)/(keΦ)。在电枢电压保持额定值附近时，减小励磁电流If会使主磁通Φ减小，从而使转速升高，这就是弱磁调速。弱磁调速主要用于基速以上范围，通常与电枢电压调速配合，以获得较宽的调速范围。其限制包括：主磁通减小后转矩T=keΦIa能力下降，负载转矩必须与电动机能力匹配；转速过高会受到换向、机械强度、轴承和安全运行条件的限制；励磁电流不能降得过低或完全失磁，否则可能因剩磁很小而出现危险的超速运行，并造成换向恶化或机械损坏。因此弱磁调速必须设置最低励磁电流和最高转速限制。 33. 一台直流并励电动机运行中出现换向器表面有明显火花、转速不稳定的现象。简述检查和维护该电动机时应采取的主要措施。 【答案】（1）停机断电后检查电刷与换向器的接触情况，清除换向器表面的油污和碳粉，必要时修整换向器表面。（2）检查电刷的磨损程度、压力及安装位置，磨损严重或不符合要求时应及时更换和调整。（3）检查励磁绕组及其接线是否松动、断路，确认励磁电流稳定且符合要求。（4）检查电枢绕组、换向器片间绝缘和轴承运行状态，排除绕组故障及机械卡滞问题。 【解析】换向器火花通常与电刷接触不良、换向器表面污染或换向状态异常有关，转速不稳定还可能由励磁回路接触不良或励磁电流波动引起。维护时应遵循先断电、后检查的原则，并同时检查电气部分和机械部分。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 直流电动机的降压启动是如何工作的？ 【答案】降压启动是通过使用变压器或电动机启动器在启动时降低施加到电动机上的电压来实现的。随着电机加速到接近额定速度，电压逐渐增加到额定值，以减少启动电流并保护电机。 【解析】直流电动机启动瞬间反电动势，电枢电流，直接启动电流过大。先降低电枢电压可限制启动电流；随转速升高、增大，再逐步升压至额定值，实现安全启动。 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 $ 山东省（春季高考）考纲百套卷 第8卷 直流电机（下）——直流电动机及其运行 单元过关卷《变压器与电动机》电气技术类 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 直流电动机的机械特性是指______的关系。（ ） A. 转速与电压 B. 转速与电流 C. 转矩与电流 D. 转速与转矩 2. 他励直流电动机的人为机械特性与固有机械特性相比，和斜率均发生了变化，那么这条人为机械特性一定是（ ） A. 串电阻的人为机械特性 B. 降电压的人为机械特性 C. 升电压的人为机械特性 D. 弱磁的人为机械特性 3. 电磁转矩与气隙磁通Φₘ的关系是（ ） A. 反比 B. 正比 C. 平方关系 D. 无关 4. 直流电动机的效率特性曲线在负载电流较小时表现出什么特点（ ） A. 效率较低 B. 效率较高 C. 效率不变 D. 无法确定 5. 下列关于并励电动机应用的说法，正确的是（ ） A. 适用于电力机车 B. 适用于转速变化大的设备 C. 适用于金属切割机床 D. 适用于起重机 6. 并励电动机的励磁绕组与电枢绕组的连接方式是（ ） A. 串联 B. 星型连接 C. 混联 D. 并联 7. 直流电动机的降压启动是通过什么方式来限制启动电流的（ ） A. 增加电枢电阻 B. 减少励磁电流 C. 降低电源电压 D. 增加电枢电感 8. 下列哪种直流电动机最适合采用全压启动？（ ） A. 10kW工业用直流电动机 B. 500W小型直流风扇电机 C. 20kW大型机床直流电动机 D. 15kW直流起重电动机 9. 变阻器启动过程中，变阻器的电阻应（ ） A. 保持不变 B. 逐渐增大 C. 逐渐减小 D. 先增大后减小 10. 直流电动机启动时，若未加励磁，电动机（ ） A. 能正常启动 B. 不能启动 C. 会飞车 D. 会烧毁电枢 11. 改变励磁回路电阻调速时，若主磁通Φ减小，而转矩T不变，则输入功率会（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 先增后减 12. 改变电枢端电压调速通常需要配套的设备是（ ） A. 可变电阻 B. 调压装置（如晶闸管） C. 变压器 D. 熔断器 13. 关于直流电动机调速方法正确的有（ ） A. 变极调速 B. 变频调速 C. 改变转差率调速 D. 改变电枢电压调速 14. 直流电动机调速时，若需保持机械特性硬，应选择（ ） A. 调压调速 B. 调阻调速 C. 调磁调速 D. 串励调速 15. 以下哪种场合适合能耗制动（ ） A. 电梯紧急停止 B. 卷扬机缓慢下放重物 C. 数控机床快速定位 D. 电力机车进站制动 16. 直流电动机反接制动时，电枢电压极性如何变化（ ） A. 电压极性不变 B. 电压极性反接 C. 电压为零 D. 电压方向随机 17. 直流电动机处于制动状态时机械特性曲线过坐标系原点的是（ ） A. 电源反接制动 B. 反馈制动 C. 能耗制动 D. 倒拉反接制动 18. 直流电动机将电能转化为机械能的基本原理是（ ） A. 电流具有热效应 B. 通电导体在磁场中受力 C. 导体切割磁感线发电 D. 电阻随温度发生变化 19. 直流串励电动机不允许直接空载运行，主要原因是（ ） A. 空载时电枢电流过大 B. 空载时励磁电流过大 C. 空载时转速可能过高 D. 空载时端电压明显降低 20. 直流并励电动机需要改变转向时，正确的操作方法是（ ） A. 同时改变电枢电流和励磁电流方向 B. 只改变电源电压的大小 C. 同时增大电枢电流和励磁电流 D. 只改变电枢电流或励磁电流方向 二、判断题（本大题共10小题，每题2分，共20分） 21. 并励电动机电枢串入电阻后，机械特性变软。（ ） 22. 全压启动的优点是设备简单且对电网无冲击。（ ） 23. 所有直流电动机都可以采用全压启动。（ ） 24. 直流电动机反转时，仅改变励磁绕组电流方向，电机转速会显著降低。（ ） 25. 小型直流电动机可采用全压启动，因其对电网冲击小。（ ） 26. 直流电动机的反转可以通过同时改变电枢电流和励磁电流的方向来实现。（ ） 27. 改变电枢回路电阻调速可同时实现转速升高和降低。（ ） 28. 回馈制动过程中，电机将动能或势能转化为电能，并全部消耗在制动电阻上。（ ） 29. 并励电动机在回馈制动时，电动机的转速必须低于其空载转速n₀。（ ） 30. 直流并励电动机运行时，若励磁回路突然断开，电动机可能因转速急剧升高而发生危险。（ ） 三、简答题（本大题共3小题，每题4分，共12分） 31. 直流电动机的PWM调速是如何工作的？ 32. 直流电机弱磁调速的原理是什么？其适用范围和限制条件有哪些？ 33. 一台直流并励电动机运行中出现换向器表面有明显火花、转速不稳定的现象。简述检查和维护该电动机时应采取的主要措施。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题8分，共8分） 34. 直流电动机的降压启动是如何工作的？ 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 $