Question

（15分）小明自己设计并动手将房间里的窗帘改成电动窗帘。为此他购置了微型电动机及减速装置、电源、双刀双掷开关、滑轮、皮带、拉绳等器材，对原有的窗帘盒进行改造。
1．如图22甲所示，小明在窗帘盒（上方的双虚线框）内安装了电动装置，电动装置通过拉绳拉着窗帘一起运动。改变通过微型电动机的电流方向，就可改变其转轴转动的方向，从而将窗帘打开或关闭。利用双刀双掷开关，可以实现电源对电动机供电电流方向的改变。请你在图22甲右侧的虚线框内，完成电源、双刀双掷开关和接线柱间的电路连接。
2．电动机的转速一般很高，需要安装减速装置，如图22乙所示。请说明减速装置的减速原理。
3．下表是所使用的微型电动机的部分数据。表格中，额定功率是“电动机在额定电压和额定电流下工作时的输出功率”，堵转电流是“在额定电压下，让电动机的转轴固定不动时的电流”。

请根据表中的有关数据计算：
（1）以额定功率运行时，该电动机的效率为多少？
（2）电动机的额外功率主要由热损耗和机械损耗造成，请分别求出以额定功率运行时，该电动机的热损耗功率和机械损耗功率？
（3）在图22甲中，减速装置、飞轮、皮带、滑轮、拉绳共同构成了传动装置。已知每半边的窗帘滑轨长度为1.5m，要求自动窗帘能够在6s内从完全关闭到完全打开。
拉动半边窗帘时，挂钩和滑轨间的平均摩擦力为2N。则安装电动窗帘时，对传动装置的机械效率有何要求？

Answer 1

1、电路的连接如下图解析所示；2、见解析；3、（1） 52.7%；（2） 0.91W；（3） 大于46.5%。

试题分析：1、欲使双刀双掷开关掷向下功掷向上时，通过电动机的电流方向相反，则只需把双刀双掷的两个动片接在电源两端，当接下时，通过电动中的电流一个方向，再接上端时，通过电动机中的电流又一个方向，故连接的电路如图所示。

或者是把电源与下端的两个接线柱接通，双刀双掷开关的动片与电动机接通，开关的上、下四个静片分别交叉连接也可以实现题意的目的）
2、与输入轴固定在一起的齿轮周长小，齿轮数少，与输出轴固定在一起的齿轮周长大，齿轮数多。因此，输入轴转动很多圈才能带动输出轴转动一圈，实现减速的功能。
3、（1）由于电动机正常运行时的总功率P_总=U_额×I_额=12V×0.34A=4.08W，
电动机的额定输出功率P_出=2.15W，
故电动机以额定功率运行时的效率η=×100%=52.7%。
（2）电动机正常运行时的电阻R==8.82Ω，
故电动机的热损耗功率为P_热=I_额²×R=（0.34A）²×8.82Ω=1.02W，
电动机的额外功率P_额=P_总－P_出=4.08W－2.15W=1.93W，
故电动机的机械损耗功率P_损=P_额－P_热=1.93W－1.02W=0.91W。
（3）对于传动装置，其输入的功率为P_入=2.15W，窗帘拉开时克服阻力做的功为W_有=2×F×s=2×2N×1.5m=6J；故传动装置的机械效率=46.5%。
故要求其传动装置的机械效率大于46.5%。