直流电机习题

第十四章 直流电机基本工作原理和结构14-1 直流发电机是如何 发出直流电的？如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？ 答： 直流发电机电枢绕组内的感应电动势实为交变电动势(如图示瞬间以导体a 为例), 电枢绕组的a 导体处于N 极底下, 由“右手发电机”定则判得电动势方向为⊙, 转半圈后, 处于S 极下, 电动势方向变为⊕ , 再转半圈, 又回到原来位置, 电动势又为⊙。

, 它通过换向装置后, 才把电枢绕组的交流变为 外电路的直流。

换向装置的结构特点是电枢绕组尽管旋转， 而 A 、B 电刷固定不转（电刷与磁极相对静止）， 且A 刷恒与N 极下导体相连，B 刷恒与S 极底下导体相连），则由A 刷引出的电动势方向恒为⊙（流出）， 若定义为正极， 则Ｂ刷引出的电动势方向恒为⊕ (流入), 为负极，因此， 由Ａ，Ｂ两刷得到的就是直流。

由上分析可知，由于内电路的交流是通过换向装置后才变为外电路的直流，故没有换向装置就不行。

14-2“直流电机实质上是一台装有换向装置的交流电机”，你怎样理解这句话？ 答：由上题可知，无论是直流发电机还是直流电动机，它们在电枢绕组内的电流均为交流（而电刷两端的外电路均为直流），故直流电机实为一台交流电机。

这种交（内电路）、直（外电路）流的转换就是靠换向装置来实现的。

发电机交流（内电路） 直流（外电路）电动机因此说，直流电机实质上是一台带有换向装置的交流电机。

14-3试判断下列情况，电刷两端电压的性质：（1） （1） 磁极固定，电刷与电枢同时旋转； （2） （2） 电枢固定，电刷与磁极同时旋转。

答：由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，由此：① 交流：因为电刷与磁极相对运动。

② 直流：因为电刷与磁极相对静止。

14-4 直流电机有哪些激磁方式？各有何特点？不同的激磁方式下，负载电流、电枢电流与激磁电流有何关系？ 答： 他励并励自励 串励复励U 并励 I a =I f +I I f =U/R f 他励I=I a I f =U f /R f14-5 直流电机由哪些主要部件组成？其作用如何？ 答： 一、定子1、主磁极：建立主磁通，包括： 铁心：由低碳钢片叠成绕组：由铜线绕成2、换向磁极：改善换向，包括： 铁心： 中大型由低碳钢片叠成。

小型由整块锻钢制成。

绕组：由铜线绕成。

3、机座：固定主磁极、换向磁极、端盖等，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。

4、电刷装置：引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。

二．转子1． 1． 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。

由电工钢片叠成。

2． 2． 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机—电能量转换。

由铜线绕成。

3． 3． 换向片：换向用，由铜线围叠而成。

14-6一台Z 2型直流电动机，额定功率为P N =160千瓦，额定电压U N =220伏，额定效率ηN =90%，额定转速n N =1500转/分，求该电机的额定电流？解：额定电流 AU P I N N NN 8089.022*******=⨯⨯==η14-7一台Z 2型直流发电机，额定功率为P N =145千瓦，额定电压U N =230伏，额定转速n N =1450转/分，求该发电机的额定电流？解：额定电流 AU P I N N N 4.630230101453=⨯==第十五章 电枢绕组及直流电机基本原理15-1一台四极直流电机，采用单迭绕组，问：① ① 若取下一只或相邻两只电刷，电机是否可以工作？ ② ② 若只用相对两只电刷，是否可以工作？ ③ ③ 若有一磁极失去励磁将产生什么后果？ 答：可用教材图15-4分析①若取下一只或相邻两只电刷，使并联支路数减少一半，若是发电机，使输出功率减小一半，若是电动机，则转矩和功率均减半。

U串励I a =I f =I复励I a =I f +I对发电机仍能运行，对电动机，在轻载时尚能运行，重载或满载不能运行，不管怎样，它们的工作状态均属正常。

② 若只用相对两只电刷（如A1、A2），此时A1、A2间虽形成两条并联支路，每条支路下均有六个元件，其中三个元件的电动势方向与另三个元件的电动势方向恰相反，故每条支路总电动势为零，所以不论发电机还是电动机均不能工作。

③当一磁极失去励磁时，该磁极下的一条支路无电动势，不产生电流和电磁转矩，使功率减小，对多极电机可能产生不平衡状态。

15-2 直流发电机和直流电动机的电枢电动势的性质有何区别，它们是怎样产生的？直流发电机和直流电动机的电磁转矩的性质有何区别，它们又是怎样产生的？ 答； 直流发电机电枢电动势为电源电动势（a a E I 与同向），直流电动机为反电动势（aaE I 与反方向），它们均由电枢绕组切割磁场产生。

直流发电机电磁转矩为制动转矩（n T em 与反向），直流电动机为驱动转矩（n T em与同向），它们均由电枢载流导体在主磁极场作用下产生电磁力而形成转矩。

15-3 直流电机的电枢电动势和电磁转矩的大小取决于哪些物理量，这些量的物理意义如何？答： 电枢电动势n C E e a Φ=C e 是电机的电动势结构数a pNC e 60=，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N 、主磁极对数 p 及并联支路数2a ，Φ是每个极面下的磁通，n 是电机转速。

电磁转矩 a T em I C T Φ=C T 是电机的电磁转矩结构常数，C T =a pNπ2 它的大小决定于电枢绕组导体总根数N 、主磁极对数p 及并联支路数 2a ，Φ是每个极下的磁通，a I 是电枢电流。

15-4 把一以他激发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（激磁电阻保持不变）？若是一台并激发电机，则电压升高得多还是少（激磁电阻保持不变）？ 答：n C E U e a Φ==0① ① 他励发电机：CR U I ff f ==, 即Φ=C ，故 0'''02.12.1)2.1(U n C n C n C E U e e e a =Φ=Φ=Φ==，空载电压增加1.2倍。

②并励发电机：若Φ=C 情况同上，空载电压U o 增加1.2倍，但由于U o 增加的同时，ff R U I 0=也相应加，从而导致Φ也增大。

所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发电机大。

15-6何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？公式nCEeaΦ=和aTemICTΦ=中的Φ应是什么磁通？答：直流电机在空载运行时,气隙磁场仅有励磁磁动势产生,而负载运作时,气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的,显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应.电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强.公式中的Φ为每个极面下的气隙磁通,它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的.15-7直流电发电机和直流电动机的电枢反应有哪些共同点？有哪些主要区别？答：共同点:1.电刷在几何中性线时均产生交轴电枢反应；其结果（1）均使磁场发生畸变, 物理中性线偏移(但偏移方向不同, 见不同点)；（2）去磁(磁场饱和的话),使气隙磁场削弱.2.电刷不在几何中性线时,除均产生交轴电枢反应(其结果与上同)外, 还产生直轴电枢反应,其结果是去磁还是助磁, 这与发电机还是电动机以及电刷偏移方向有关.不同点：①交轴电枢反应使磁场畸变，物理中性线偏移，对发电机：顺转向偏，电动机：逆转向偏。

15-8换向元件在换向过程中可能出现哪些电动势？是什么原因引起的？对换向各有什么影响？答：电抗电动势e r：由换向瞬间电流方向突变产生的，它起阻碍换向的作用。

电枢反应电动势e a：由交轴电枢反应使物理中性线偏移所致，它也起着阻碍换向的作用。

15-9造成换向不良的主要电磁原因是什么？采取什么措施来改善换向？答：电磁原因主要是换向瞬间，在换向元件中存在电抗电动势e r和电枢反应电动势e a，它们同向，都起着阻碍换向的作用，由于换向元件被电刷短接，因此在换向元件中产生附加电流K ar K r ee i +=（r k：换向回路总电阻），并储存有磁场能量（221KLi），当换向终了，电刷脱离换向元件瞬间，该能量就以电火花的形式释放，造成换向不良。

减小附加电流是改善换向（由电磁原因引起的）的主要方向，由式K ar K r ee i +=知① i K 正比换向元件中的电动势，因此加装换向磁极（减小换向元件中电动势）；②i K反比于r k，因此可选择合适牌号电刷（增大r k）。

15-10换向磁极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组如何激磁？答：换向磁极作用：改善换向。

它在换向区域内产生附加磁场，使换向元件切割此附加磁场产生一个换向极电动势e k ，并使e k =-(e r + e a )，这样换向元件中的电动势就等于零。

换向磁极装于几何中性线位置，是因为换向元件处于几何中性线。

换向磁极绕组与电枢绕组串联（即由电枢电流励磁），因由换向磁极感应的电动势e k 要平衡电抗电动势e r 和电枢反应电动势e a , 而e r 、e a 大小均与电枢电流成正比，因此换向磁极绕组应与电枢绕组串联。

换向磁极绕组接线必须正确，这样才能保证e k 用来平衡（e r + e a ），即使e k =-（e r + e a ），若换向磁极绕组接反，e k 方向就反，这样e k 不但不能抵消（e r + e a ），反使换向元件中电动势更大，致使换向更恶化。

15-11 一台四极直流发电机，单迭绕组，每极磁通为61079.3⨯马，电枢总导体数为152根，转速为1200转/分，求电机的空载电动势？解：V n pN E a 1151200101079.343015226086=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=-α15-12 一台四极直流电动机，1460=N n 转/分，Z=36槽，每槽导体数为6，每极磁通为6102.2⨯=Φ马，单迭绕组，问电枢电流为800安时，能产生多大的电磁转矩？解：Nm I pN T a em 35.60580010102.246362286=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=Φ=-ππα第十六章 直流电机的运行原理16-1试比较直流发电机和直流电动机的电动势、功率和转矩平衡关系？ 答： 发电机 电动机电动势平衡关系 a a a R I U E += a a a R I U E -=功率平衡关系 ∑+=p P P21 ∑+=p P P 21转矩平衡关系 01T T T em += 02T T T em +=16-2.判断直流电机运行状态的依据是什么？何时为发电机状态？何时为电动机状态？ 答：由电动势平衡方程a a a R I U E ±=当E a >U 为发电机运行状态，E a <U 为电动机运行状态。