第十五章 电枢绕组及直流电机基本原理

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。

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（
a
a E 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 pN
C 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 pN
π2 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==0
① ① 他励发电机：
C
R U
I
f
f
f
==
, 即Φ=C ，
故
'
'
'
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，
f
f
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
n
C E e a Φ=和a T em I C T Φ=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 a
r K r e
e i +
=
（r
k ：换向回路总电阻），并储存有磁场能量（
2
2
1
K
Li
），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 a
r K r e
e 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6
1079.3⨯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 115120010
1079.34
301522608
6
=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
Φ=
-α
15-12 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
6
102.2⨯=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 35.60580010
102.24
6
36228
6=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
Φ=
-ππα。