直流电机习题

U
P
他
M 并
0
D
I
19. 为什么单波绕组的合成节距y=yk只能接近2τ而不 能等于2τ？
因 为 当 2时 , 由 出 发 点 开 始 联p个 元 件 而 绕 y ,串 电 枢 一 周 之 后就 会 回 到 出 发 点 而 闭 , 以 致 绕 组 , 合 无 法 继 续 绕 下 去 电 枢 绕 组 有 k个 元 件, 满 足 。 s K 1 p yk K 1时 , 即yk y 整数 p ( 取 负 号 为 左 行 绕 组 用; 取 正 号 为 右 行 绕 组 用) ,多 ,少 时, 才 能 把 全 部 元 件 串 联 毕 并 与 最 初 的 出 发 点 相 完 接而构成一闭合绕组 。
(1) 若取下一只电刷，或取下相邻的两只电刷，电机是否可以工作？
(2) 若只用相对两只电刷，是否可以工作?
(3) 若电枢绕组中一个元件断线，是否可以工作? (4) 若有一极失去励磁将产生什么后果?
从四极单叠绕组电机的绕组并联电路图可以看出: (1) 若取下一只电刷，或取下相邻的两只电刷时，在电动机运行时，其 转矩和功率均减小一半，在发电机运行时，其电流和功率也均减小 一半。虽然电机仍能运行，但其工作情况是不正常的。 (2) 若只用相对两只电刷，则无论对发电机或电动机都不能工作。 (3) 若一个元件断线,则该元件所在支路失去作用，电刷端电压不变，但 电流为原来的四分之三，电机功率为原来的四分之三。 (4) 当一极失去励磁时，该磁极下的一条支路无电势(发电机)或不产 生转矩(电动机)，使功率减小。对于多极电机，还可能产生不平 衡情况。
单波绕组时 电枢电流为 ， ：I 2a 2， 所 以
' Tem
' a
2ia， 支 路 数 等 于， 即 2
pN p ' I a N 2ia 2a 2 故， 当 保 持 支 路 电 流 不 变 ， 电 磁 转 矩 em也 不 变 时 T 。
8. 并励直流电动机的起动电流决定于什么?正常工作 时电枢电流又决定到什么?
在直流发电机中，电磁转矩和电枢旋转方向相反， 电枢电势和电枢电流方向相同。在直流电动机中，电 磁转矩和电枢电枢旋转方向相同，电枢电势和电枢电 流方向相反。当端电压U大于电枢电势Ea时，直流电机 运行于电动机状态，当端电压U小于电枢电势时，直流
电机运行于发电机状态。
3. 一台四极直流电机，采用单叠绕组，问:
2 Tem C M I a C M K f I a。 即 随 着 输 出 功 率2以 及I a的 增 加 串 励 电 动 P ,
机 的 电 磁 转 矩em 将 高 于 电 流 一 次 方 的 例 增 加 所 以 在 同 样 大 小 T 比 。
的 起 动 电 流 下 能 得 到 并 励 电 动 机 更 大 的 起 转 矩, 并 有 较 大 的 过 比 动 载能力 。
即 取 决 于 负 载 转 矩 的 小。 大
9. 串励直流电动机为什么不能空载运行？和并励直流 电动机比较，串励直流电动机的运行性能有何特点？
忽 略 饱 和 影 响 串 励 电 机 中 K f I f K f I a。 当 空 载 时电 枢 ,在 : , 电 流 很 小 气 隙 磁 通 及 压 降 a Ra 很 小, 要 产 生 一 定 的 反 电 势 电 , I ' 与 源 电 压 相 平 衡 动 机 转 速 将 极 高 在 理 论 上如 果 电 枢 电 流 趋 近 ,电 。 , 于 零, 气 隙 磁 通 也 将 趋 近 于 零 电 动 机 转 速 将 趋 近 无 限 大 使 转 ,则 于 , 子遭到破坏 因此串励电动机不允在空载或负载很小的况下 。 许 情 运 行。 和 并 励 电 动 机 相 比 较 于I f I a ,当 磁 路 不 饱 和 时 ,由 ,
RL 的 程 度 E 的 程 度 于 是I 。 ,
② M D段 : U 低 值, I f 相 应 较 小磁 路 不 饱 和 , ,
I f 很 小 E 很 多, RL 的 程 度 E 的 程 度 于 是I 。 , ( M是 对 应 为 临 界 电 流 )
18. 并励直流发电机外特性曲线出现“拐弯”的原因？
“拐弯”现象是由于电机自励和磁路的饱和现象而引起的。
忽略励磁电流，负载电流为：
I U E RL Ra RL
or
ห้องสมุดไป่ตู้
UE
RL Ra RL
RL―负载电阻
E Ra RL
当RL U I f E
① PM段 : U高, I f 大, 磁 路 变 饱 和 状 态 f 使E 程 度 很 小 ,I ,
12. 试分析电枢反应对并励直流电动机转速特性和转矩 的影响。
从 并 励 直 流 电 动 机 的 速n 转 U I a Ra 及 转 矩 em C M I a中 T Ce
可 以 看 出如 不 考 虑 电 枢 反 应 的 响, 在U U N , I f I fN 的 条 , 影 件 下, 它 们 与 a的 关 系 都 是 线 性 关 系 n随I a的 增 加 而 降 低 em I ,且 ,T 随I a的 增 加 而 增 加 如 考 虑 到 电 枢 反 应 的 磁 作 用 时则 当I a 。 去 , 增 加 到 一 定 程 度 时 得有 所 减 小 从 而 引 起 转 速回 升 的 趋 ,使 , n 势 及 转 矩 em略 为 下 降 的 趋 势 T 。
20. 为什么叠绕组常采用右行绕组，而波绕组常用 左行绕组？ 因为叠绕组的左行绕组每一元件接到换向片的 两根端接线互相交叉，用铜较多，所以很少采用。 而波绕组的右行绕组，其端接线交叉，且比左行绕 组的端接线略长，故波绕组常用左行绕组。
21. 单叠绕组与单波绕组的差别是什么？原因何在？ 单叠绕组与单波绕组的显著差别在于：单叠绕组 的并联支路数2a=主极数2p，而单波绕组的并联支路数 2a=2，而与主极数无关。造成这种差别的根本原因是 它们的连接规律不同。在单叠绕组中，元件的串联次 序是先串联所有上元件边在同一个N根下面的元件，形 成一条支路；再串联所有上元件边在相邻的一个S极下 面的元件，形成另一条支路；这样继续交替地串联全 部元件而形成一闭合绕组。因此，单叠绕组每增加一 对主极就增加一对支路。但波绕组却不然，它是先把 全部上元件边在电机所以N极下面的元件都串联起来， 形成一条支路；再把全部上元件边在所有S极下面的元 件都串联起来，形成另一条支路；再由这两部分串联 成为闭路。因此整个绕组只有一对支路，极数的增减 与支路数无关。它们的绕法差别可形象地画成如下示 意图：
5. 如果一台p对磁极的单叠绕组，其电枢电阻为ra，电 枢电流为Ia，若把它改接为单波绕组，试问电枢电阻和 电枢电流变为多少？
因为p对极的单叠绕组有２p条支路并联，所以每条支路电阻为２ pra，2p条支路串联后的总电阻为4p2ra。改为单波绕组时，则仅有 两条支路并联，每条支路电阻为 1 ( 4 p 2 ra ) 2 p 2 ra 2 1 电 枢 电 阻 为 ( 2 p 2 ra ) p 2 ra， 增 加 到 原 来 的2 倍。 : p 2
n0
Tem
n
T0 0
Ia
13. 并励直流电动机决不允许励磁绕组断线，原因 何在？
U I a Ra n Ce
如励磁绕组断开，则主磁通下降到剩磁磁通值， 而电枢电流将迅速增大，转速迅速上升，可能大大 超过额定转速，造成“飞车”，损坏电机。故并励 直流电动机决不允许励磁绕组断线。 串励电动机绝对不允许在空载或很轻的负载下运
起 动 时 0，E n
a
C e n 0， 起 动 电 流 为 ：I
st
Ue ， Ra
所 以 起 动 电 流st 与 外 加 电 压 e 成 正 比 与 电 枢 回 路 总 I U ， 电 阻Ra 成 反 比 。
正 常 工 作 时 存 在 反 电 势 a， 此 时 电 枢 电 流 为 ， E ： Ia U Ea T em Ra CM
4. 上题之电机若为单波绕组，情况将如何？
从四极单波绕组电机的绕组并联图分析可知: (1) 取下一只或相邻的两只电刷时,电机仍可运行，但是刷 电流增大。
(2) 取去相对两只电刷时，电机不能工作。
(3) 若一个元件断线，则电流和功率都减小一半。 (4) 若一极失去励磁，则电流或转矩都将减小，且产生不 平衡的情况。
直流电机在负载运行时，气隙磁场由励磁磁势和 电枢磁势共同产生，由于电枢磁势的存在使负载时气 隙磁场和空载时仅由励磁磁势产生的主磁场有所不同， 电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。 电枢反应对气隙磁场的影响： 1、使气隙磁场发生畸变。 2、考虑饱和时，还存在去磁效应，使每极磁通 比空载时略有减小。
在Ea Ce n和Tem CM Ia的公式中, 是每极合成磁通。
直流电机
1. 如果电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，换向器 和电刷应怎样装置，才能作直流电动机运行? 换向器应固定在定子的端接部分与电枢绕组联接， 而电刷应随转子部分转动，这样才能作直流电动机运行。
2. 在直流发电机和直流电动机中，电磁转矩和电枢转方 向的关系有何不同?电枢电势和电枢电流方向的关系有何 不同?怎样判别直流电机运行于发电机状态还是运行于电 动机状态?
不需改接。因为换向极绕组是与电枢回路串联
的，如由电动机改成发电机运行时，此时如转速n方
向不变，则电枢电流反向，而换向极所产生的磁势 也反向，仍可抵消在几何中线性处的电枢反应磁势；
如转速方向改变，则电流方向不变，换向极产生的
作用仍然正确。
16. 并励直流电动机正转能自励，反转能否自励？
正转时能自励。反转时，不改变励磁绕组的 接线，并励直流电动机是不能自励的。原因在于
10. 要想改变并励电动机，串励电动机及复励电动机的 旋转方向应该怎么办？ 答： 要想改变并励电动机的旋转方向，只要把励磁绕组 接到电枢的两出线对调一下或者调换电枢绕组的两出线 端。 要想改变串励电动机的旋转方向，只要调换电枢绕 组的两出线端，保持励磁绕组的电流方向不变。 要想改变复励电动机的旋转方向，则需用时调换 串励、并励绕组的两出线端。
7. 一台并励直流电动机将其单叠绕组改接为单波绕 组，试问对其电磁转矩会发生什么影响？
pN 根据: T em I a C M I a 2 a 单 叠 绕 组 时 电 枢 电 流 为 a 2aia， 支 路 数 等 于 极 数 ， ：I ，
即2a 2 p， 所 以 p p p Tem N I a N 2 pia N 2ia 2a 2p 2
行，否则“飞速”。
14. 一般小型两极电机，只装有一个换向极，是否 会造成一个电刷换向好，另一个电刷换向不好？
一般不会。因为对于两极电机在任一电刷换向 时，必有一线圈们于换向极磁场下面，产生换向极 电势，抵消电抗电势以减小附加电流。
15. 一台直流电动机改成直流发电机运行时，是 否需要将换向极绕组重新改接？为什么？
正转时，励磁电流所产生的磁场方向与剩磁方向
相同，从而实现自励，而反转时，它们的方向相 反，削弱内磁场，不能自励。
17. 一台他励直流发电机和一台并励直流发电机， 如果其他条件不变，将转速提高20%，问空载电压 哪一台提得更高？为什么？ 当转速提高后,他励发电机和并励发电机的空载电 压都将提高。两者比较，并励发电机空载电压提得更 高些。因为空载电压就等于发电机的电枢电势E，由 E=Cenφ可知，E与磁通和转速n的乘积成正比。对于 他励发电机，其If与电枢回路无关，φ是常量，故E∝n， 当n提高20%时，E也增高20% 。而对于并励发电机， 其If ∝E，当n升高时，不仅有n升高的原因使得E增加， 还有因E的增加而使If增加，并导致φ增加的原因，这 一因素也将进一步使E增加。所以转速提高20%后， 并励发电机的空载电压将升得更高些。
11. 电动机的Tem是驱动性质的转矩， Tem增大时，n反 而下降，这是什么原因？
从Tem
Ra U C M I a 和n I a中 可 以 看 到 Tem增 大 时 ,当 , Ce Ce
电 流I a 将 增 大 由 于 电 枢 电 阻 压 降 Ra的 增 大 使 转 速 降 n也 , Ia , 增 大, 所 以 转 速 反 而 下 降 n 。
Ia 单叠绕组时， 支路电流为 ， 改为单波绕组时， 支路电流 2p I I 不变， 但仅有两条支路， 所以总电流为2 a a ， 减少到 2p p 原来的p分之一。
6. 何谓电枢反应?电枢反应对气隙磁场有什么影响?
公式Ea Ce n和Tem C M I a中的应该是什么磁通 ?