第2章 直流电机

第二章直流电机内容提要一、直流电机的工作原理1、皮—萨电磁定律f=其方向用左手定则确定。

Bil2、直流电机电枢绕组内电流是交变的，直流电机具有可逆性。

二、直流电机的绕组1、绕组的基本形式：单迭绕组和单波绕组。

2、单迭绕组的特点a=a为支路对数，p为磁极对数。

p3、单波绕组的特点=a a为支路对数，即单波绕组的支路对数与磁极对数无关，总等于1。

1三、直流电机的励磁方式1、直流电机的励磁方式：分为他励、并励、串励和复励。

2、他励直流电机他励直流电机是一种励磁绕组与电枢绕组无联结关系，而由其它直流电源对励磁绕组供电的直流电机，励磁电流与电枢电流无关。

3、串励直流电机串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联，电机的电枢电流与励磁电流相等。

4、并励直流电机并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组上所加的电压就是电枢两端的电压。

5、复励直流电机复励直流电机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢电路并联(称为并励绕组)，然后再和另一个励磁绕组串联(称为串励绕组)。

也可以一个励磁绕组与电枢绕组串联后，再和另一个励磁绕组并联。

四、直流电机的磁场和电枢反应1、直流电机的主磁路分为五段：定子、转子之间的气隙；电枢齿；电枢磁轭；主磁路和定子磁轭。

2、直流电机的空载磁场空载时，气隙磁场仅由主磁极上的励磁磁动势建立。

电机磁路中磁通数值不大时，磁动势随磁通成正比例地增加；当磁通达到一定数值后，磁动势的增加比磁通增加得快，磁化曲线呈饱和特性。

3、直流电机负载时的磁场及电枢反应(1)负载时气隙磁场发生了畸变；(2)呈去磁作用；五、并励直流电动机的基本方程感应电动势 n C E e a ϕ=电磁转矩 a T em I C T ϕ=转矩方程 02T T T em +=电动势平衡方程 a a a R I E U +=功率平衡方程 N N N N I U P η= n T T I E p em em a a em 602π=Ω== N Fe c m ec Cuf Cua P p p p p p P +++++=1六、直流电动机的工作特性1、并励直流电动机的工作特性(1)转速特性 当fN f N I I U U ==,时，()a I f n =的关系曲线。

a e a e I C R C U n ϕϕ-= ϕe N C U n =0，0n 为理想空载转速。

电动机的转速特性曲线是一根斜率为ϕe a C R 的直线。

(2)转矩特性 当fN f N I I U U ==,时，()a em I f T =的曲线。

a T em I C T ϕ=电磁转矩em T 与电枢电流成正比，两者的关系为通过原点O 的一条直线。

(3)效率特性 当fN f N I I U U ==,时，()a I f =η的关系曲线。

电机的效率为输出功率2P 与输入功率1P 之比，用百分值表示，即 ()%10021%1001%1002112⨯⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+∆++++-=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯=∑f a c a a a Cuf mec Fe I I U U I R I p p p P p P P η当a a Cuf m ec Fe R I p p p 2=++，也即电动机的不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达到最高。

七、并励和复励直流发电机空载电压的建立自励电压的建立有三个条件1、电机必须有剩磁；2、励磁绕组并联到电枢的极性必须正确；3、要使发电机能顺利地自励建压，必须使fer f R r <，f r 为励磁电阻，fer R 为励磁电阻临界值。

八、直流电机的换向改善换向的主要方法是在两主极之间安装换向极。

典型习题一、填空1、直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是 。

答：交流的。

2、并励直流电动机，当电源反接时，其中a I 的方向 ，转速方向 。

答：反向，不变。

3、直流电动机电刷放置的原则是： 。

答：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。

4、电枢反应对并励电动机转速特性和转矩特性有一定的影响，当电枢电流a I 增加时，转速n 将 ，转矩T e 将 。

答：下降，增加。

5、电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括 损耗；对于直流电动机包括 损耗。

答：空载损耗功率，绕组铜损耗。

6、一台p 对磁极的直流发电机采用单迭绕组，其电枢电阻为a r ,电枢电流为a I ,可知此单迭绕组有 条并联支路，其每条支路电阻为 ；若为单波绕组其每条支路电阻为 ，电枢电阻为 。

答：,2,2a pr p a a r p r p 22,27、励直流电动机改变转向的方法有 ， 。

答：将电枢绕组的两个接线端对调，将励磁绕组的两个接线端对调，但二者不能同时对调。

8、串励直流电动机在电源反接时，电枢电流方向 ，磁通方向 ，转速n 的方向 。

答：反向，反向，不变。

9、并励直流发电机的励磁回路电阻和转速同时增大一倍，则其空载电压 。

答：不变。

10、直流电机若想实现机电能量转换，靠 电枢磁势的作用。

答：交轴。

11、直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是 ；若为电动机，则直轴电枢反应是 。

答：去磁的，增磁的。

二、选择填空1、一台直流发电机，由额定运行状态转速下降为原来的30℅，而励磁电流及电枢电流不变，则 。

A ：E a 下降30℅，B ：T 下降30℅，C ：E a 和T 都下降30℅，D ：端电压下降30℅。

答：A2、一台并励直流发电机希望改变电枢两端正负极性，采用的方法是 。

Ａ：改变原动机的转向，Ｂ：改变励磁绕组的接法，Ｃ：改变原动机的转向或改变励磁绕组的接法。

答：C3、把直流发电机的转速升高２０℅，他励方式运行空载电压为01U ，并励方式空载电压为02U ,则 。

Ａ：01U = 02U ，Ｂ：01U < 02U ，Ｃ：01U > 02U 。

答：B4、起动直流电动机时，磁路回路应 电源。

A ：与电枢回路同时接入，B ：比电枢回路先接入，C ：比电枢回路后接入。

答：B5、一台并励直流电动机将单叠绕组改接为单波绕组，保持其支路电流不变，电磁转矩将 。

A ：变大，B ：不变，C ：变小。

答：C6、y = y c = 为单叠绕组y = y c = 为单波绕组。

A ：Q U//2p ±ε，B ：1，C ：2，D ：y c =k-1，E ：（K+1）/2p 。

答：B ，E7、在直流电机中，右行单叠绕组的合成节距c y y == 。

A ：p Q u 2,B ：ε±pQ u 2, C ：1, D ：2。

答：C8、若并励直流发电机转速上升20％，则空载时发电机的端电压U 0将 。

A ：升高20％,B ：升高大于20％,C ：升高小于20％,D ：不变. 答：B9、直流电动机的额定功率指 。

A:转轴上吸收的机械功率, B:转轴上输出的机械功率,C:电枢端口吸收的电功率, D:电枢端口输出的电功率。

答：B10、欲使电动机能顺利起动达到额定转速，要求电磁转矩大于负载转矩。

A：平均, B：瞬时, C：额定.答：A三、判断题1、直流电机的电枢绕组并联支路数等于极数即2a=2p。

（）答：错2、直流电机主磁通既链着电枢绕组又链着励磁绕组，因此这两个绕组中都存在着感应电动势。

（）答：错3、直流电机的电枢绕组至少有两条并联支路。

（）答：对4、起动直流电动机时，励磁回路应与电枢回路同时接入电源。

（）答：错5、直流电动机的额定功率指转轴上吸收的机械功率。

（）答：错6、直流电机无电刷一样可以工作。

（）答：错7、直流电机的转子转向不可改变。

（）答：错8、同一台直流电机既可作发电机运行，由可作电动机运行。

（）答：对四、简答题1、在直流电机中换向器-电刷的作用是什么？答：在直流电机中，电枢电路是旋转的，经换向器-电刷作用转换成静止电路，即构成每条支路的元件在不停地变换，但每个支路内的元件数及其所在位置不变，因而支路电动势为直流，支路电流产生的磁动势在空间的位置不动。

2、直流电机的磁化曲线和空载特性曲线有什么区别？有什么联系？答：直流电机的磁化曲线是电机主磁通与励磁磁动势的关系曲线)(00F f =Φ，电机的空载特性曲线是指电机在某一转速下空载电压与励磁电流的关系曲线)(0f I f U =。

由于000Φ∝Φ==n C E U E ，f f f I I N F ∝=20，因此两者形状相似。

3、直流电机电枢绕组型式由什么决定？答：直流电机绕组型式由绕组的合成节距y 决定。

1±=y 为叠式绕组；()p K y /1 =为波绕组，其中K 为换向器片数，p 为极对数。

4、直流电机电刷放置原则是什么？答 在确定直流电机电刷的安放原则上就考虑：（1）应使电机正、负电刷间的电动势最大：（2）应使被短路元件的电动势最小，以利于换向。

两者有一定的统一性，一般以空载状态为出发点考虑电刷的安放。

因此，电刷的合理位置是在换向器的几何中性线上。

无论叠绕组还是波绕组，元件端接线一般总是对称的，换向器的几何中性线与主极轴线重合，此时电刷的合理位置是在主极轴线下的换向片上。

5、一台六极直流电机原为单波绕组，如改制成单叠绕组，并保持元件数、每元件匝数、每槽元件数不变，问该电机的额定容量是否改变？答：单波绕组的并联支路数等于2，单叠绕组的并联支路数等于电机极数。

电枢绕组由单波改成单叠后，并联支路数由2条变成了6条，每条支路的串联元件数变为原来的1/3，支路电阻也变为原来的1/3。

因此，额定电压变为原来的1/3，而额定电流则变为原来的3倍，故电机的容量保持不变。

6、直流电机空载和负载运行时，气隙磁场各由什么磁动势建立？负载后电枢电动势应该用什么磁通进行计算？答：空载时的气隙磁场由励磁磁动势建立，负载时气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。

负载后电枢绕组的感应电动势应该用合成气隙磁场对应的主磁通进行计算。

7、直流电机的励磁方式有哪几种？每种励磁方式的励磁电流或励磁电压与电枢电流或电枢电压有怎样的关系？答：直流电机励磁方式四种：①他励——励磁电流f I 由独立电源供给，与电枢电流a I 无关；②并励——励磁电流并在电枢两端，励磁电压f U 等于电枢电压U ；③串励——励磁绕组与电枢串联，a f I I =；④复励——既有并励绕组又有串励绕组，按两绕组磁动势方向的异同分成：积复励——串励与并励磁动势同向，差复励——串励与并励磁动势反向。

8、做直流发电机实验时，若并励直流发电机的端电压升不起来，应该如何处理？ 答：并励直流发电机的端电压升不起来，可按下述步骤进行处理，先检查一下线路和仪表接法是否正确，然后：①检查电机转速是否达到额定转速；②调节励磁回路所串电阻，使励磁回路电阻小于临界电阻；③把励磁绕组两端对调接在电枢绕组两端，使励磁磁通与剩磁磁通方向一致；④若以上三点都无效,则电机没有剩磁，应给电机充磁。