《电机学》习题解答(吕宗枢)16章.docx

第 16 章思考题与习题参考答案

16.1简述直流发电机和直流电动机的基本工作原理。

答：发电机原理：定子励磁绕组通入直流电流建立恒定的磁场（励磁磁场），当原动机拖动转子旋

转时，电枢线圈便切割励磁磁场而产生感应电动势，尽管该电动势是交流电动势，但是通过换向器和电

刷的配合作用，在电刷两端可获得直流电动势，当电刷与外电路接通时，便可向外电路发出直流电流。

电动机原理：定子励磁绕组通入直流电流建立恒定的励磁磁场，当把直流电源加在电刷两端时，电枢线圈中将有电流流过，电枢线圈的每边导体在励磁磁场中将受到电磁力的作用，并对转轴形成电磁转矩，从而拖动转子旋转。必须指出，虽然外加直流电源，但通过电刷和换向器的配合作用，使电枢线圈

中流过的是交流电流，从而保证电机产生固定方向的电磁转矩，拖动转子沿固定方向旋转。

16. 2 在直流电机中，为什么每根导体的感应电动势为交流，而由电刷引出的电动势却为直流? 换向器的作用是什么？

答：在直流电机中，电枢旋转使每根导体交替切割N、 S 极磁场，所以电枢导体电动势为交流。但

由于换向器与电枢线圈一起旋转，而电刷固定不动，使得其中的一个电刷总是与位于N极下的导体相接触，另一个电刷总是与位于S 极下的导体相接触，也就是说，一个电刷的电位总为正极性，而另一个电

刷的电位总为负极性，所以电刷两端的电动势是一个极性不变的直流电动势。换向器是实现电刷两端直

流电与电枢线圈中交流电的相互转换作用。

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

答：（ 1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转时，电刷两端电压为交流；

（ 2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转时，电刷两端电压为直流。

16.4 试述直流电机的主要组成部件及其作用。

答：直流电机主要由定子和转子组成。定子部分有：（ 1）主磁极，作用是产生恒定的主磁场；（2）换向极，作用是减少电刷与换向器之间的火花；（3）电刷装置，作用是与换向器一起实现直流电机的内

部交流与外部直流的相互转换功能，并使电刷与换向器保持良好接触；（ 4）机座和端盖，机座的作用是

用来固定主磁极、换向极和端盖，也是电机磁路的一部分。

转子部分有：（ 1）电枢铁心，作用是用来安放电枢绕组并作为主磁路的一部分；（2）电枢绕组，作用是产生感应电动势和电流以及产生电磁转矩，是电能与机械能相互转换的重要部件；（ 3）换向器，又称整流子，是实现电枢内交流电和外部直流电的转换作用。

16.5 说明直流发电机与直流电动机额定功率的定义及其性质差别。

直流电动机的额定功率是指额定运行时，电机转轴输出的机械功率。

16.6 一台直流电动机的铭牌数据如下：额定功率P N55kW ，额定电压 U N110 V ，额定转速n N 1000 r / min ，额定效率N85% 。试求该电动机的额定输入功率P1和额定电流 I N。

解： P1P N55

64.706kW

85%

N

I N

P164.706103A U N110588.24

16.7 一台直流发电机的铭牌数据如下：额定功率P N200kW ，额定电压 U N230V ，额定转速 n N 1450 r / min ，额定效率N90% 。试求该发电机的额定输入功率P1和额定电流 I N。

解： P1P N200

222.22kW

90%

N

I N

P N200103

869.565A U N230

16.8 一台直流电机的极对数p=3，电枢绕组总导体数N =398，气隙每极磁通

-2

=2.1 × 10 Wb ，电

枢电流 I a=10A ，转速 n=1500 r/min，电枢绕组有两条并联支路。求电枢电动势和电磁转矩。

解： C E pN339819.9

60a601

C T pN3398190.03

2 a21

E a C E n 19.9 2.110 2 1500626.85V

T

em C T I a190.03 2.1 10 2 1039.91Nm

第 16 章自测题参考答案

一、填空题

1.交流、直流；

2. 串励、复励；

3. 电、机械；

4. 相反、相同；

5. 相同、相反二、选择题

1.③

2.①

3.②

4.③

5.③

三、简答题和作图题

1.答：由于主磁极励磁绕组中通入直流电流后产生的磁场为恒定磁场，即磁极铁心中的磁通是不

变的，所以主磁极铁心包括定子铁轭中不存在磁滞和涡流损耗，所以可采用普通钢片。但由于电枢旋转，

电枢铁心交替切割主磁极N、S 磁场，电枢铁心中的磁通是交变的，故电枢铁心中产生涡流和磁滞损耗，为了减少涡流和磁滞损耗，电枢铁心必须采用硅钢片。

2.答：有他励、并励、串励和复励四种。各接线图略。

四、计算题

解：（ 1）

P N82103A I N U N230356.5

（ 2） C E

pN2246

8.2

60a601

E a230

2.89102Wb

C E n8.2970

（3） C T pN2246

78.3 2 a21

T

em C

T I a78.3 2.8910 2356.5 806.7 Nm