电机学第16章直流电机的基本工作原理和结构

第16章直流电机的基本工作原理和结构

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。

答：额定功率是指输出功率。直流发电机的额定功率是指电机额定运行时，电刷端输出的电功率；

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kW 55=N P ，额定电压V 110=N U ，额定转速1000/min N n r =，额定效率85%N η=。试求该电动机的额定输入功率1P 和额定电流N I 。 解：kW P P N N

706.64%

85551===η A U P I N N 24.588110

10706.643

1=⨯== 16.7一台直流发电机的铭牌数据如下：额定功率kW 200=N P ，额定电压V 230=N U ，额定转速1450/min N n r =，额定效率90%N η=。试求该发电机的额定输入功率1P 和额定电流N I 。 解：kW P P N N

22.222%

902001===η A U P I N N N 565.869230

102003

=⨯== 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Φ=2.1×10-2

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：9.191

60398360=⨯⨯==

a pN C E 03.1901239832=⨯⨯==ππa pN C T V n C E E a 85.6261500101.29.192=⨯⨯⨯=Φ=-

Nm I C T a T em 91.3910101.203.1902=⨯⨯⨯=Φ=-

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） A U P I N N N 5.356230

10823=⨯== （2） 2.8160246260=⨯⨯==

a pN C E W

b n C E E a 21089.2970

2.8230-⨯=⨯≈=Φ （3）

3.781224622=⨯⨯==

ππa pN C T Nm I C T a T em 7.8065.3561089.23.782=⨯⨯⨯=Φ=-