1、第二章 直流电机 21 为什么直流发电机能发出直流电流？如果没有换向器，电机能不能发出直流电流？换向器与电刷共同把电枢导体中的交流电流， “换向”成直流电，如果没有换向器，电机不能发出直流电。22 试判断下列情况下，电刷两端电压性质（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。(1)交流 电刷与电枢间相对静止，电刷两端的电压性质与电枢的相同。（2）直流 电刷与磁极相对静止，电刷总是引出某一极性下的电枢电压，而电枢不动，磁场方向不变 是直流。23 在直流发电机中，为了把交流电动势转变成直流电压而采用了换向器装置；但在直流电动机中，加在电刷两端的电压已是直流电压，那么换向
2、器有什么呢？直流电动机中，换向法把电刷两端的直流电压转换为电枢内的交流电，以使电枢无论旋转到 N 极下，还是 S 极下，都能产生同一方向的电磁转矩24 直流电机结构的主要部件有哪几个？它们是用什么材料制成的，为什么？这些部件的功能是什么？有 7 个 主磁极 换向极， 机座 电刷 电枢铁心，电枢绕组，换向器 见备课笔记25 从原理上看，直流电机电枢绕组可以只有一个线圈做成，单实际的直流电机用很多线圈串联组成，为什么？是不是线圈愈多愈好？一个线圈产生的直流脉动太大，且感应电势或电磁力太小，线圈愈多，脉动愈小，但线圈也不能太多，因为电枢铁心表面不能开太多的槽，线圈太多，无处嵌放。26 何谓主磁通？何
3、谓漏磁通？漏磁通的大小与哪些因素有关？主磁通： 从主极铁心经气隙，电枢，再经过相邻主极下的气隙和主极铁心，最后经定子绕组磁轭闭合，同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢中感应电动势，实现机电能量转换。漏磁通： 有一小部分不穿过气隙进入电枢，而是经主极间的空气隙钉子磁轭闭合，不参与机电能量转换， 与饱和系数有关。27 什么是直流电机的磁化曲线？为什么电机的额定工作点一般设计在磁化曲线开始弯曲的所谓“膝点”附近？磁化曲线： -主磁通， 励磁磁动势0()fF00F设计在低于“膝点” ，则没有充分利用铁磁材料，即 同样的磁势产生较小的磁通 ，0如交于“膝点” ，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的 ，若磁通
4、 基本不变了，而00我的需要是 （根据 E 和 公式）选在膝点附近好处：材料利用较充分可调性好0mT稳定性较好。电机额定点选在不饱和段有两个缺点：材料利用不充分磁场容易受到励磁电流的干扰而不易稳定。选在饱和点有三个缺点：励磁功率大增磁场调节困难电枢反应敏感28 为什么直流电机的电枢绕组必须是闭合绕组？直流电机电枢绕组是闭合的，为了换向的需要，如果不闭合，换向器旋转，电刷不动，无法保证正常换向。29 何谓电枢上的几何中性线？何谓换向器上的几何中性线？换向器上的几何中性线由什么决定？它在实际电机中的位置在何处？电枢上几何中性线：相临两点极间的中性线换向器上几何中性线：电动势为零的元件所接两换向片间
5、的中心线由元件结构决定，不对称元件：与电枢上的几何中性线重合。对称元件：与极轴轴线重合。实际电机中。210 单叠绕组与单波绕组在绕法上、节距上、并联支路数上的主要区别是什么？绕法上： 单叠：任意两个串联元件都是后一个叠在前一个上面 1ky单波：相临两串联元件对应边的距离约为 形成波浪型2节距上： 12iZPy（单叠） 1iZkPpyky21并联支路数 2a=2p(单叠 ) 2a=z(单波)211 直流发电机的感应电动势与哪些因素有关？若一台直流发电机的额定空载电动势是230V，试问在下列情况下电动势的变化如何？（1）磁通减少 10%；（2）励磁电流减少 10%；（3）磁通不变，速度增加 20%
6、；（4）磁通减少 10%，同时速度增加 20%。直发： 60aPNECn（1） 减少 10，则.9即 10.EnC.0.9237()EV（2）励磁电流减少 10，如果饱和，则 不变，E 也不变，如没有饱和，则 也减少10， =207(V)207E230V(3) 1.2nE1.276()V(4) 0.9.n0.9348()V212 一台 4 极单叠绕组的直流电机，问：（1）如果取出相邻的两组电刷，只用剩下的另外两组电刷是否可以？对电机的性能有何影响？端电压有何变化？此时发电机能供给多大的负载（用额定功率的百分比表示）？（2）如有一元件断线，电刷间的电压有何变化？此时发电机能供给多大的负载？（3）
7、若只用相对的两组电刷是否能够运行？（4）若有一极失磁，将会产生什么后果？(1)取出相临的两组电刷，电机能够工作，此时，电枢感应电动势不受影响，但电机容量会减小；设原来每条支路电流为 I，4 条支路总电流为 4I，现在两条支路并联，一条支路电阻为另一条支路的 3 倍，因此两条并联总电流为 I+ I= I，现在电流与原来电流之134比为 I：4I= ，因此容量减为原来容量的4313 13(2)只有一个元件断线时，电动势不受影响，元件断线的那条支路为零，因此现在相当于三条支路并联，总电流为原来的 4(3)若只用相对的两组电刷，由于两路电刷间的电压为零，所以电机无法运行。(4)单叠：由于电刷不动，若有
8、一磁极失磁，则有一条支路无电势，电刷间无感应电动势，电机内部产生环流，电机不能运行。213 如果是单波绕组，问 212 题的结果如何？(1)只用相邻两只电刷，电机能工作，对感应电势和电机容量均无影响，仅取一只电刷时，因仍是两条支路并联，所以电机还能工作，对电动势和电机容量均无影响。(2)一个元件断线，对电动势无影响，由于仅剩下一条支路有电流，电流为原来的，容量减为原来的1212(3)只用相对的两只电刷时，由于两只电刷为等电位，电压为零，因此电机无法运行。(4)单波失去一个磁极，感应电动势减小 ，容量减小 且内部产生环流。1212214 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？直流发电机和直流
9、电动机的电枢反应有哪些共同点？又有哪些主要区别？电枢反应：电枢磁场对励磁磁场的作用交轴电枢反应影响：物理中性线偏离几何中性线发生畴变计及饱和时，交轴有去磁作用，直轴可能去磁，也可能增磁。使支路中各元件上的感应电动势不均。发电机：物理中性线顺电机旋转方向移过一个不大的 角电动机：物理中性线逆电机旋转方向移过一个不大的 角直轴电枢反应影响：电动机：电刷顺电枢转向偏移，助磁，反之去磁215 直流电机空载和负责运行时，气隙磁场各由什么磁动势建立？负载时电枢回路中的电动势应由什么样的磁通进行计算？空载： 仅由励磁磁动势 建立，B2fNI02fFIN负载：由 和 Ax 共同建立： 由每极合成磁通计算，即负
10、载磁通计算，fNI0a负载时，导体切割的是负载磁通（即合成磁通）216 一台直流电动机，磁路是饱和的，当电机带负载以后，电刷逆着电枢旋转方向移动了一个角度，试问此时电枢反应对气隙磁场有什么影响？电动机电刷逆电枢转向移动，直轴电枢反应去磁，交轴电枢反应总是去磁的217 直流电机有哪几种励磁方式？分别对不同励磁方式的发电机、电动机列出电流 、I、 的关系式。aIf四种励磁方式：他励，并励，串励，复励电动机：他励： aI并励： afII串励： f复励： 短复励affII， 长复励fafI发电机：他励： aI并励： fI串励： afI复励： 短复励ffI218 如何判别直流电机是运行于发电机状态还是运
11、行于电动机状态？它们的 、 、emTn、 、 的方向有何不同？能量转换关系如何？EUaI如所受电磁力的方向与电枢转向相同即为电动机状态，反之为发电机状态。电动机： 与 n 方向相同，是驱动转矩， 与 U 方向相反，是反电动势， 方向流向emTaEaI电枢， 与 方向相反。aIaemIT只有输入电能，克服反电势，才能产生电枢电流，进而产生电磁转矩。发电机： 与 n 方向相反，是阻力转矩，E 与 U 方向相同， 与 方向相同，发出电em aEI功率，为克服阻力转矩 ，不断输入机械能，才能维持发电机以转 n 旋转，发出电能。em219 为什么电机的效率随输出功率不同而变化？负载时直流电机中有哪些损耗
12、？是什么原因引起的？为什么铁耗和机械损耗可看成是不变损耗？电机铜耗随输出功率变化，所以效率随输出功率变化，负载时有：铜耗，铁耗，机械损耗。铜耗：电枢绕组铜耗和励磁绕组铜耗。 ，2aIRfUI铁耗：交变磁场引起涡流损耗和磁滞损耗机械能：抽水，电刷摩擦损耗铁耗和机械耗和附加损耗与负载电流无关 认为是不变损耗220 直流发电机中电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的还是直流的？若是交流的，为什么计算稳态电动势 时不考虑元件的电感？aRIUE都是交流的通过电刷引出的感应电动势是直流，不考虑元件电感221 他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励发电机与他励发电机相比，哪一个的电压变化率大
13、？空载时：他励发电机端电压 U=E= eCn负载时： 电压下降aUEIR并励下降大，随着电压下降， 减小， 下降，端电压更加下降aE222 若把直流发电机的转速升高 20%，问在他励方式下运行和并励方式下运行时，哪一种运行方式下空载电压升高的较多？空载电压 他励时，n 升 20，E 升 200eUEC并励时，n 增加 E 增加， 增加， 增加，E 除 n 增大外， 也增大，并励时，fI 空载电压升较多。223 并励发电机正转时能自励，反转时还能自励吗？224 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，应该怎样处理？225 并励电动机正在运行时励磁绕组突然断开，试问在电机有剩磁或没有
14、剩磁的情况下有什么后果？若起动时就断了线又有何后果？226 一台正在运行的并励直流电动机，转速为 1450r/min。现将它停下来，用改变励磁绕组的极性来改变转向后（其它均未变） ，当电枢电流的大小与正转时相同时，发现转速为1500r/min，试问这可能是什么原因引起的？227 对于一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流保持不变，制动转矩为恒定值。试分析在电枢回路串入电阻 后，对电动机的电枢电流、转速、输入功率、铜耗、铁耗及jR效率有何影响？为什么？228 电磁换向理论是在什么基础上分析问题的？主要结论是什么？在研究真实换向过程应如何补充修正？229 换向元件在换向过程中可能出现哪些电动势
15、？是什么原因引起的？它们对换向各有什么影响？230 换向极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组怎么连接？如果将已调整好换向极的直流电机的换向极绕组的极性接反，那么运行时会出现什么现象？231 一台直流电机，轻载运行时换向良好，当带上额定负载时，后刷边出现火花。问应如何调整换向极下气隙或换向极绕组的匝数，才能改善换向？232 接在电网上运行的并励电动机，如用改变电枢端的极性来改变旋转方向，换向极绕组不改换，换向情况有没有变化？ 233 小容量 2 极直流电机，只装了一个换向极，是否会造成一电刷换向好另一电刷换向不好？234 没有换向极的直流电动机往往标明旋转方向，如果旋转方向反了会出现什么后果？如
16、果将这台电动机改为发电机运行，又不改动电刷位置，问它的旋转方向是否与原来所标明的方向一样？235 环火是怎样引起的？补偿绕组的作用是什么？安置在哪里？如何连接？236 选择电刷时应考虑哪些因素？如果一台直流电机，原来采用碳-石墨电刷，额定负载时换向良好。后因电刷磨坏，改换成铜-石墨电刷，额定负载时电刷下火花很大，这是为什么？244 电机的冷却方式和通风系统有哪些种类？一台已制成的电机被加强冷却后，容量可否提高？245 已知某直流电动机铭牌数据如下：额定功率 ，额定电压 ，kWPN75VUN20额定转速 ，额定效率 。试求该电机的额定电流。min/150rnN%.8N解： = =385.2 (A
17、)37.854.10PI1NU246 已知直流发电机的额定功率 ，额定电压 ，额定转速kN24N460，试求电机的额定电流。min/60rnN247 一台直流发电机的数据： ，总导体数 ，并联支路数 ，运62p780aN62a行角速度是 ，每极磁通 。试计算sad/4Wb0392.（1）发电机的感应电动势；（2）当转速 ，但磁通不变时发电机的感应电动势；in90r（3）当磁通变为 时发电机的感应电动势。min/,35.rb解：(1) 78601aPNEC 602EEC=130.0392 =611.5V6042(2)E= =130.0392900=458.6VEn(3)E=130.0435900
18、=509V248 一台 4 极、 、230V 、 的他励直流发电机，如果每极的合成磁通kW82min/970r等于空载额定转速下具有额定电压时每极的磁通，试求当电机输出额定电流时的电磁转矩。解： 3821056.()NPUI A6aENCn2PemTII 260NenTI 356.230978.NEn mA250 试计算下列绕组的节距 ， ， 和 ，绘制绕组展开图，安放主极及电刷，1y2Ky求并联支路对数。（1）右行短距单叠绕组： ， ；4pSZ（2）右行整距单叠绕组： ， ；0（3）左行单波绕组： ， ；219（4）左行单波绕组： ， 。2251 一台直流发电机， ， ， ，每元件匝数 ，当
19、4pa21S3yN、 时试求正负刷间的电动势。Wb20185.min/150rn解： 36ayNS= 8.42=4.22601PEC28.4 15V252 一台直流发电机 ，当 ，每极磁通 时，8pin/0rWb3104，试求：V3（1）若为单叠绕组，则电枢绕组应有多少导体？（2）若为单波绕组，则电枢绕组应有多少导体？解：(1) ECn32041695.8En单叠 a=4 60aPN 根6060495.8370aEPNC(2)单波：a=1根14.83a253 一台直流电机， ， ，每元件电阻为 ，当转速42p12S2.0时，每元件的平均电动势为 10V。问当电枢绕组为单叠或单波时，电枢端min
20、/0rn的电压和电枢绕组的电阻 各为多少？aR解：单叠绕组：每支路元件数： 12043电刷端电压 U=3010=300V电枢绕组电阻 单波绕组：每支路元件数：0.23415a电刷端电压： U=1060=600V1206电枢绕组电阻： =aR0.26254 一台 2 极发电机，空载时每极磁通为 ，每极励磁磁动势为 3000A。现设电Wb3.0枢圆周上共有电流 8400A 并作均匀分布，已知电枢外径为 若电刷自几何中性线前移m42.机械角度，试求：0（1）每极的交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势各为多少？（2）当略去交轴电枢反应的去磁作用和假定磁路不饱和时，试求每极的净有磁动势及每极下的合成磁通。25
21、5 有一直流发电机， ， ，每个元件的串联匝数 ，42p95S3yN， ， ，电刷在几何中性线上，试计算额定负载时的线负荷mDa16.0AIN361aA 及交轴电枢磁动势 。qF256 一台并励直流发电机， ， ， ，单波绕组，电枢导体总数kWPNVUN20min/960rnN42p根，额定励磁电流 ，空载额定电压时的磁通 。4a If5. Wb0174.电刷安放在几何中性线上，忽略交轴电枢反应的去磁作用，试求额定负载时的电磁转矩及电磁功率。解： 241.aPNTCemTaCI360()NUI A .75.6284.()em N.491afII2960601nrads8.05emPTkWA25
22、7 一台并励直流发电机， ， ， ，电枢电PNVUN230min/1450rnN路各绕组总电阻 ， ，励磁绕组每极匝数 匝，3.arb28f，励磁绕组电阻 。当转速为 时，测得电机的空载特IfN79. 1.fRi/14r性如下表：U0/V 44 104 160 210 230 248 276I /A 037 091 145 200 223 251 335试求：（1）欲使空载产生额定电压，励磁回路应串入多大电阻？（2）电机的电压调整率 ；U（3）在额定运行情况下电枢反应的等效去磁磁动势 。faF259 一台 4 极并励电动机， ， ， ，kWPN14VUN20814.ar，主极绕组每极 2800
23、 匝，总励磁电阻 。电机在 时的VUb 8fRmin/空载特性如下：I /A 02 03 04 05 06 07 08 09 10U0/V 75 110 140 168 188 204 218 231 240当额定负载时，电枢电流为 76A，此时电枢反应的去磁磁动势用并励绕组的电流表示时为 ，试求：A1.（1）额定负载下的转速；（2）若在此电机中的每个主极装设 匝的串励绕组（积复励或差复励两种情况） ，5.3这时电枢电路的总电阻 ，试求额定负载下的转速。089.ar260 两台完全相同的并励直流电机，机械上用同一轴联在一起，并联于 230V 的电网上运行，轴上不带其它负载。在 时空载特性如下：
24、min/1rI /A 13 14U0/V 1867 1959现在，电机甲的励磁电流为 ，电机乙的为 ，转速为 ，电枢回A4. A3.min/20r路总电阻（包括电刷接触电阻）均为 ，若忽略电枢反应的影响，试问：0（1）哪一台是发电机？哪一台为电动机？（2）总的机械损耗和铁耗是多少（3）只调节励磁电流能否改变两机的运行状态（保持转速不变）？（4）是否可以在 时两台电机都从电网吸取功率或向电网送出功率？min/20r解：(1)甲台电机在 时的电动势为 195.9V,1乙台电机在 时的电动势为 186.7V,inr甲台电机在 时电动势( )12095.3()EV甲 0En甲乙台电机在 时电动势：mi
25、nr230V 230V12086.74()乙 甲 乙 甲为发电机，乙为电动机。(2)电动机： 2emnomP发电机： 2Ge两台电机总的机械耗和铁耗为：omemM电动机： 2304.16()aUEaRIAePW发电机： 2350.1()GaEaRI总的机械耗和铁耗：235017()emGaPEIW1469o(3)要改变两台电机运行状态并保持转速不变，应减小甲台电机的励磁电流，同时增加乙台电机的励磁电流，当两台电机的励磁电流相同时，两台电机都是电动机，最后乙为发电机，甲为电动机。(4)都可以通过从电网吸收电功率成为电动机，但不能都成为发电机，因为没有原动机，即没有输入机械能，无法输出电能。261
26、 一直流电机并联于 电网上运行，已知 ， ， 根，VU201a2p398aN， ，电枢回路总电阻（包括电刷接触电阻）min/150rnNWb13.， ， ， ，杂散损耗 ，7.aRAIN8pFe76Wpmec379%6.01Pad试问：此直流电机是发电机还是电动机运行？计算电磁转矩 和效率。emT解：（1） = =205（V）220V60aPNECn2398601.150总电动机运行。（2） 205.17.4()aURI 23981.8.24.()aPNemTII NA（3） =88.24+1.83=90.07(A)afI1209.5.4()PW= =MFemcad)FemcadEIP2058
27、8.24-276-379-0.86 =17263.79(W)1985.40100= 100=87.12或者：21P17263.985423.67()cuaaIR.0ffUW=0.8619815.4=170.41( )ad=17263.7( )21985.4cuafFemcadPPPW262 一台 、220V 的并励电动机，额定效率 ，电枢回路的总电阻（包k %3.85N括电刷接触电阻） ，并励回路电阻 。今欲使起动电流限制为额定电2.0aR4fR流的 倍，试求起动变阻器电阻应为多少？若起动时不接起动电阻则起动电流为额定电5.1流的多少倍？263 一台并励电动机， ， ， ， ，kWPN5.VU
28、N10AIN58min/1470rnN， （包括电刷接触电阻） 。在额定负载时突然在电枢回路中串入38fR1.0a电阻，若不计电枢回路中的电感和略去电枢反应的影响，试计算此瞬间的下列项目：5.0（1）电枢反电动势；（2）电枢电流；（3）电磁转矩；（4）若总制动转矩不变，求达到稳定状态的转速。(1) 1038.79()fNfUfRI A55.2()aNfI 在电枢串入电阻的瞬间， 和01.4()aNEVn 不变，电动势不变 .4()EV 不变， 不变，由于惯性，n 不变（加讲串电阻调速过程）fI(2) 10.4253.()aUERA(3) emaETCII aIemeT9.5emEaTCI或者：
29、 不变 10.479.59.5.328.()NEemEaanII Nm(4) 总制动转矩不变， 不变。emT电枢电流 不变7.2()aIA 1057.2(10.5)72.8()URV NEn .8min04NErn264 并励电动机的 ， ， ， ，kWP96VUAINIfN5。已知电枢电阻为 ，试求：mi/50rnN7.（1）电动机的额定输出转矩；（2）在额定电流时的电磁转矩；（3）电机的空载转速；（4）在总制动转矩不变的情况下，当电枢回路串入 电阻后的稳定转速.10解：(1) 32961058.()NPnTNm(2) 42742.5()aaEUIRV20.56.(emNPA()aNfII(
30、3) 420.5min813.aNErenC空载转速 0i.2()eUC(4)总制动转矩不变， 不变，mT50aNIA()4.17839.NajIRV 395. min20()E rn265 一台并励电动机， ， ， ， ，kWPN.UN0min/90rN%85N（包括电刷接触电阻） ， 。若总制动转矩不变，在电枢回路串入一8.0a AIf2电阻使转速降低到 ，试求串入电阻的数值、输出功率和效率（假设 p0） 。in/45r解： 317.21085()NPNUI A(.104aaERV(1) 即1049.6NEenC ()aeNajECnUIR01156450=11075（0.08+ ）求解得
31、jR.693j266 串励电动机 ， ， ，电枢回路各绕组电阻VUN20AIN4min/10rN，一对电刷接触压降 。若制动总转矩为额定值，外施电压减到5.ar b2150V，试求此时电枢电流 及转速 （假设电机不饱和） 。an解：(1)是串励 又总制动转矩保持为额定值fI 为常数，emT2emTaTfaCkITfC 40()aIA(2) 204.5198()NNabEUIr V 152(条件 不变)否则：NnEaI NaEIn 128mi9064.()NEr267 某串励电动机， ， ， ， ，kWPN7.VUN20AIN5.78min/85rnN（包括电刷接触电阻） ，欲在负载制动转矩不变
32、条件下把转速降到 ，6.aR 30需串入多大电阻？解： 208.5619.()NaEUIR总制动转矩不变 不变， 不变 ECn 350819.19.4()n V 2.4762aUEIR 268 已知他励直流电动机 ，kWPN， ， ， ，试求：VN0AINmin/130rn25.0aR（1）拖动额定负载在电动机状态下运行时，采用电源反接制动，允许的最大制动力矩为 ，那么此时应串入的制动电阻为多大？T（2）电源反接后转速下降到 时，再切换到能耗制动，使其准确停车。当允许的N2.最大力矩也为 时，应串入的制动电阻为多大？N269 一台并励电动机， ， ， ， ，kWPN10VU0min/150rnN%5.84NAIfN178.，试求下列制动方式制动时，进入制动状态瞬间的电枢回路的损耗和电磁制354.aR动转矩。（1）电动机在恒转矩负载在额定状态下运行时，电枢回路串电阻使转速下降到时稳定运行，然后采用反接制动；min/20r（2）采用能耗制动，制动前的运行状态同（1） ；（3）电动机带位能性负载作回馈制动运行，当 时。min/20rn
