第三章 直流电机
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. ★★一台四极直流发电机采用单叠绕组，若取下一支或相邻的两支电刷，其电流和功率 ，而电刷电压 。
答：减小，不变。
3. ★一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流f I 不变，当加上一恒定转矩的负载后，发现电枢电流超过额定值，有人试在电枢回路中接一电阻来限制电流，此方法 。串入电阻后，电动机的输入功率1P 将 ，电枢电流a I ，转速n 将 ，电动机的效率η将 。
答：不行，不变，不变，下降，下降。
4. ★一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20℅，则稳定后电机的电流为 倍的额定电流（假设磁路不饱和）。
答：1.25倍。
5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中I a 的方向 ，转速方向 。 答：反向，不变。
6. 直流发电机的电磁转矩是 转矩，直流电动机的电磁转矩是 转矩。 答：制动，驱动。
7. 一台串励直流电动机与一台并励直流电动机，都在满载下运行，它们的额定功率和额定电流都相等，若它们的负载转矩同样增加0.5，则可知： 电动机转速下降得多，而 电动机的电流增加得多。
答：串励，并励。
8. ★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I a 增加时，转速n 将 ，转矩T e 将 。
答：下降，增加。
9. 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。
10. 直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速 ，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速 。
答：升高，降低。
11. 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。
12. ★串励直流电动机在负载较小时，a I ；当负载增加时，T e ，a I ；n 随着负载增加下降程度比并励电动机要 。
答：小，增加，增加，严重。
13. ★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 22,2
14. 并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。
15. 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。
16. 当保持并励直流电动机的负载转矩不变，在电枢回路中串入电阻后，则电机的转速
将 。
答：下降。
17. 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。
18. 直流电机单叠绕组的并联支路对数为 ，单波绕组的并联支路对数 答：2p,2。
19. 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。
20. ★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. ★★一台串励直流电动机，若电刷顺转向偏离几何中性线一个角度，设电机的电枢电流保
持不变，此时电动机转速 。
A ：降低，
B ：保持不变，
C ：升高。
答：C
2. ★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：A
3. 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：既改变原动机的转向又改变励磁绕组的接法。
答：A
4. ★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：B
5. ★一直流电动机拖动一台他励直流发电机，当电动机的外电压，励磁电流不变时，增加发
电机的负载，则电动机的电枢电流a I 和转速n 将 。
A ：a I 增大，n 降低，
B ：a I 减少，n 升高，
C ：a I 减少，n 降低。
答：A
6. ★一台并励直流电动机，在保持转矩不变时，如果电源电压U 降为0.5N U ,忽略电枢反应
和磁路饱和的影响，此时电机的转速 ：
A ：不变，
B ：转速降低到原来转速的0.5倍，
C ：转速下降，
D ：无法判定。
答：C
7. 在直流电机中，公式n C E e a Φ=Ф和a T I C T Φ=中Φ指的是 ：
A ：每极合成磁通 ，
B ：所有磁极的总磁通，
C ：主磁通每极磁通 ，
D ：以上都不是 。
答：A
8. ★直流电动机在串电阻调速过程中，若负载转矩保持不变，则 保持不变
A ：输入功率 ，
B ：输出功率，
C ：电磁功率 ，
D ：电机的效率。
答：A
9. 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：B
10. 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：C
11. ★一台串励直流电动机运行时励磁绕组突然断开，则
A ：电机转速升到危险的高速，
B ：保险丝熔断
C ：上面情况都不会发生。
答：C
12. ★直流电动机的电刷逆转向移动一个小角度，电枢反应性质为 。
A ：去磁与交磁
B ：增磁与交磁
C ：纯去磁
D ：纯增磁
答：A
13. ★一台他励直流发电机，额定电压为200伏，六极，额定支路电流为100安培，当电枢为
单叠绕组时，其额定功率为 ；当电枢为单波绕组时，其额定功率为 ； A ：20W B ：40KW C ：80KW D ：120KW
答：D ，B
14. 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 ，E
15. ★并励直流电动机磁通增加10℅，当负载力矩不变时（T 2不变），不计饱和与电枢反应的
影响，电机稳定后，下列量变化为：Te ,n ,Ia ,P 2 .
A ：增加
B ：减小
C ：基本不变
答：C ，B ，B ，B
16. ★一台他励直流发电机，额定电压220V ，6极，额定支路电流为100A ，当电枢为单叠绕组
时，其额定功率 ；当电枢绕组为单波绕组时，其额定功率为 。 A ：22KW B ：88KW
C ：132KW
D ：44KW
答：C ，D
17. 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±p
Q u 2 C ：1 D ：2 答：C
18. ★直流发电机的电刷逆转向移动一个小角度，电枢反应性质为 。
A ：去磁与交磁
B ：增磁与交磁
C ：去磁
答：B
19. ★并励直流电动机在运行时励磁绕组断开了，电机将 。
A ：飞车
B ：停转
C ：可能飞车，也可能停转
答：C
20. 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：B
21. 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：B
22.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
23.★负载转矩不变时，在直流电动机的励磁回路串入电阻，稳定后，电枢电流将，转速
将。
A,上升，下降B,不变，上升C,上升，上升
答：A
三、判断
1.★并励直流发电机转速上升0.2倍，则空载时发电机端电压上升0.2倍。（）答：错
a=2p。（）2.直流电机的电枢绕组并联支路数等于极数即2
答：错
3.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势。
（）答：错
4.★他励直流电动机在固有特性上弱磁调速，只要负载不变，电动机转速升高。（）答：对
5.直流电机的电枢绕组至少有两条并联支路。（）答：对
6.电磁转矩和负载转矩的大小相等，则直流电机稳定运行。（）答：错
7.★他励直流电动机降低电源电压调速与减小磁通调速都可以做到无级调速。（）答：对
8.并励直流发电机稳态运行时短路电流很大。（）答：错
9.★直流发电机中的电刷间感应电势和导体中的感应电势均为直流电势。（）答：错
10.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
11.直流电动机的额定功率指转轴上吸收的机械功率。（）答：错
12.直流电机无电刷一样可以工作。（）答：错
13. 直流电机的转子转向不可改变。 （ ） 答：错
14. 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
15. 并励直流电电机不可轻载运行。 （ ） 答：错
四、简答
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. ★直流电枢绕组元件内的电动势和电流是直流还是交流？若是交流，那么为什么计算稳态
电动势时不考虑元件的电感？
答 直流电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的。直流电机电枢绕组是旋转的，经换向器-电刷的作用，变换成为静止电路，两电刷间的电路在空间位置是不变的，因而电刷电动势是直流的，所通过的电流也是直流的，电感不起作用。
3. 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。
4. ★直流电机的感应电动势与哪些因素有关？若一台直流发电机在额定转速下的空载电动势
为230V （等于额定电压），试问在下列情况下电动势变为多少？（1）磁通减少10% ；（2）励磁电流减少10% ；（3）转速增加20%；（4）磁通减少10%。
答 感应电动势n n C E E Φ∝Φ=，在其它条件不变的情况下，感应电动势E 与磁通Φ和转速n 成正比。
（1）Φ减少10% ，E 亦减少10% ，为20V 。
（2）励磁电流减少10% ，由于磁路饱和，Φ减少不到10% ，E 亦减少不到10% ，因此207V 〈E 〈230V 。
（3）n 增加班费20% ，E 亦增加20% ，为276V 。
（4）Φ减少10% ，n 上升10% ，V V E 228230)1.01)(1.01(=?+-=。
5. 直流电机的感应电动势公式用机械角速度表示转速时，其结构常数和电磁转矩公式的结构
常数是统一的，试证明。
答 ΦΩ=ΦΩ=ΩΦ=Φ=Φ=T E C a
pN a pN n a pN n C E ππ22606060 6. 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。
7. 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若电机没有剩磁，则应给电机充磁。
8. 并励发电机正转能自励，反转能否自励？
答 发电机正转时能够自励，表明发电机正转时满足自励条件，即：①有一定的剩磁；②励磁回路的电阻小于与运行转速所对应的临界电阻；③励磁绕组的接线与电机转向的配合是正确的。这里的正确配合就是说当电机以某一方向旋转时，励磁绕组只有一个正确的接法与之相对应。如果转向改变了，励磁绕组的接线也应随之改变，这样才能保证励磁电流所产生的磁场方向与剩磁方向相同，从而实现电机的自励。当电机的转向改变了，而励绕组的接线未改变，这样剩磁电动势及其产生的励磁电流的方向必然改变，励磁电流产生的磁场方向必将与剩磁的方向相反。电机内磁场被削弱，电压不能建立，所以并励发电机正转时能自励；反转时，不改变励磁绕组的两个端头的接线，是不能自励的。
9. 在励磁电流不变的情况下，发电机负载时电枢绕组感应电动势与空载时电动势大小相同
吗？为什么？
答 负载时电动势比空载时小，由于负载时有电枢反应去磁作用，使每极磁通减小。
10. ★一台并励发电机，在额定转速下，将磁场调节电阻放在某位置时，电机能自励。后来原
动机转速降低了磁场调节电阻不变，电机不能自励，为什么？
答 对应于不同的转速有不同的空载曲线，因而临界电阻也不同。电机转速降低，临界电阻减小，当临界电阻小于励磁回路电阻时，电机便不能自励。
11. ★★如何改变并励、串励、积复励电动机的转向？
答 改变直流电动机转向就是要改变电磁转矩的方向，电磁转矩是电枢电流和气隙磁场相互作用产生的，因此改变电枢电流的方向或改变励磁磁场的方向就可以达到改变电动机转向的目的。①并励电动机：将电枢绕组的两个接线端对调或将并励绕组的两个接线端对调，但两者不能同时改变；②串励电动机：方法与并励电动机相同；③积复励电动机：要保持是积复励，最简单的方法是将电枢绕组的两个接线端对调。
12. ★并励电动机和串励电动机的机械特性有何不同？为什么电车和电力机车都采用串励电动
机？
答 并励电动机的机械特性表达式
em em T E a E KT n T C C R C U n -=Φ
-Φ=02 当忽略电枢反应时，磁通Φ为不随负载变化的常数，)(em T f n =是一条略下倾的直线，转速随负载增加而略有下降。如果电车和电力机车使用这种电动机，那么当电车载重或上坡时电机将过载较多。串励电动机的机械特性表达式为
a em R C T U C n 21
-= 其中，Φ
=C C C C T E 1
1，Φ=C C C E 12，a I C Φ=Φ。串励电动机的励磁电流等于电枢电流，磁路不饱和时a I ∝Φ，ΦC 为一常数，2a em I T ∝；磁路高度饱和时，Φ基本不变，ΦC 与a I 成反
比，而a em I T ∝。串励电动机的机械特性)(em T f n =是一条转速随em T 增加而迅速下降的曲线。
当电车载重或上坡时，电动机的转速会自动下降，使得)(em nT 增加不多，因而电机输入功率增加不像并励电动机那样快，所以电车和电力机车通常采用串励电动机拖动。
13. ★★一台并励直流电动机原运行于某一a I 、n 、E 和em T 值下，设负载转矩2T 增大，试分
析电机将发生怎样的过渡过程，并将最后稳定的a I 、n 、E 和em T 的数值和原值进行比较。 答 直流电动机稳定运行时，02T T T em +=，2T 增大后，02T T T em +<，从而使得n 下降。由n C E E Φ=知，E 下降，而a
a R E U I -=，因此，a I 上升。a T em I C T Φ=，故em T 上升。这个过程一直持续到02T T T em +=为止，电动机在新的状态下稳定运行。与原值相比，a I 增大，n 减小，E 减小，em T 增大。
14. ★★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1R 后，对电动机的电枢电流、转速、输入功率、铜耗、铁耗及效率有何影响？为什么？
答 由转矩平衡方程式20T T T em +=可知，制动转矩不变时电磁转矩是不变的。当电动机的励磁电流保持不变，在不考虑电枢反应的影响或电枢反应保持不变时，气隙磁通Φ=常数，因而电枢电流a I 是不变的。又由于电压U 不变，所以输入功率()f a I I U P +=1不变。从Φ+-=E j a a C R R I U n )
(可知，当U 、a I 、Φ不变时，
转速将随着j R 的增大而减小。而n T P 22∝，所以输出功率随n 下降而下降，因此电机的效率将降低。励磁回路铜耗)(2j a a Cua R R I P +=随
j R 增大而增大，铁耗随n 下降而减少。因此电枢回路串电阻后，电机的转速下降，电枢电流不变，输入功率不变，输出功率减少，铁耗减少，铜耗增加，效率降低。
15. 试述并励直流电动机的调速方法，并说明各种方法的特点。
答 并励直流电动机的调速方法有以下三种：
（1）改变励磁电流调速。这种调速方法方便，在端电压一定时，只要调节励磁回路中的调节
电阻便可改变转速。由于通过调节电阻中的励磁电流不大。故消耗的功率不大，转速变化平滑均匀，且范围宽广。接入并励回路中的调节电阻为零时的转速为最低转速，故只能“调高”，不能“调低”。改变励磁电流，机械特性的斜率发生变化并上下移动。为使电机在调速过程中得到充分利用，在不同转速下都能保持额定负载电流，此法适用于恒功率负载的调速。
（2）改变电枢端电压调速。当励磁电流不变时，只要改变电枢端电压，即可改变电动机的转速，提高电枢端电压，转速升高。改变电枢端电压，机械特性上下移动，但斜率不变，即其硬度不变。此种调速方法的最在缺点是需要专用电源。在保持电枢电流为额定值时，可保持转矩不变，故此法适用于恒转矩的负载调速。
（3）改变串入电枢回路的电阻调速。在端电压及励磁电流一定、接入电枢回路的电阻为零时，转速最高，增加电枢路电阻转速降低，故转速只能“调低”不能“调高”。增加电枢电阻 ，机械特性斜率增大，即硬度变软，此种调速方法功率损耗大，效率低，如果串入电枢回路的调节电阻 是分级的，则为有级调速，平滑性不高，此法适用于恒转矩的负载调速。
五、计算
1. 一台并励直流发电机，35=N P kW ，V U N 115=，min /1450r n N =，电枢电路各绕组
总电阻Ω=0243.0a r ，一对电刷压降V U b 22=?，关励电路电阻Ω=1.20f R 。求额定负载时的电磁转矩及电磁功率。
解 额定电流
A A U P I N N N 3.304115
10353
=?== 额定励磁电流
A A R U I f N fN 72.51
.20115===
额定电枢电流 A A I I I fN N aN 310)72.53.304(=+=+=
额定电枢电动势
b a aN N N U r I U E ?++=2
V V 5.124)20243.0310115(=+?+=
电磁功率
kW W I E P aN N em 6.383105.124=?==
电磁转矩
m N m N I E P T aN N em em ?=?=Ω=2.24560
14502π 2. ★一台并励直流电动机，额定数据为：V U N 110=，A I N 28=，min /1500r n N =，电
枢回路总电阻 Ω=15.0a R ，励磁电路总电阻Ω=110f R 。若将该电动机用原动机拖动作为发电机并入电压为N U 的电网，并忽略电枢反应的影响，试问：
（1）若保持电压电流不变，此发电机转速为多少？向电网输出的电功率为多少？
（2）当此发电机向电网输出电功率为零时，转速为多少？
解 （1）电动机状态额定运行时
励磁电流
A A R U I f N fN
1110
110=== 电枢电流 A A I I I fN N aN 27)128(=-=-=
感应电动势
a aN N N R I U E -=
V V 1
.114)15.027110(=?+= 由于额定电压不变，励磁电流不变，因此主磁通保持不变。故发电机运行时的转速为
min /1615min /1500106
1.114r r n E E n N N F F =?==
发电机运行时输出功率 W I I U P fN aF N )127(110)(2-?=-=
kW W 86.22860==
（2）发电机向电网输出功率为0，即此时输出电流为0，故发电机的电枢电流等于励磁电流
A I I fN aF 1'==
发电机感应电动势为
a aF N F R I U E ''+=
V V 2.110)15.01110(=?+=
发电机的转速
min /1560min /16151.1142.110''
r r n E E n F F F F
=?=?=
3.一台并励直流电动机的额定数据如下：P N ＝17kw ，U N ＝220V ，n ＝3000r/m ，I N ＝88.9A ，电枢回路电阻r a =0.0896欧，励磁回路电阻R f ＝181.5欧，若忽略电枢反应的影响，试求：（1）电动机的额定输出转矩；（2）在额定负载时的电磁转矩；（3）额定负载时的效率；（4）在理想空载（I a ＝0）时的转速；（5）当电枢回路串入电阻R ＝0.15欧时，在额定转矩时的转速。 解（1） 1.543000
26017000=??=Ω=πN N N P T N ·m （2） Ω===
212.15.181220R U I f N fN 688.87212.19.88=-=-=fN N aN I I I A
14.2120896.0688.87220=?-=-=R I U E a aN N aN V
13.18602688.8714.212=?==I E P aN aN emN w
2.592601
3.18602=??=Ω=N
N emN emN n P T π N·m （3） 1.51.542.590=-=-=T T T N emN N·m
2.160260
300021.500=??=Ω=πT P w P P P P cuf cua emN N ++=1
R I R I P f f a a emN 22++=
＝18602.13+87.6882×0.0896+1.2122×181.5
＝19557.7 w
%9.86%1001=?=P P N
N N η （4）m r E n U C U n aN
N N N e N /2.311114.21230002200=?===φ （5）因为调速前后T em 不变，所以I a 不变
V R R I U E a a N a 199)15.00896.0(688.87220)('=+?-=+-= m r E E n n a aN
N /2.281419914.2123000''=?=?=
4.★一台串励直流电动机U N ＝220V ，n ＝1000r/m ，I N ＝40A ，电枢回路电阻为0.5欧，假定磁路不饱和。试求：（1）当I a ＝20A 时，电动机的转速及电磁转矩？（2）如果电磁转矩保持上述值不变，而电压减低到110V ，此时电动机的转速及电流各为多少？ 解：200
5.040220=?-=-=R I U E a N N aN V
2.01000
200N ===n E C aN N e φ （1）A I 'a 20=，1.040
20'=?=φφN e N e C C 所以m r R I U C E n a a N e a /21001.05.0202201.0''''
=?-=-==φ 1.1920)1.055.9('''=??==I C T a M em φ Ｎ·
m （2）串励且转矩保持不变，所以I a 不变，φ'
C e 不变 I a ＝20 A
m r R I U C E n a a N e a
''/10001.05.0201101.0''''=?-=-==φ
《电机与拖动》参考答案 2-1 （1） 切削功率: W FV P s m d n V r j j j n n L f f 38009.1*2000/9.1215.0*6067.241*22*602min /67.2412 *5.1*21450 321========= ππ （2） 电动机输出功率：W P P L 6.52129 .0*9.0*9.03800 3 212== = ηηη （3） 系统总飞轮转矩： 2 2 222222 322212 2 2 2 12 2 1 22 2.55.425.0 3.05.05.32*5.1*295.1*27.2225.3m N j j j GD j j GD j GD GD GD d c b a =+++=+++=+ + + = （4） 电动机电磁转矩： M N j j j FD T T L .29.349 .0*9.0*9.0*2*5.1*22 /15.0*20002/3213213 212=== = ηηηηηη （5） 不切削时的电动机电磁转矩： 忽略损耗时的电动机电磁转矩 ! M N j j j FD T .252 *5.1*22 /15.0*20002/'3212=== 传动机构阻转矩：M N T T T .29.92529.34'220=-=-= 加速时电动机转矩：M N dt dn GD T T .19800*375 55.429.937520=+=+= 2-2 （a ） 减速dt dn GD T T L 3752= - （b ） 减速dt dn GD T T L 3752= -- （c ） 加速dt dn GD T T L 3752= + （d ） 减速dt dn GD T T L 3752= --
第三章：直流电机原理 一、简答题： 1、换向器在直流电机中起什么作用 在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。 2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率 直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值 3、直流电机主磁路包括哪几部分磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一 部分 直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。 4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向如何改变他励直流电动机空 载运行时的转向 通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。 改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。 5、直流发电机的损耗主要有哪些铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗电 枢铜损耗随负载变化吗 直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。它与负载的变化几乎没有关系。电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。
电机与拖动许晓峰课后 答案 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】
第一章 直流电动机 答：电枢绕组为单叠绕组时，运行时去掉一个或相邻两个电刷，并联支路数 减少一半，电枢电流将减少一半。 电枢绕组为单波绕组时，并联支路数不受影响，电枢电流不变，但每个电刷通过的电流将增大，致使换向困难 答：感应电动势（参见图）。 电刷两端得到总的感应电动 势为零。 答：由Tem=CT ΦIa 知：对于已制造好的直流电机，其电磁转矩与电枢电流 和气隙磁通的乘积成正比。可用左手定则判断电枢导体的受力方向，从而确定电磁转矩的实际方向。对于直流发电机而言，电磁转矩为制动转矩，与转子转向相反；而对于直流电动机而言，电磁转矩为驱动性质，与转子转向相同。 答：并励直流发电机正转时能自励，反转时则不能自励。如果把并励绕组两 头对调，且电枢反转，此时能自励。 答：换向元件里合成电动势∑e 为零时, 换 向元件里的换向电流随时间线 性变化，这种换向称为直线换向。直线换向时不产生火花。 换向过程 中换向元件里的合成电动势大于零，使换向电流变化延缓，不再是线性的，出现了电流延迟现象，这时的换向称为延迟换向。延迟换向时电刷下产生电火花。 解：额定电流： A A U P I N N N 48.4323010103=?== 额定负载时的输入功率： kW kW N N P P 76.1185.0101===η 图 题图
1.17 解：额定负载时的输入功率： kW kW N N P P 48.2083 .0171===η 额定电流： 解：（1）绕组节距计算 4 15154 24222121=-=-=== =-=±=y y p Z y y y y k ε （2）绕组展开图如图所示（采用右行短距绕组） （3）并联支路数如下： 422===a ，p a 54141921=+=±=εp Z y 解：（1）绕组节距计算 54141921=+=±=εp Z y 图 题图
《电机及其应用》自测题 一、填空题 1、变压器的作用是将某一等级的交流( )变换成另一等级的交流( )。 2、变压器一次电势和二次电势之比等于( )和( )之比。 3、电力变压器中的变压器油主要起( )、( )和( )作用。 4、电力变压器的分接开关是用来改变变压器电压( )的装置，以便达到调节副边( )的目的。 5、变压器的额定电压和额定电流均指变压器的( )电压和( )电流。 6、变压器空载时的损耗主要是由于( )的磁化所引起的( )和( )损耗。 7、在测试变压器参数时，须做空载试验和短路试验。为了便于试验和安全，变压器的空载试验一般在( )加压；短路试验一般在
( )加压。 8、变压器铁芯饱和程度愈高，其励磁电抗Xm就愈( )。 9、若将变压器低压侧参数折算到高压侧时，其电势(或电压)应( )、电流应( )、电阻(或电抗)应( )。10、三相组式变压器各相磁路( )，三相芯式变压器各相磁路( )。 11、三相变压器组不能采用( )连接方法，而三相芯式变压器可以采用。 12、变压器并联运行的条件是( )、( )、( )。 13、当三相变压器接成星形(Y)时，其线电压是相电压的( )倍，线电流与相电流( )。 14、当三相变压器接成三角形(D)时，其线电压与相电压( )，线电流是相电流的( )倍。 15、变压器在运行时，当( )和( )损耗相等时，效率最高。 16、有两台变压器，额定电压分别为10kV／和／，两台变压器的变比差值△K为( )，若其它条件满足并联运行，根据计算结果，
这两台变压器( )并联运行。 17、三绕组变压器的额定容量是指( )。 18、自耦变压器与同容量的两绕组变压器比较，它的空载电流( )。 19、自耦变压器适用于一、二次侧( )相差不大的场合，一般在设计时，变比Ka( )。 20、电焊变压器实际上是一台( )的降压变压器，它的外特性( )，短路电流( )。 21、整流变压器的容量一般取一、二次绕组容量的( )，又称为( )。 22、单相绕组的感应电势与( )、( )和( )成正比。 23、线圈的短距系数表示了短距线圈比整距线圈产生的电势( )的程度。 24、线圈的分布系数表示线圈分布放置后，其合成电势比线圈集中放置时电势( )的程度。 25、主极磁场非正弦分布引起的( )，对相电势的大小影响( )，主要影响了电势的( )。
电机与拖动基础 第一章电机的基本原理 (1) 第二章电力拖动系统的动力学基础 (6) 第三章直流电机原理 (12) 第四章直流电机拖动基础 (14) 第五章变压器 (29) 第六章交流电机的旋转磁场理论 (43) 第七章异步电机原理 (44) 第八章同步电机原理 (51) 第九章交流电机拖动基础 (61) 第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)
第一章 电机的基本原理 1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。 答： 电与磁存在三个基本关系，分别是 （1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应 出电动势。感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即 t ΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路 中磁通的变化。 （2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动， 这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。这种导体在 磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出 Blv e = 而感应电动势的方向由右手定则确定。 （3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体， 则会在载流导体上产生一个电磁力。载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关， 当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正比，即 Bli F = 电磁力的方向可由左手定则确定。 1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁 阻），请列表说明。 答： 磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物 质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人 为造成的磁通闭合路径就称为磁路。而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电
1.1.1 某铁心的截面积A=10cm 2，当铁心中的H=5A/cm ，Φ=0.001Wb,且可认为磁通在铁心内均匀分布，求铁心的磁感应强度B 和磁导率μ。 m H m H H B T T A B /002.0/105111010001 .024 =?===?=Φ= -μ 1.2.1求下述两种情况下的铸钢中的磁场强度和磁导率：（1）B=0.5T; （2）B=1.3T ，并比较饱和与不饱和两种情况谁的μ大。 （1）B=0.5T ：由磁化曲线查得H=4A/cm ， m H m H H B /00125.0/1045 .02 =?== μ （2）B=1.3T ：由磁化曲线查得H=16A/cm ， m H m H H B /0008125.0/10 163.12=?== μ 由于B=0.5T 时，磁路未饱和，B=1.3T 时，磁路已经饱和。所以磁路不饱和时μ大。 1.2.2 已知硅钢（含硅4%）的H=4A/cm ，铸铁的H=9A/cm 。求它们的B 和μ，并比较谁的导磁能力强。 （1）H=4A/cm 时，由磁化曲线查得B=1.1T ，且磁路已经饱和。 m H m H H B /00275.0/1041.12 =?== μ （2）H=9A/cm 时，由磁化曲线查得B=0.2T ，且磁路未饱和。
m H m H H B /000222.0/1092.02 =?== μ 所以硅钢的磁导率强。 1.3.1在图1.01所示恒定磁通磁路中，铁心的平均长度l =100cm ，铁心各处的截面积均为A=10cm 2，空气隙长度l 0=1cm 。当磁路中的磁通为0.0012Wb 时，铁心中磁场强度为6A/m 。试求铁心和空气隙部分的磁阻、磁位差和线圈的磁通势。 A A U U F A A l B l H U A A l H U H H A l R H H A l R H m H H B T T A B m mc m c mc m c c c mc c c c 10150)9550600(955010110 42 .160010061096.710 10104101105.010 10102.010100m /102.0/1062.12.110100012.0027 00 000c 1 614 720000 1 614 222 -2 4=+=+==???= = ==?==?=????==?=????==?=?===?=Φ=-------------πμπμμμ 图1.01
电机与拖动练习题 1、他励直流电动机采用电枢电压反接制动迅速停车，位能性负载，当n=0时不断开电源，电机最后稳定运行在回馈制动状态。 A. 正确 B. 错误 正确：【A】 2、三相绕线式异步电动机反接制动时机械功率。 A. 正确 B. 错误 正确：【A】 3、只要电磁转矩等于负载转矩，电力拖动系统就能在某一转速下平衡稳定的运行。 A. 正确 B. 错误 正确：【B】 4、他励直流发电机的效率一直随着负载电流的增大而增大。 A. 正确 B. 错误 正确：【B】 5、直流发电机电刷位于几何中心线上，若磁路不饱和，这时仅产生交轴电枢反应。 A. 正确 B. 错误 正确：【A】 6、在三相异步交流电动机中，如果将绕组三出线头中任二个接头换接一下，电机将反方向旋转。 A. 正确 B. 错误
7、降低电源电压调速的他励直流电动机带额定恒转矩负载稳态运行时，不论转矩高低，电枢电流。 A. 正确 B. 错误 正确：【A】 8、由变压器一相电动势表达式可知，相量落后于相量90。 A. 正确 B. 错误 正确：【A】 9、若要改变异步电动机的转向，可以改变定子绕组中三相电流的相序来实现。 A. 正确 B. 错误 正确：【A】 10、单相变压器原/副绕组的标志方式不仅与绕组的绕制方式有关，还与绕组的首端A（a）和尾端X()有关。 A. 正确 B. 错误 正确：【B】 11、直流电机实质上是一台带有换向器的交流电机。 A. 正确 B. 错误 正确：【A】 12、直流电动机反接制动过程的机械特性一定是一条过原点的直线。 A. 正确 B. 错误
13、直流发电机电枢导体感应电动势和电流都是直流电。 A. 正确 B. 错误 正确：【B】 14、若将变压器副边绕组向原边折算，则折算前后电流关系为。 A. 正确 B. 错误 正确：【B】 15、自耦变压器的绕组容量是变压器容量的。 A. 正确 B. 错误 正确：【B】 16、改变并励直流电动机电源的极性，电动机旋转方向反向。 A. 正确 B. 错误 正确：【B】 17、采用电动机惯例的一台他励直流电动机则电动机运行于倒拉反转状态。 A. 正确 B. 错误 正确：【A】 18、额定电压为的单相变压器，短路阻抗，负载阻抗为,从一次侧看进去总阻抗大小为。 A. 正确 B. 错误 正确：【A】 19、三相异步电动机在轻载运行时，适当的降低电源电压，可以起到
（一）填空题： 1. 当s在0～1范围内，三相异步电动机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为驱动转矩，电动势的性质为反电动势；在 -∞～0范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为制动转矩，电动势的性质为电源电动势。 2. 三相异步电动机根据转子结构不同可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机两类。 3. 一台六极三相异步电动机接于50H z的三相对称电源，其s=，则此时转子 转速为950r/min，定子旋转磁动势相对于转子的转速为50r/min，定子旋转磁动势相对于转子旋转磁动势的转速为0r/min。 4. 一个三相对称交流绕组，2p=2，通入f=50H z的对称交流电流，其合成磁动 势为圆形旋转磁动势，该磁动势的转速为3000r/min。 5. 一个脉动磁动势可以分解为两个幅值和转速相同而转向相反的旋转磁动势。 6. 为消除交流绕组的五次谐波电动势，若用短距绕组，其节距y应选为4/5τ，此时基波短距系数为。 7. 三相异步电动机等效电路中的附加电阻为是模 拟总机械功率的等值电阻。 8. 三相异步电动机在额定负载运行时，其转差率s一般在 （二）判断题： 1. 不管异步电动机转子是旋转还是静止，定子旋转磁动势和转子旋转磁动势之间都是相对静止的。（√） 2. 三相异步电动机转子不动时，经由空气隙传递到转子侧的电磁功率全部转化为转子铜损耗。（√） 3. 改变电流相序，可以改变三相旋转磁动势的转向。（√） 4. 通常，三相笼型异步电动机定子绕组和转子绕组的相数不相等，而三相绕线转子异步电动机的定、转子相数则相等。（√） 5. 三相异步电动机转子不动时，转子绕组电流的频率与定 子电流的频率相同。（√） （三）选择题： 1. 若在三相对称绕组中通入i u=I m sinωt，i v=I m sin(ωt+120o)， i w=I m sin(ωt-120o)的三相电流，当ωt=210o时，其三相基波合成磁动势的幅值位于： （③） ① u相绕组轴线上；② v相绕组轴线上； ③ w相绕组轴线上；④在三相绕组轴线之外的某一位置。 2. 三相异步电动机的空载电流比同容量变压器大的原因是：（③） ①异步电动机是旋转的；②异步电动机的损耗大； ③异步电动机有气隙；④异步电动机有漏抗。 3. 三相异步电动机空载时气隙磁通的大小主要取决于：（①）
电机与拖动 绪论一、名词解释1. 磁场:电流周围的效应 2.磁动势（磁通势、磁势）:产生磁场的源泉 3.磁场强度:表征距离磁源即磁动势一定位置的地方，磁动势影响强度的一个物理量。 4.磁场感应强度（磁通密度）:表征距离磁源即磁动势一定位置的地方，磁动势感应能力强弱的一个物理量。 5.磁通量Φ：垂直穿过某一截面（面积为S）磁力线的数目 6.磁阻：就是磁力线通过磁路时所遇到的阻碍，磁阻与磁路的长度成正比，与磁路的磁导率成反比，并与磁路的截面积成反比 7电感：其实质表征的就是电磁装置电与磁转换能力的大小。 二、填空 1、在电机中磁场的几个常用量分别是磁动势、磁场强度、磁感应强度、磁通等。 2、进行磁路分析和计算时，常用到磁路的基本定律有全电流定律、磁路的欧姆定律、磁路的基尔霍夫定律。 3、电机的电流有交、直流之分，所以，旋转电机也有直流电机与交流电机两大类。 4、旋转电机是一种机电能量转换的机电装置。 5、把电能转换机械能的电机称为电动机; 把机械能转换电能的电机称为电发电机。 三、判断题 1、垂直穿过线圈的磁通量随时间变化，必然会在线圈中产生感应电动势。（√） 2、棱次定律表明垂直穿过线圈的变化磁通，会在线圈中产生电动势。（√） 3、棱次定律表明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场变化率的方向一致的。（×） 4、棱次定律表明线圈中的感生磁场的方向始终是与原磁场方向一致的。（×） 六、问答题 1.电磁作用原理的综述 有电流必定产生磁场，即“电生磁” ；磁场变化会在导体或线圈中产生感应电动势，即“动磁生电” ;载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，即“电磁生力” 第一章直流电机的原理与结构 一、名词解释 （一）1.电枢：在电机中能量转换的主要部件或枢纽部分 2.换向：直流电机电枢绕组元件从一条支路经过固定不动的电刷短路，后进入另一条支路，元件中的电流方向改变的过程。 3.额定值：在正常的、安全的条件下，电气设备所允许的最大工作参数。 （二） 1.电机：机电能量（或机电信号）转换的电磁装置 2.直流电机：直流电能与机械能量进行转换的电磁装置 3.直流发电机：把机械能量转换为直流电能的电磁装置 4.直流电动机：把直流电能转换为机械能量的电磁装置 5.交流电机：交流电能与机械能量进行转换的电磁装置 6.交流电动机：把交流电能转换为机械能量的电磁装置 7.交流发电机：把机械能量转换为交流电能的电磁装置 （三）第一节距：同一元件的两个元件边在电枢圆周上所跨的距离 （四）极距：相邻两个磁极轴线之间的距离 （五）电角度：磁场在空间变化一周的角度表示 二、填空 1、铁心损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗。
学年度第一学期 自动化系《电机与电力拖动基础》期末考试试卷（） 年级专业自动化班级学号姓名 注：1、共120分钟，总分100分 2、此试卷适用自动化专业本科 一、选择题（每小题2分，共20分） 1．他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3） （1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 2．直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2） （1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起动转矩。 3．他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I1和I2，那么：（2） （1）I1
①电源电压；②气隙大小；③定、转子铁心材质；④定子绕组的漏阻抗。 7．三相异步电动机在运行中，把定子两相反接，则转子的转速会：② ①升高；②下降一直到停转；③②下降至零后再反向旋转；④下降到某一稳定转速。 8．三相异步电动机能画出像变压器那样的等效电路是由于：② ①它们的定子或原边电流都滞后于电源电压；②气隙磁场在定、转子或主磁通在原、副边都感应电动势；③它们都有主磁通和漏磁通；④它们都由电网取得励磁电流。 9．三相异步电动机的与固有机械特性相比，人为机械特性上的最大电磁转矩减小，临界转差率没变，则该人为机械特性是异步电动机的：（3） （1）定子串接电阻的人为机械特性；（2）转子串接电阻的人为机械特性；（3）降低电压的人为机械特性。 10．一台三相异步电动机拖动额定转矩负载运行时，若电源电压下降10%，这时电动机的电磁转矩：（1） （1）T em =T N ;(2) T em =0.81 T N ;(3) T em =0.9T N 。 二、填空题：（共20分） 1、（4分）他励直流电动机的固有机械特性是指在_______条件下，_______和_______的关系。 （U=UN 、φ=ΦN ，电枢回路不串电阻；n ；Tem ） 2、（2分）三相变压器的联结组别不仅与绕组的_______和_______有关，而且还与三相绕组的_______有关。 （绕向；首末端标记；联结方式） 3.当s 在_______范围内，三相异步电机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为_______；在_______范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为_______。（0～１；反电动势；－∞～０；制动转矩） 4.三相异步电动机根据转子结构不同可分为___ ____和__ _____两类。（笼型异步电动机和绕线型异步电动机） 5.一台6极三相异步电动机接于50H Z 的三相对称电源；其s=0.05，则此时转子转速为_______r/min ，定子旋转磁势相对于转子的转速为_______r/min 。（950；50） 6. 对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩_______，最大转矩_______。（增大；不变） 7. 三相异步电动机的过载能力是指______。 (N m T T /) 8. 拖动恒转矩负载运行的三相异步电动机，其转差率s 在_______范围内时，电动机都能稳定运行。 (m s 0) 9. 三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U 1应随f 1按_______规律调节。 (正比)
1.他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ= ΦN，电枢回路不串电阻的条件下，n 和Tem的关系。 2. 直流电动机的起动方法有降压起动、电枢回路串电阻起动。 3. 如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是能耗制动瞬间电枢电流的2倍。 4. 当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 5. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法。 （二）判断题： 1. 直流电动机的人为特性都比固有特性软。（×） 2. 直流电动机串多级电阻起动，在起动过程中，每切除一级起动电阻时，电枢电流都将突变。（√） 3. 提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（√） 4. 他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（×） 5. 他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（√）（三）选择题： 1. 电力拖动系统运行方程工中的GD2反映了：（②） ①旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意义； ②系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量； ③系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 1.他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化， 那么这条人为特性一定是:（③） ①串电阻的人为特性；②降压的人为特性； ③弱磁的人为特性。 3. 直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（②） ①为了使起动过程平稳；②为了减小起动电流； ③为了减小起动转矩。 4当电动机的电枢回路铜耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于（②） ①能耗制动状态；②反接制动状态；③回馈制动状态。 5. 他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I1和I2，那么：（②） ① I1
第一章 直流电动机 1.6 答：电枢绕组为单叠绕组时，运行时去掉一个或相邻两个电刷，并联支路数减少一半， 电枢电流将减少一半。 电枢绕组为单波绕组时，并联支路数不受影响，电枢电流不变，但每个电刷通过的电流将增大，致使换向困难 1.7 答：感应电动势（参见图1.3）。 电刷两端得到总的感应电动 势为零。 1.8 答：由Tem=CT ΦIa 知：对于已制造好的直流电机，其电磁转矩与电枢电流和气隙磁 通的乘积成正比。可用左手定则判断电枢导体的受力方向，从而确定电磁转矩的实际方向。对于直流发电机而言，电磁转矩为制动转矩，与转子转向相反；而对于直流电动机而言，电磁转矩为驱动性质，与转子转向相同。 1.14 答：并励直流发电机正转时能自励，反转时则不能自励。如果把并励绕组两头对调， 且电枢反转，此时能自励。 1.15 答：换向元件里合成电动势∑e 为零时, 换 向元件里的换向电流随时间线性变化， 这种换向称为直线换向。直线换向时不产生火花。 换向过程中换向元件里的合成电动势大于零，使换向电流变化延缓，不再是线性的，出现了电流延迟现象，这时的换向称为延迟换向。延迟换向时电刷下产生电火花。 1.16 解：额定电流： A A U P I N N N 48.4323010103=?== 额定负载 时 的 输 入 功 率 ： kW kW N N P P 76.1185.0101 === η 1.17 解：额定负载时的输入功率： 图1.3 题1.7图
kW kW N N P P 48.2083 .0171 ===η 额定电流： 1.18 解：（1）绕组节距计算 4 151 54 2 42221 2 1=-=-=== =-=±= y y p Z y y y y k ε （2）绕组展开图如图1.4所示（采用右行短距绕组） （3）并联支路数如下： 422===a ，p a 541 41921 =+=±= εp Z y 541 41921=+=±=εp Z y 4 599 2 11911 2 =-=-==-=-==y y y y p K y k 图1.4 题1.18图
第1章直流电机 要点提示： 1.直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。 2.直流电机由两大部分组成：定子和转子。 3.掌握直流电机的工作原理。 4.掌握直流电动机的工作特性：转速特性、转矩特性、效率特性 5.掌握直流电机定子绕组的励磁方式有：他励、并励、串励、复励。 6.理解电枢绕组中一个元件经过电刷从一个支路转换到另一个支路的过程称为 换向。 7.直流电机的感应电动势：电枢绕组中的感应电动势，即正负电刷之间的感应电 动势。 1.1 直流电机的基本工作原理与结构 电机是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。按工作电源种类可分为直流电机和交流电机。直流电机按能量转换的方向可分为直流电动机和直流发电机。 在电机发展的历史上，直流电机的发明较早，它的电源是电池，后来才出现了交流电机。直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力，比较容易控制。常用于调速要求较高的生产机械上，如轧钢机，矿井提升设备，大型起重机，电力机车，挖掘机械和纺织机械等；同时直流发电机可用来作为直流电机以及交流电机的励磁直流电源。 直流电机的换向问题，限制了直流电机的极限容量，又增加了维护的工作量。随着近年来电力电子技术的发展，在很多领域内，直流电机有逐步被交流电机取代的趋势。但在某些要求调速范围大、调速性高、精密度好、控制性能优异的场合，直流电机的应用目前仍占有较大的比重。 1.1.1 直流电机的结构 任何电机都包括三大部分：定子、转子和气隙。同一般类型电机一样，直流电动机和直流发电机在主要结构上基本相同，都由定子、转子和气隙三部分组成。如图1.1.1所示。
直流电动机主要由定子、转子、电刷装置、换向极、端盖、轴承、通风冷却系统等部件组成。 1.定子 定子由机座、主磁极、换向极、电刷装置和端盖等组成，其剖面结构如图1.1.2所示其主要作用是产生主磁场和作为电机的机械支架。 1）主磁极 主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由铁心和励磁绕组两部分组成，通过螺钉固定。如图1.1.3所示为减小涡流损耗，主磁极铁心通常用1～1. 5mm 厚的钢板冲片叠压铆紧而成，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极 靴。极靴的作用是使气隙磁场分布比理想，同时极靴对励磁绕 组也起支撑作用。 励磁绕组是用来产生主磁通的，用绝缘铜线绕制而成。当 给励磁绕组通入直流电时，各主磁极均产生一定极性，相邻两 主磁极的极性是N 、S 交替出现的。 2）换向极 两相邻主磁极之间的小磁极称为换向极，又称 为附加极或间极，其作用是改善直流机的换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的火花。换向极由换向极铁心和向极绕组组成，换向极的铁心比主磁极的简单，一般用整块钢板制成，在其上放置换向绕组。换向极的数目与主磁极数相等。如图1.1.4所示。 3)机座 图1.1.1 直流电机装配结构图 图1.1.2 直流电机纵向剖视图 图1.1.3主磁极的结构 1—主磁极 2—励磁绕组 3—机座
电机与拖动基础习题1(第3-6章)
第三章：直流电机原理 一、简答题： 1、换向器在直流电机中起什么作用? 在直流发电机中，换向器起整流作用，即把电枢绕组里交流电整流为直流电，在正、负电刷两端输出。在直流电动机中，换向器起逆变作用，即把电刷外电路中的直流电经换向器逆变为交流电输入电枢元件中。 2、直流电机铭牌上的额定功率是指什么功率? 直流电机铭牌上的额定功率：对直流发电机而言，指的是输出的电功率的额定值;对直流电动机而言，指的是电动机轴上输出的机械功率的额定值 3、直流电机主磁路包括哪几部分? 磁路未饱和时，励磁磁通势主要消耗在哪一 部分? 直流电机的主磁路主要包括;主磁极、定、转子之间的气隙电枢齿、电枢磁轭、定子磁轭。磁路未饱和时，铁的磁导率远大于空气的磁导率，气隙的磁阻比磁路中的铁心部分大得多，所以，励磁磁通势主要消耗在气隙上。 4、如何改变他励直流发电机的电枢电动势的方向? 如何改变他励直流电动机空 载运行时的转向? 通过改变他励直流发电机励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电枢电动势的方向;也可以通过改变他励直流发电机的旋转方向来改变电枢电动势的方向。 改变励磁电流的方向，继而改变主磁通的方向，即可改变电动机旋转方向;也可通过改变电枢电压的极性来改变他励直流电动机的旋转方向。
5、直流发电机的损耗主要有哪些? 铁损耗存在于哪一部分,它随负载变化吗? 电 枢铜损耗随负载变化吗? 直流发电机的损耗主要有:(1)励磁绕组铜损耗;(2)机械摩擦损耗;(3)铁损耗;(4)电枢铜损耗;(5)电刷损耗;(6)附加损耗。铁损耗是指电枢铁心在磁场中旋转时硅钢片中的磁滞和涡流损耗。这两种损耗与磁密大小以及交变频率有关。当电机的励磁电流和转速不变时,铁损耗也几乎不变。它与负载的变化几乎没有关系。电枢铜损耗由电枢电流引起,当负载增加时,电枢电流同时增加,电枢铜损耗随之增加。电枢铜损耗与电枢电流的平方成正比。 6、他励直流电动机的电磁功率指什么? 在直流发电机中，电磁功率指的是由机械功率转化为电功率的这部分功率。 7、不计电枢反应，他励直流电动机机械特性为什么是下垂的? 如果电枢反应去 磁作用很明显,对机械特性有什么影响？ 因为负载转矩增大，导致点数电流增大，电枢电动势下降显然引起转速下降。如果电枢反应去磁作用明显，会使每级磁通减小，电流越大，去磁作用也大，每级磁通的减小越明显，导致机械特性反而上翘。 二、计算题： 1、某他励直流电动机的额定数据为: P N = 17kW, U N =220V, n N = 1500 r / min,ηN = 0 .83。计算 I N , T2 N及额定负载时的P1 N。
一．填空题 1.变压器是一种静止电器，它可以改变（ 电压 ）和（ 电流 ）。 2.直流电动机的起动方法有：( 电枢串电阻 )起动和( 降压 )起动。 3.一台并励直流电动机，若把电源极性反接，则电动机转向（ 不变 ）。 4.直流电机电磁转矩的数学表达式为( T em =C T ΦI a )，对于直流发电机，电磁转矩的性质为( 制动转矩 )，对于直流发电机，电磁转矩的性质为（ 驱动转矩 ） 5.变压器空载时，电源电压下降，则m Φ（ 变小 ） ，0I （ 变小 ） ，Fe P （ 变小 ） ，m Z （ 变大 ），变比k （ 不变 ）。 6.生产机械的负载从转矩特性上分，基本上可归纳为三大类，分别是（ 恒转矩 ）负载、( 恒功率 )负载和（泵与风机 ）负载。 7.直流发电机换向装置的作用是将电枢绕组内的（ 交流电 ）转变成电刷间的（ 直流电 ）。 8.变压器铁心导磁性能越好，则其励磁电抗（ 大 ），励磁电流（ 小 ）。 9.他励直流电动机的调速方法有( 变极 )调速、（ 变频 ）调速和（变转差率 ）调速。 10.当直流电机运行为发电机状态时，电磁转矩性质为( 制动 )，电动势的性质为( 反电动势 )。 11.一台单相变压器，空载实验测得Ω=Ω=86,9.1m m X R 。若一次侧加很小的直流电压，二次侧开路，则=m R （ 0 ）Ω，=m X （ 0 ）Ω。 12.电力拖动系统的运动方程式为（ dt dn GD T T l em ?=-3752 ），在满足（ L em T T = ）条件时电机为稳态运行。 13.他励直流电动机的电磁制动方法有（ 能耗 ）制动、（ 反接 ）制动和（ 回馈 ）制动。 14.直流电机的电磁转矩是由(每极气隙磁通量 )和( 电枢电流 )共同作用产生的。。 15.在其他条件不变的情况下，变压器一次侧匝数减少，若不考虑磁路饱和及漏阻抗压降的影响，则m Φ（ 增大 ），0I （ 增大 ），m X （ 减小 ） ，k （ 减小 ）。
学习-----好资料 直流电机部分 一．填空题 1.直流电机电枢绕组元件流过的电流是___________电流,流过正负电刷的电流是_________电流，直流发电机中电枢绕组产生的电磁转矩是_____ __性质的转矩,直流电动机电枢绕组电势的方向与电枢电流的方向__________。 2.直流电机的____________损耗等于___________损耗时效率最高。 3.他励直流发电机的外特性下降的原因有___________和__________，与之相比并励直流发电机的外特性，并励直流发电机电压变化率他励 直流发电机。 4.并励直流发电机自励建压的条件有三个,它们是____ ___,________ __和 _____________。 5. 一台并励直流电机Ea＞U时运行于_____ ____状态，此时电机I、Ia和I f 之间的关系_____________， Ea＜U时运行在_____ ___状态，电机I、Ia和I之间的关系_____________。f6. 直流电机空载时气隙磁密分布波形为___________波,电枢磁势分布的波形为___________波,电枢磁场空间分布波形为____________波。 7. 直流电机的电枢反应是，电刷放在几何中性线上，磁 路处于饱和状态时,电枢反应的影响为(1)_________ _(2)__________。 8.按负载转矩的大小随转速变化的规律分类,负载可以分为 _________,__________和________三类；位能性负载的机械特性位于____ _象限,反抗性负载的机械特性位于_________象限。 9.他励直流电动机恒转矩调速的方法有___________________,恒功率调速方法有________________。 10.他励直流电动机的励磁和负载转矩不变时,如降低电枢电压,则稳定后电枢电流将_________,电磁转矩将_________,转速将__________。 11.他励直流电动机高速下放重物,应用________制动,低速下放重物,应用 _________和________制动，其中消耗能量最多的方法_________。 12.为了经济合理的利用材料，直流电机的额定磁通通常设定在磁化特性曲线上膝点处，若额定磁通设定在膝点以上，则，若额定磁通 设定在膝点以下，则。 13.欲改变直流电动机的转向，可以_____________或_______________；三相异步电动机反转的方法为。 14.并励直流电动机,负载转矩保持不变,如将励磁回路的调节电阻增大,则稳定运行后的转速将________,电枢电流将_______,如只将电枢电路中的调节电阻增更多精品文档． 学习-----好资料 大,则转速将________,电枢电流将_______，降低电源电压,则稳定后电动机的转速将________,电枢电流将________。
电机及拖动试题(一) 一、单项选择题 1、在直流电机的公式E a=C eΦn以及T e=C TΦI a中，Φ指的是( ) A、每极合成磁通量 B、所有磁极总磁通量 C、主磁通每极磁通量 D、每对极合成磁通量 2、造成他励直流电动机固有机械特性是一条略微下垂的直线原因是 （） A、负载转矩 B、电源电压 C、气隙磁通 D、电枢电阻降压 3、一台50Hz三相感应电动机的转速n=720r/min,则该电机的极数以及同步转速为（） A、4极，1500r/min B、6极，1000r/min C、8极，750r/min D、10极，600r/min 4、一台50Hz三相感应电动机的拖动额定恒转矩负载运行时，若电源电压下降10%，则此时电动机的电磁转矩T a为（） A、T aN B、0.81T aN C、0.9T aN D、＞T aN 5、在三相感应电动机等效电路中，其中附加电阻（1-s)/(sR2＇)上所消耗的电功率等于（） A、输出功率P2 B、输入功率P1 C、电磁功率P m D、总机械功率PΩ 6、一台绕线式感应电动机，在恒定负载下，以转差率s运行，当转子边串入电阻R=2R2＇（R已折算到定子边0,测得转差率将为（）A、等于原先的转差率s B 、三倍等于原先的转差率s
C、两倍等于原先的转差率s D、无法确定 7、如果有一台三相感应电动机运行在转差率s=0.25的工况下，此时通过气隙传递的功率有（） A、25%的转子铜耗 B、75%是转子铜耗 C、75%是输出功率 D、全机械功率 8、三相感应电动机与电磁转矩的大小成正比的是（） A、电磁功率 B、输出功率 C、输入功率 D、全机械功率 9、电机气隙应取尽可能小的主要目的是（） A、减小附加损 B、提高功率因素 C、减小电机体积 D、提高运行可靠性 10、不能作为降低鼠笼型异步电动机堵转电流的方法是（） A、降低电源电压 B、定子边串接电抗 C、定子绕组接法 D、绝缘等级 11、绕线式异步电动机转子串电阻调速的机械特性所具有的特点是 （）A、串接电阻越大，堵转转矩越小B、最大转矩提高 C、转差率与转子总电阻成正比 D、串接电阻越大，堵转转矩越小 12、已知一台直流电动机的额定数据如下：额定功率P N=160KW，额定电压U N=220V，额定效率ηN=90%，额定转速ηN=1500r/min，则该电机的额定电流为（） A、0.539安 B、0.08安 C、727安 D、808安 13、一台他励直流电动机的额定功率P N=20KW，额定电压U N=220v,
第一章 1 . 1 一台直流电动机的数据为:额定功率N P =25 kW ,额定电压N U =220 V ,额定转速 N n =1 500 r /min,额定效率N η =86 .2 %。试求: ( 1 )额定电流N I ; ( 2 )额定负载时的输入功率N P 1 。 解：（1）直流电动机的:额定功率 N N N N I U P η= A U P I N N N N 83.131862 .022010253=??==η （2） KW P P N N N 29862 .025 1== =η 1 . 2 一台直流发电机的数据为:额定功率N P =12 kW ,额定电压N U =230 V ,额定转速 N n =1 450 r /min,额定效率N η=83 .5 %。试求: ( 1 )额定电流N I ; ( 2 )额定负载时的输入功率N P 1 。 解：（1）直流发电机的:额定功率 N N N I U P = A U P I N N N 17.52230 10123=?== （2）KW P P N N N 37.14835 .012 1== =η 1 . 3 一台直流电机,已知极对数p= 2 ,槽数Z 和换向片数K 均等于22 ,采用单叠绕组。 ( 1 )计算绕组各节距; ( 2 )求并联支路数。
解：（1）第一节距 54 2 42221=-=±= εp Z y ,为短距绕组。 单叠绕组的合成节距及换向器节距均为1,即1==K y y 第二节距41512=-=-=y y y (2) 并联支路数等于磁极数,为4。 1 . 4 一台直流电机的数据为:极数 2 p=4 ,元件数S=120 ,每个元件的电阻为0 . 2 Ω。当转速为1 000 r /min 时,每个元件的平均感应电动势为10 V ,问当电枢绕组为单叠或单波绕组时,电刷间的电动势和电阻各为多少? 解：当电枢绕组为单叠绕组时, 绕组并联支路数等于磁极数,为4,每一条支路串联的元件数为30, 换向器上放置4个电刷,假设一个电刷短路一个元件, 每一条支路有一个元件被短路,则电刷间的电动势为 a E =29?10=290V ; 每一条支路的电阻为 Ω=?=8.52.029R ,4条并联支路的电阻,即电刷间的电阻为 Ω=== 45.14 8 .54R R a 当电枢绕组为单波绕组时, 绕组并联支路数为2,每一条支路串联的元件数为60, 换向 器上可以放置4个电刷,至少短路4个元件,则电刷间的电动势为 V E a 5801058=?= 每一条支路的电阻为 Ω=?=6.112.058R 电刷间的电阻为 Ω===8.52 6 .112R R a 1 . 5 已知一台直流电机的极对数p= 2 ,元件数S= Z = K=21 ,元件的匝数c N =10 ,单波绕组,试求当每极磁通Φ=1 . 42 × 2 10-Wb,转速n =1 000 r /min 时的电枢电动势为多少? 解：单波绕组并联支路对数a=1, 电枢总导体数420102122=??==C SN N 电枢电动势 V n a pN E a 8.198********.11 604202602=?????=Φ=- 1 . 6 一台直流电机,极数 2 p=6 ,电枢绕组总的导体数N=400 ,电枢电流a I =10 A ,气隙每极磁通Φ=0 . 21 Wb 。试求采用单叠绕组时电机的电磁转矩为多大?如把绕组改为单波绕组,