第三章 直流电机1

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，电动机的输入功率将 ，电枢电流 ，转速n将 ，电动机的效率将 。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，当电枢电流增加时，转速n将 ，转矩Te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， ；当负载增加时，Te ， ；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,电枢电流为,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：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：C2. 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：Ea下降30，B：T下降30，C：Ea和T都下降30，D：端电压下降30。答：A3. 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 。：改变原动机的转向，：改变励磁绕组的接法，：改变原动机的转向或改变励磁绕组的接法。答：C4. 把直流发电机的转速升高，他励方式运行空载电压为，并励方式空载电压为,则 。： = ，： 。答：B5. 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和转速n将 。A：增大，n降低，B：减少，n升高，C：减少，n降低。答：A6. 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0.5,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：C7. 在直流电机中，公式和中的指的是 。 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：A8. 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：A9. 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：B10. 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：C11. 一台并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：C12. 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：A13. 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，B14. y = yc = 为单叠绕组y = yc = 为单波绕组。 A：QU/2p B：1 C：2 D：yc=k-1 E：（K+1）/2p答：B，E15. 并励直流电动机磁通增加10，当负载力矩不变时（T2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 ,P2 。A：增加 B：减小 C：基本不变答：C，B，B，B16. 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：88kWC：132kW D：44kW答：C，D17. 在直流电机中，右行单叠绕组的合成节距= 。A：, B：, C：1, D：2.答：C18. 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：B19. 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：C20. 若并励直流发电机转速上升20，则空载时发电机的端电压U0将 。A：升高20, B：升高大于20, C：升高小于20, D：不变.答：B21. 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：B22. 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：A23. 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2. 直流电机的电枢绕组并联支路数等于极数即2=2p。 （ ）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，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。由于，因此两者形状相似。4. 何谓电机饱和现象？饱和程度高低对电机有何影响？ 答 电机的磁路由铁心部分和空气隙部分组成，当铁心的磁通密度达到一定程度后，铁心部分的磁压降开始不能忽略，此时随着励磁磁动势的增加，主磁通的增加渐渐变慢，电机进入饱和状态，即电机磁化曲线开始变弯曲。电机的饱和程度用饱和系数来表示，饱和系数的大小与电机的额定工作点在磁化曲线可以分为三段，如图2-1所示，a点以下为不饱和段，段为饱和段，b点以上为高饱和段。将电机额定工作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。额定工作点选在过饱和段，有三个缺点：励磁功率大增；磁场调节困难；对电枢反应敏感。一般将额定工作点设计在段的中间，即所谓的“膝点”附近，这样选择的好处有：材料利用较充分；可调性较好；稳定性较好。图2-15. 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决定。为叠式绕组；为波绕组，其中为换向器片数，为极对数。6. 直流电机电枢绕组为什么必须是闭合的？ 答 因为直流电枢绕组不是由固定点与外电路连接的，而是经换向器-电刷与外电路想连接的，它的各支路构成元件在不停地变化。为使各支路电动势和电流稳定不变，电枢绕组正常、安全地运行，此种绕组必须是闭合的。7. 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。8. 一台四极直流电动机，试分析下列情况下有无电磁转矩： （1）有两个极的励磁绕组的极性接反，使主极变为N、N、S、S，如图2-2（a）所示； （2）主极极性和（1）相同，但将电刷B、D拿去，在电刷A、C两端加直流电压，如图2-2（b）所示。 答 （1）在四极电机中，A、C电刷的极性相同，如同为正，则B、D电刷同为负极性。由于电刷是电枢绕组电流的分界线，在电刷C、D之间的N极下的电枢导体电流的方向与电刷D、A之间的N极下的电枢导体电流的方向是相反的，因此电刷C、A之间在N极下电枢导体所产生的总的电磁转矩为零。同理，在电刷A、C之间在S极下的电枢导体所产生的部电磁转矩亦为零，故此时无电磁转矩。 （2）此时对于电枢绕组的上层边而言，在电刷C、A之间，在N极下的上层边的电流方向是相同，因此，其电磁转矩的方向是一致的；在电刷A、C之间，在S极下的上层边的电磁转矩方向也是一致的，并与前者相同，故全部上层边所产生的电磁转矩为N极下（或S极下）上层边所产生的电磁转矩的两倍。但对电枢绕组的下层边而言，在电刷C、A之间，无论在N极下的下层边或在S极下的下层边均有两种不同的电流方向，而且导体数各占一半（假设原四极电机为整距绕组即），故每极下的下层边所产生的电磁转矩刚好抵消为零，如图2-2（b）所示。实际上，这时相当于一个短了半个极矩的短距绕组的两极电机，其所产生的总电磁转矩，只有原来整距绕组四极电机电磁转矩的一半。 图2-2（a） (b)9. 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。10. 电枢反应的性质由什么决定？交轴电枢反应对每极磁通量有什么影响？直轴电枢反应的性质由什么决定？答 电枢反应的性质由电刷位置决定，电刷在几何中性线上时电枢反应是交轴性质的，它主要改变气隙磁场的分布形状，磁路不饱和时每极磁通量不变，磁路饱和时则还一定的去磁作用，使每极磁通量减小。电刷偏离几何中性线时将产生两种电枢反应：交轴电枢反应和直轴电枢反应。当电刷在发电机中顺着电枢旋转方向偏离、在电动机中逆转向偏离时，直轴电枢反应是去磁的，反之则是助磁的。11. 在什么条件下电枢磁动势与磁场相互作用才产生电磁转矩？若电枢磁动势有交、直轴两个分量，那么是哪个分量产生，哪个分量不产生？还是两个都产生？答 产生直轴电枢磁动势的电流沿电枢表面对称分布在几何中性线两侧，受到异极性磁场的作用，合成电磁力为零，即不产生电磁转矩，产生交轴电枢磁动势的电流对称分布在主极轴线两侧，产生电磁转矩是同一方向的。可见，只有交轴电枢磁动势才产生电磁转矩。12. 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。13. 一台直流电动机，磁路饱和。当电机负载后，电刷逆电枢旋转方向移动一个角度。试分析在此种情况下电枢磁动势对气隙磁场的影响。答 电刷移动后，电刷不在几何中性线上，同时存在交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势。交轴电枢磁动势使气隙磁场发生畸变，因磁路饱和，还有去磁作用，使每极磁通减少。对电动机而言，电刷逆旋转方向移动后，直轴电磁磁动势方向相反，电枢反应起去磁作用，使每极磁通减少。14. 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，在其它条件不变的情况下，感应电动势E与磁通和转速n成正比。（1）减少10% ，E亦减少10% ，为20V。（2）励磁电流减少10% ，由于磁路饱和，减少不到10% ，E亦减少不到10% ，因此207VE230V。（3）n增加20% ，E亦增加20% ，为276V。（4）减少10% ，n上升10% ，。15. 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 16. 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：他励励磁电流由独立电源供给，与电枢电流无关；并励励磁电流并在电枢两端，励磁电压等于电枢电压U；串励励磁绕组与电枢串联，；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。17. 直流电机空载和负载时有哪些损耗？各由什么原因引起？发生在哪里？其大小与什么有关？在什么条件下可以认为是不变的？答 电机空载运行时有机械损耗、铁耗和附加损耗。机械损耗由转子旋转时轴承摩擦、电刷摩擦以及通风引起，其大小与转速有关。铁耗是由转子旋转时主磁通在电枢铁心交变引起的，其大小与转速的次方（12和铁心磁密的平方成正比。空载时的附加损耗包括转子旋转时电枢齿槽引起气隙磁通脉动，从而在铁心中产生脉振损耗，以及转子上的拉紧螺杆等结构件中的铁耗。以上三种损耗统称为空载损耗，其中附加损耗所占比例很小。在转速和主磁通不变的情况下，可以认为空载损耗不变。此外，在空载时还存在励磁功率，即励磁电路铜耗。电机负载时除有机械损耗、铁耗、附加损耗和励磁损耗外，还存在电枢回路铜耗，它与电枢电流的平方成正比。在附加损耗中，除了空载时的两项外，还包括电枢反应使磁场畸变引起的额外电枢铁耗以及由换向电流产生的损耗。18. 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，哪个电压变化率大？答 他励直流发电机由空载到额定负载，电枢电流由0增加到额定值电枢回路电阻压降增加，且电枢反应的去磁作用使主磁通下降，从而使感应电动势E下降。由公式可知，端电压U随的增加而下降。对于并励发电机，除上面两个原因外，端电压下降，引起励磁电流下降，使得下降和E下降，所以并励发电机的电压变化率比他励发电机电压变化率要大些。19. 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：检查电机转速是否达到额定转速；调节励磁回路所串电阻，使励磁回路电阻小于临界电阻；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；若以上三点都无效,则电机没有剩磁，应给电机充磁。20. 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：有一定的剩磁；励磁回路的电阻小于与运行转速所对应的临界电阻；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。21. 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枢绕组感应电动势大小相同吗？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。22. 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。23. 一台他励发电机和一台并励发电机，如果其它条件不变，将转速提高20%，问哪一台的空载电压提高得更高？为什么？答 当转速提高时，两者的空载电压都会提高。两者相比较，并励发电机的空载电压会更高些，因为由可知，并励发电机的电动势除与转速有关外，其磁场大小也与感应电动势有关。当转速升高时，不仅有转速升高的原因导致电动势增加，还有因电枢电动势的增加而使励磁电流磁加，并导致磁通增加的原因。这一因素半导致感应电动势进一步增加。24. 为什么并励直流发电机工作在空载特性的饱和部分比工作在直线部分时，其端电压更加稳定？答 在饱和区工作，当励磁电流变化时空载电动势的变化较小，因此端电压更加稳定。25. 一台他励直流电动机拖动一台他励直流发电机在额定转速下运行，当发电机的电枢电流增加时，电动机电枢电流有何变化？分析原因。答 直流电动机的电枢电流也增加。因为直流发电机电流增加时，则制动转矩即电磁转矩增大（磁通不变），要使电动机在额定转速下运行，则必须增大输入转矩即电动机的输出转矩，那么，电动机的电磁转矩增大，因此电枢电流也增大。26. 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。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；串励电动机：方法与并励电动机相同；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。27. 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当忽略电枢反应时，磁通为不随负载变化的常数，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:其中，。串励电动机的励磁电流等于电枢电流，磁路不饱和时，为一常数，；磁路高度饱和时，基本不变，与成反比，而。串励电动机的机械特性是一条转速随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。28. 一台他励直流电动机，当所拖动的负载转矩不变时，电机端电压和电枢附加电阻的变化都不能改变其稳态下电枢电流的大小，这一现象应如何理解？这时拖动系统中哪些量必然要发生变化？对串励电动机情况又如何？答 当负载转矩不变时，要求电磁转矩不变。由公式知，必须不变。在他励电动机中励磁是独立的，不计电枢反应的影响时，不变。在不变时必然不变。改变电动机端电压，电动机的输入功率改变，E改变，n改变，输出功率改变，铁耗改变，而电枢铜耗不变。改变电枢回路附加电阻时，不变，E改变，n改变，改变，和改变，改变。在串励电动机中，同样由于不变，不变，结果与他励电动机相似。29. 一台并励直流电动机原运行于某一、和值下，设负载转矩增大，试分析电机将发生怎样的过渡过程，并将最后稳定的、和的数值和原值进行比较。答 直流电动机稳定运行时，增大后，从而使得下降。由知，下降，而，因此，上升。，故上升。这个过程一直持续到为止，电动机在新的状态下稳定运行。与原值相比，增大，减小，减小，增大。30. 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、铁耗及效率有何影响？为什么？答 由转矩平衡方程式可知，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=常数，因而电枢电流是不变的。又由于电压U不变，所以输入功率不变。从可知，当、不变时，转速将随着的增大而减小。而，所以输出功率随下降而下降，因此电机的效率将降低。铜耗随增大而增大，铁耗随下降而减少。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。31. 一台并励直流电动机，如果电源电压U和励磁电流保持不变，加上恒定转矩的负载以后，发现电枢电流超过额定电流，有人企图在电枢回路中串接一电阻来限制电枢电流，试问是否可行？答 当、保持不变时，按电动机稳定运行时的转矩平衡方程式，为一制造常数，因此有。今电枢电流超过额定电枢电流，即，说明，亦即电枢通过额定电流时产生的电磁转矩小于负载转矩。出现这种情况，有如下几种可能，一是负载转矩较大，或是励磁电流较小，使产生的主磁通减小。企图在电枢回路串电阻来限制电枢电流是不行的。因为在负载转矩及气隙合成磁通一定时，所需的电枢电流也是一定的。32. 试分析在下列情况下，直流电动机的电枢电流和转速有何变化（假设电机不饱和）。（1）电枢端电压减半，励磁电流和负载转矩不变；（2）电枢端电压减半，励磁电流和输出功率不变；（3）励磁电流加倍，电枢端电压和负载转矩不变；（4）励磁电流和电枢端电压减半，输出功率不变；（5）电枢端电压减半，励磁电流不变，负载转矩随转速的平方而变化。答 （1）因为磁路不饱和且励磁电流不变，因此主磁通不变。负载转矩不变，即电磁转矩不变，由于，故电枢电流不变。根据，U减半，故转速n下降，且n小于原来的一半；（2）U减半，输出功率不变，必然上升，否则，由于输入功率（假设为他励），若不变或减小，则减小，必然不能保持不变。上升，n必然下降。（3）加倍，则加倍。不变，即不变，故减半。由于，从n的表达式右知，此时n下降。（4）U减半而不变，由（2）分析知上升。减半，则减半，较减小的多，故n下降。（5）不变，则不变。由于，近似与成正比，亦即近似与成正比。当U减半时，假设n上升，则上升，下降，由得n下降，；这与假设相矛盾。故n必然下降，下降。33. 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相同时，发现转速为1500r/min，试问这可能是什么原因引起的？答 从公式可知，反转时、均未变，为常数，而上升了，因此必定下降了。但是励磁电流未变（并励电动机励磁电压等于电枢电压未变），因此造成下降的原因可能是由于电枢反应的去磁作用。由于电枢电流未变，因此无论是正转还是反转，交轴电枢反应的作用是一样的。由电枢反应的原理可知，对于电动机而言，电刷自几何中性线逆电枢旋转方向偏移时，直轴电枢磁动势起去磁作用，而电刷顺电枢旋转方向偏移时，则起助磁作用。因此，造成这一现象的原因可能是由于电刷不在几何中性线上，对于正转情况而言，电刷顺电枢旋转方向偏移了。34. 一台直流并励电动机，在维修后作负载试验，发现电动机转速很高，电流超过正常值，停机检修发现线路无误，电动机的励磁电流正常。试分析这故障的可能原因并说明理由。答 如果直流电动机的电刷不在几何中性线上，则在负载运行时，除了具有交轴电枢磁动势之外，还存在直轴电枢磁动势。如果电刷位置是从几何中性线逆电机旋转方向移开的话，则直轴电枢磁动势是去磁的，即与主磁通的方向相反。而当气隙磁通削弱时，便会使转速增高。同时在一定电磁转矩下，因为，电枢电流会增加。如果电动机具有起稳定作用的串励绕组，则可能是串励绕组反接，而不是电刷位置不对，或者两种原因兼有。35. 并励电动机在运行中励磁回路断线，将会发生什么现象？为什么？答 励磁回路断线时，只剩下剩磁。在断线初瞬，由于机械惯性，电机转速来不及改变。电枢电势与磁通成比例减小。由可知，将急剧增加到最大值，当增加的比率大于磁通下降的比率时，电磁转矩也迅速增加，负载转矩不变时，由于电磁转矩大于负载转矩，电动机转速明显提高。随着转速的升高，电枢电动势增加，从最大值开始下降，可能在很高的转速下实现电磁转矩与负载转矩的新的平衡，电动机进入新的稳态。由于这时转速和电枢电流都远远超过额定值，这是不允许的。从理论上讲，当励回路断线时，若是电动机的剩磁非常小，而电枢电流的增大受到电枢回路电阻的限制，可能出现电枢电流增大的比率小于磁通下降的比率，在负载力矩一定时，电枢的电磁力矩小于制动力矩，因而转速下降。但在这种情况下，电枢电流仍然是远远地超过了额定电流值。可见，并励电动机在运行中励磁回路断线可产生两个方面的影响：一方面引起电枢电流的大幅度增加，使电动机烧毁；另一方面，可能引起转速急剧升高。过高的转速造成换相不良。到使电动机转子遭到破坏。因此，并励电动机在运行中应绝对避免励磁回路断线。针对励磁回路断线的故障，应采取必要的保护措施。36. 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. 一台并励直流电动机，kW，V，r/min，电枢回路总电阻，定子为6极，电枢采用单叠绕组。正常运行时有三对电刷，忽略电枢反应的影响，试分析计算该电机可能发出的最大功率。 答 去掉相邻的一对电刷后的电枢后的电枢绕组电路图如图2-3所示。正常运行时电枢电流 支路电流 励磁电动势 支路电阻 图2-3去掉相邻的一对电刷后，支路数由原来的六条支路变成了四条支路，其中三条是原来的（图中2，3，4），另一条则是由原来的三条支路（图5，6，1）串联组成。当使前三条支路中的负载电流各仍为100A时，则后一条支路中的电流将为电枢电流为 输出功率 W = 77.66kW由于各支路电流均未超过原来的支路电流额定值100A，故电机的发热不会超过原来的数值。若使后一条支路中的负载电流达到100A，则端电压U将降为而前三条支路中的负载电流共为即每支路为300A，为原来额定支路电流的三倍。无论从发热或是从换向来讲都是不允许的，故最大功率应为77.66kW。2. 设一台4kW、220V，效率的两极直流电动机，电枢绕组为单叠绕组，槽数Q=18，每槽每层元件边数u=4,元件匝数。试求：（1）电机的额定电流；（2）电枢绕组数据：虚槽数，换向片数K，绕组元件数S，总导体数以及绕组各节距。解 （1）额定电流 （2）虚槽数元件数、换向片数总导体数合成节距第一节距第二节距3. 一台长复励直流发电机kW，换向片数K=93，元件匝数，单波绕组，电枢外径，额定励磁电流，电机磁路有一定的饱和程度。(1) 改善换向，电刷前移机械角。试求直轴与交轴电枢反应磁势和。（2）电刷顺电枢旋转方向移动时，和各起什么作用。解 额定电流额定电枢电流支路电流极距元件数总导体数电枢线负荷电刷在电枢表面移过的距离(1) 交轴电枢反应直轴电枢反应 （2）电刷顺电枢旋转方向移动了角，因为是发电机，故起去磁作用。使气隙磁场发生畸变，因为磁路饱和，故还有去磁作用。4. 一台直流发电机数据：，总导体数N=720，运行角速度rad/s，每极磁通=0.0392Wb。试计算：（1）发电机的感应电动势；（2）当转速n=900r/min，但磁通不变时的感应电动势；（3）当磁通=0.0435Wb，n=900r/min时的感应电动势。解 （1）转速r/minr/min感应电动势 （2）当不变时，。因此时的感应电动势为 （3）当和n不变时，。因此Wb时的感应电动势为5. 一台四极、82kW、230V、971r/min的他励直流发电机，如果每极的合成磁通等于空载额定转速下具有额定电压时每极磁通，试求当电机输出额定电流时的电磁转矩。解 额定电流他励电机，额定电枢电流依题意有电磁转矩6. 一台直流电机，S=120，每元件电阻为，当转速n=1000r/min时，每元件的平均电动势为10V。问当电枢绕组分别为单叠和单波时，正负电刷端的电压U和电枢绕组电阻各是多少？ 解 设直流电机电枢绕组的并联支路数2a，则每条支路串联的元件数为S/2a，每条支路的感应电动势等于支路串联的各元件感应电动势之和，而支路电阻亦等于支路串联的各元件电阻之和。由于各条支路是对称的，因此正负电刷间的感应电动势等于支路感应电动势，而电枢绕组电阻则等于支路电阻除以并联支路数。空载时，正负电刷端的电压等于正负电刷间的感应电动势。电枢绕组为单叠绕组时，每条支路串联的元件数为120/4=30。因此端电压U和电枢绕组电阻分别为 电枢绕组为单波绕组时，每条支路串联的元件数为120/2=60，故有7. 一台二极发电机，空载时每极磁通为0.3Wb，每极励磁磁动势为3000A。现设电枢圆周上共有电流8400A，并均匀分布，已知电枢外径为0.42m，若电刷自几何中性线前移机械角度。试求： （1）每对极的交轴电枢磁动分为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，试求每对极的净有磁动势及每极下的合成磁通。解 （1）线负荷极距电刷移动的弧长每极交轴电枢磁动势为 每极直轴电枢磁动势为每对极的交、直轴电枢磁动势分别为16342A/对极=3268A/对极和466.62A/对极=933.2A/对极。（2）发电机电刷自几何中性线前移时，直轴电枢磁动势起去磁作用，故每极净有磁动势为每对极净有磁动势为25332A/对极=5066A/对极。由于磁路不饱和，因此，故合成磁通为8. 一台并励直流发电机，kW，电枢电路各绕组总电阻，一对电刷压降，关励电路电阻。求额定负载时的电磁转矩及电磁功率。解 额定电流额定励磁电流额定电枢电流额定电枢电动势 电磁功率电磁转矩9. 一台并励直流电动机，额定数据为：，电枢回路总电阻 ，励磁电路总电阻。若将该电动机用原动机拖动作为发电机并入电压为的电网，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电枢电流感应电动势 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发电机运行时输出功率 （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发电机感应电动势为 发电机的转速10. 一台并励直流发电机数据如下：，极对数，电枢电阻，一对电刷压降，励磁回路电阻，把此发电机当电动机运行，所加电源电压，保持电枢电流为发电机额定运行时的电枢电流。试求：（1）此时电动机转速为多少（假定磁路不饱和）？（2）发电机额定运行时的电磁转矩为多少？（3）电动机运行时的电磁转矩为多少？ 解 （1）作发电机运行时，额定电流励磁电流额定电枢电流 今作电动机运行电动机转速 (2) 发电机额定电磁转矩 （3）电动机电磁转矩 11. 一台并励直流发电机，额定功率4.6kW，额定电压230V，每极励磁绕组匝数为500匝，已知在额定转速下空载时产生额定电压的励磁电流为0.8A，而在额定负载时产生额定电压的励磁电流需1.2A，今欲将该电机改为差复励直流发电机，问每极应加入多少匝串励绕组？ 解 额定电流 设每极串励绕组匝数为，依题意为差复励 12. 设有一台差复励直流发电机，空载和满载电压均为230V，额定转速，其空载特性可用式表示，并励绕组1000匝，串励绕组10匝，电枢回路总电阻（包括电刷接触电阻），满载时电枢电流50A，电刷处在几何中性线上。试求： （1）电机在满载时的电枢反应的等效去磁安匝数； （2）如将发电机并联运行于200V的电网上，然后从轴上取去原动机，并加上机械负载，使其转为电动状态运行，试分析它是哪种励磁方式的电动机，它的转向是否改变，在相同的满载电枢电流下，它的转速为多少？ 解 当空载电压时，因励磁电流并励绕组电阻并励磁动势（1）满载时等效励磁电流满载时，因为端电压仍为230V不变，故励磁电流不变，按磁动势关系有电枢反应的等效去磁磁动势 （2）并联于电网后，由发电机转为电动机，电枢电流反向，如串励绕组不反接，则串励磁势了随之改变方向。因励磁绕组电流方向未变，故此时为差复励运行状态。旋转方向仍与原来发电机状态相同，没有改变。在差复励电动机状态工作时求得按，在时13. 某串励电动机，（包括电刷接触电阻）。欲在总负载制动转矩不变的情况下把转速降到350r/min，问需串入多大的电阻（假设磁路不饱和）？ 解 串励电动机励磁电流等于电枢电流，依题意磁路不饱和，磁通与励磁电流成正比，因此有式中，比例常数。串电阻调速前后，因总制动转矩不变，即电磁转矩保持不变，因此，故电枢电流保持不变调速前的电动势为 需串入的电阻为 14. 一台并励直流发电机，电枢电路各绕组总电阻，励磁绕组每极匝数匝，励磁绕组电阻，当转速为1450r/m时测得电机的空载特性为：（A）0.370.911.452.02.382.743.28（v）44104160210240258275求：（1）欲使空载产生额定电压，励磁电路应串入多大电阻？（2）电机的电压变化率；（3）在额定运行的情况下电枢反应的等效去磁安匝。解：（1）根据230伏，在空载曲线上查得所以 故励磁回路应串入的电阻（2）电机额定时励磁电阻，我们将空载曲线在内线性化，得到电压 而代入上式得到空载端电压伏故电压变化率（3）额定电流在额定条件下电机的感应电势 在空载特性上查得等效励磁总电流所以，在额定情况下电枢反应等效去磁安匝 15. 一台直流电动机，电枢电流为15.4A，2p4，单波绕组，S27，每元件匝数Wy3，每极磁通量等于0.025Wb，问电机的电磁转矩为多少？若同样元件数，绕组改为单迭，极数于励磁不变，电磁转矩又为多少？解：单波，（Nm）单迭，a2 ， （Nm）16. 一台并励直流电动机，PN100kw，UN220V，n550r/m在750C时电枢回路电阻ra0.022欧，励磁回路电阻Rf27.5欧，22V，额定负载时的效率为88，试求电机空载时的电流。解： AA V w A A17. 一台并励直流电动机的额定数据如下：PN17kw，UN220V，n3000r/m，IN88.9A，电枢回路电阻Ra=0.0896欧，励磁回路电阻Rf181.5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（Ia0）时的转速；（5）当电枢回路串入电阻R0.15欧时，在额定转矩时的转速。解（1） Nm （2） A V w Nm（3） Nmw 18602.13+87.68820.0896+1.2122181.5 19557.7 w（4）（5）因为调速前后不变，所以不变 18. 一台串励直流电动机UN220V，n1000r/m，IN40A，电枢回路电阻为0.5欧，假定磁路不饱和。试求：（1）当Ia20A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： V（1），所以 m（2）串励且转矩保持不变，所以不变，不变20 A19. 一台直流串励电动机，额定负载运行，UN220V，n900r/m，IN78.5A，电枢回路电阻Ra=0.26欧，欲在负载转矩不变条件下，把转速降到700r/m，需串入多大电阻？解：串励且不变，侧前后不变，不变。所以 A V所以20. 并励直流发电机，额定电压为230V，现需要将额定负载运行时的端电压提高到250V，试问：（1）若用增加转速的方法，则转速必须增加多少？（2）若用调节励