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 。
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 。
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 。
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）。
5. 并励直流电动机，当电源反接时，其中a I 的方向 ，转速方向 。
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。
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。
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a I 增加时，转速
n 将 ，转矩T e 将 。
9. 直流电动机电刷放置的原则是： 。
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 。
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。
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 。
13. 并励直流电动机改变转向的方法有 ， 。
14. 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 。。
15. 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 。
16. 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 。
17. 直流电机若想实现机电能量转换，靠 电枢磁势的作用。
18. ★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 。
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。
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℅。
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：改变原动机的转向或改变励磁绕组的接法。
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 。
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。
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。
7. 在直流电机中，公式n C E e a Φ=Ф和a T I C T Φ=中的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。
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。
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。
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。
11.★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。
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
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
14.★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
15.★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.
16.★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.
17.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.
18.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。
19.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.
20.★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
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。（）
a=2p。（）2.直流电机的电枢绕组并联支路数等于极数即2
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。
（）
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。（）
5.直流电机的电枢绕组至少有两条并联支路。（）
6.电磁转矩和负载转矩的大小相等，则直流电机稳定运行。（）
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。（）
8.并励直流发电机稳态运行时短路电流很大。（）
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。（）
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。（）
11.直流电动机的额定功率指转轴上吸收的机械功率。（）
12.直流电机无电刷一样可以工作。（）
13.直流电机的转子转向不可改变。（）
14.同一台直流电机既可作发电机运行，由可作电动机运行。（）
15.并励直流电电机不可轻载运行。（）
四、简答
1.★在直流电机中换向器-电刷的作用是什么？。
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？。
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？
4.★何谓电机饱和现象？饱和程度高低对电机有何影响？
5.直流电机电枢绕组型式由什么决定？
6.★直流电机电枢绕组为什么必须是闭合的？
7.直流电机电刷放置原则是什么？
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τ=1y ），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. ★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？
10. ★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？。
11. 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？。
12. 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。
13.★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%。。
14.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。
15.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？。
16.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？
17.★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？
18.★★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？
19.★并励发电机正转能自励，反转能否自励？
20.★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？。
21.★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？
22.★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？
23.★★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？
24.★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。
25.★★如何改变并励、串励、积复励电动机的转向？
26.★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？
27.★★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？
28. ★★一台并励直流电动机原运行于某一a I 、n 、E 和e 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e T 的数值和原值进行比较。
29. ★★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？
30. ★★一台并励直流电动机，如果电源电压U 和励磁电流f I 保持不变，加上恒定转矩2T 的
负载以后，发现电枢电流a I 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？
31. ★★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。。
32. ★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？
33. ★★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。
34. ★★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？
35. 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：
五、计算
1. ★★一台并励直流电动机，138=N P kW ，230=N U V ，970=N n r/min ，电枢回路总电
阻Ω=05.0a R ，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 A U P I I N N N a 230
101383
?==≈ 支路电流 A a I i a a 6
6002==
A 100= 励磁电动势
A R I U E a a N )05.0600230(?+=+=A 260=
支路电阻 Ω=Ω?==3.005.066a a R r
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
A A r U E a N 33.333
..032302603=?-=- 电枢电流为
A A I a 3.333)33.331003('=+?=
输出功率
3.333230'?==a N I U P 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
V V U 170)9.0100260(=?-=
而前三条支路中的负载电流共为
A A 9003
/3.0170260=- 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. 一台直流发电机数据：62=p ，总导体数N=720，62==a ，运行角速度π40=Ωrad/s ，
每极磁通Φ=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Φ=0.0435Wb ，n=900r/min 时的感应电动势。
解 （1）
133
60780360=??==
=a pN C e 转速 πππ403030?=Ω=
n r/min 1200=r/min
感应电动势 V V n C E e 5.61112000392.013=??=Φ=
（2）当Φe C 不变时，n E ∝。因此min /900r n =时的感应电动势为
V V E 6.4585.6111200
900=?=
（3）当e C 和n 不变时，Φ∝E 。因此0435.0=ΦWb 时的感应电动势为
V V E 9.5086.4580392
.00435.0=?= 3. 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
A A U P I N N N 5.356230
10823
=?== 他励电机，额定电枢电流
A I I N aN 5.356==
依题意有
N e U n C E =Φ=
2371.0970
230===Φn U C N e 2643.22371.03030=?=Φ=Φπ
πe T C C 电磁转矩
m N m N I C T aN T e ?=??=Φ=2.8075.3562643.2
4. 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 e 6.383105.124=?==
电磁转矩
m N m N I E P T aN N e e ?=?=Ω=2.24560
1450
2π 5. ★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
=?=?= 6. ★一台并励直流发电机数据如下：kW P N 46=，min /1000r n N =，V U N 230=，极对
数2=p ，电枢电阻Ω=03.0a r ，一对电刷压降V U b 22=?，励磁回路电阻Ω=30f R ，把此发电机当电动机运行，所加电源电压V U N 220=，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
A A U P I N N N 200230
10463
=?== 励磁电流
A A R U I f N fN 67.730
230===
额定电枢电流
A A I I I fN N aN 7.207)67.7200(=+=+=
N b a aN N F e n U r I U C ?++=
Φ2 2382.01000
203.07.207230=+?+=
今作电动机运行 A A R U I f N fD 33.730220//==
= 2276.02382.067
.733.7=?=Φ=
ΦF e fF fD D e C I I C 电动机转速 D E b aN a N C U I r U n Φ?--=
2 min /4.930min /2276
.027.20703.0220r r =-?-=
(2) 发电机额定电磁转矩 aN F e aN F T eF I C I C T Φ=Φ=55.9
m N m N ?=???=5.4727.2072382.055.9
（3）电动机电磁转矩
aN D aN D T eD I C I C T Φ=Φ=55.9
m N m N ?=???=5.4517.2072276.055.9
7. ★★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
A A U P I N N N 20230
106.43
=?==