直流电机原理测试试卷
考试类型：（闭卷）考试考试时间：45 分钟
学号姓名年级专业12自动化（）班
一、填空题（本大题共8空，每空4分，共32 分）
3.使直流电机反转，只需改变或励磁电流方向。（电源极性）
4.某直流电动机P N=15kW，U N=110V，n N=1500r/min，ηN=85%，则额定运行时的额定电流I N
为（）Ａ，输入功率为P1N=( )kW。（160.428A,17.647kW）
5. 直流电动机的电磁功率为电枢绕组中的与电枢电流的乘积。（感应电动
势）
6.直流电动机时，效率最高。（不变损耗等于可变损耗）
二、选择判断题（本大题20小题，每小题 2分，共8分）
1.对于直流发电机，转子所产生的电磁转矩是驱动性的（与转速方向相同）。（）（ F ）
2.直流电机的电枢绕组是电机进行机电能量转换的主要部件。（）（ T ）
3.随着输出功率的增大，他励直流电动机的转速下降。（）（ T ）
4.直流电动机的空载损耗包括铁损、机械摩擦损耗、附加损耗和铜耗等。（）（ F ）
三、简述题（本大题共3小题，每小题10分，共30分）
CM
1. 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。
2. 直流电机结构的主要部件有哪几个？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
3. 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？
电枢反应：电枢磁场对励磁磁场的作用
交轴电枢反应影响：①物理中性线偏离几何中性线
②发生畸变
③计及饱和时，交轴有去磁作用，
直轴可能去磁，也可能增磁。
四、计算题（本大题30分）
1.一台并励4极直流电机并联于=220U V 电网上运行，单波绕组，电机总导体数398a N =根，1500/min N n r =， 每极主磁通0.0103N Wb Φ=，电枢回路总电阻（包括电刷接触电阻）0.17a R =Ω， 1.83fN I A =，276Fe p W =，379mec p W =，杂散损耗10.86%ad p P = ，试问：此直流电机是发电机还是电动机运行？计算电磁转矩em T 和效率。
直流电机测验题 一、一台并励直流电动机,铭牌数据如下:P N=，U N=220V，I N=20A，n N=1000r/min，电枢回路电阻r a=1Ω，△U=2V，励磁 回路电阻R f=440Ω，空载实验：当U=220V时，输入电流I0=2A，试计算:当电枢电流I a=10A时,电机的效率。 二、一台他励直流电动机数据为：P N=，U N=110V，I N=，n N=1500r/min，电枢回路电阻R a=Ω，求：1）U=U N，Φ=ΦN条件下，电枢电流I a=60A时转速是多少2）U=U N条件下，主磁通减少15%，负载转矩为T N不变时，电动机电枢电流与转速是多少（3）U=U N， Φ=ΦN条件下，负载转矩为，转速为（—800）r/min，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机：P N=29KW，U N=440V，I N=，n N=1050rpm，R a=。 1）电动机在发电反馈制动状态下工作。设I a=-60A，附加电阻R c=0 ，求电动机的转速 2）电动机在能耗制动状态下工作。转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的电磁转矩； 3）电动机在反接状态下工作。转速n=-600rpm 时，电枢电流I a=-50A。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转矩，电网供给的功率，电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4）画出电机的机械特性及其1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时： （1）在启动阶段（n 第二章 直流电机 2．1 概述 2.1.1 直流电机的工作原理 首先，复习e=B δlv 公式，说明e 正比于B δ。结合图2.1解释v=2πRn/60 （m/s ， n (r/min)）; 机械角速度Ω=v/R=2πn /60 ( r/s); 电角速度ω=p Ω=p2πn/60 (rad/s) （记下来）；导体或线圈。 将直流电机的简单工作原理图结构介绍清楚。包括：N 、S 磁极和A 、B 电刷静止，换向片、线圈（导体）以及电枢逆时针旋转。将其抽象成一个平面图。 假设磁力线进入磁极为正方向，离开磁极的磁通方向为负。得气隙磁密在空间得分布曲线 B δ(θ)(0≤θ=ωt ≤2π)。进而得到导体电势e(ωt)和线圈电势e AB (ωt)。 经过合理的多个线圈均匀分布设计，按照一定规律连接起来就组成电枢绕组，便可以获得近似直流电动势。 工作原理： （1） 发电机：电枢绕组中感应的交变电势，依靠换向器的换向作用，利用静止 的电刷把同一磁极 下导体电势引出，变为直流电势输出。（发电机惯例） （2） 电动机：通过电刷和换向器的共同作用，使得同磁极下的导体边流过的电 流方向不变，导体 受力方向不变，进而产生方向恒定的电磁转矩，使电机连续转动。 结论：（1）电机内部（电刷为界），线圈中产生的感应电势、流过的电流是交流量。 （2）电机外部（电刷两端），电动机运行外加直流电；发电机运行输出直流电 （3） 从原理上讲，同一台电机既可以作电动机运行又可以作发电机运行，是可逆的。 （4）电动机惯例 发电机惯例 i i u Motor u Generator 2．1．2 直流电机的主要结构部件 定子——起机械支撑，产生磁场的作用 机座、端盖、电刷、 轴承 直流电机结构 气隙——耦合磁场 转子——产生电磁转矩、产生感应电势 电枢铁心和电枢绕组 换向器、转轴、风扇 2．1．3 直流电机的额定值 额定值：指电机正常运行时各物理量的数值。此时亦称电机满载运行。否则为欠载或过载 额定功率：指输出功率W, kW 。 发电机P N =U N I N 电动机P N =ηU N I N 额定电压U N (V)， 额定电流I N (A)， 额定励磁电压U fN (V)， 额定励磁电流I fN (A)， 额定转速n N (r/min) 直流电机原理及拖动 1.直流电动机的电磁转矩的大小与_________成正比。 A．电机转速B．主磁通和电枢电流 C．主磁通和转速D．电压和转速 2.图示的直流电动机机械特性曲线，是_________励磁方式的电动机。 A．串励 B．他励 C．并励 D．复励 3.直流电机换向极作用主要是_________。 A．增加电机气隙磁通B．改善换向，减少换向时火花 C．没有换向极，就成为交流电机D．稳定电枢电流 4.并励电动机出现轻载“飞车”的主要原因是_________。 A．电源电压过高B．电枢绕组流过的电流过大 C．电刷和换向器接触不良D．励磁绕组断线 5.直流电机换向极绕组与_________。 A．电枢绕组并联B．电枢绕组串联 C．并励绕组串联D．并励绕组并联 6.同交流异步电机比较，直流电机的最大优点是________。 A．造价低B．结构简单 C．维修工作量少D．调速性能好 7.直流电动机电枢导体中的电流是_______。 A．直流电B．交流电C．脉动电流D．以上均不对 8.下列调速法不适用于直流电机的是__。 A．在电枢回路的串联可调电阻B．改变励磁回路中的励磁电阻 C．改变电枢的电压D．改变定子磁极对数 9.下列励磁方式的直流电机不能空载运行的是___。P187 A．串励B．并励C．他励D．复励 10.一般说来，串励、并励、复励三种励磁方式的直流电动机中，机械特性最硬 和最软的分别是___。 A．串励／复励B．复励／并励C．并励/串励Ｄ．复励/串励 11.改变直流电动机的转向方法有________。 A．对调接电源的两根线 B．改变电源电压的极性 C．改变主磁通的方向并同时改变电枢中电流方向 D．改变主磁通的方向或改变电枢中电流方向 12.直流电动机起动时必须在电枢回路中串联起动电阻，原因是刚起动时 ________。 A．主磁通较弱B．反电动势为零 C．瞬间高压D．提高电磁转矩 13.直流电动机的调速方法种类与交流电动机________，而制动方法种类 ________。 A．相同／相同B．相同／不同 C．不同／相同D．不同／不同 14.直流发电机和直流电动机的铭牌上的额定容量是指电机在额定状态下的 ________。 A．电功率B．机械功率C．输入功率D．输出功率 15.直流电动机和交流绕线式电动机在结构上都具有________。 A．电刷、换向器B．电刷、滑环 C．电刷D．滑环 16.对于直流电机，下列部件不在定子上的是________。 A．主磁极B．换向极C．电枢绕组D．电刷 17.对于直流电机，下列部件不在转子上的是________。 A．换向器B．换向极 C．电枢铁心D．电枢绕组 18.一台他励直流电动机，起动前出现励磁回路断线。假设该电机未设失磁保护， 现空载起动，则会________。 A．堵转一致于烧毁电机绕组B．发生飞车事故 C．无起动转距，转子静止D．转子的转速大大降低 19.直流电机电枢绕组中的电动势与其转速大小成________，与主磁通大小成 ________。 A．正比／正比 B．反比／反比 C．视电机种类(是发电机还是电动机)而定 D．视电机容量而定 20.关于直流电动机的转动原理，下列说法正确的是________。 A．转子在定子的旋转磁场带动下，转动起来 B．通电导体在磁场中受到力的作用 C．导体切割磁力线产生感生电流，而该电流在磁场中受到力的作用 D．穿过闭合导体的磁感应强度变化引起电磁转矩 直流无刷电机反电动势过零检测方法 一般的永磁无刷直流电机是由三相逆变桥来驱动的，根据转子位置的不同，为了产生最大的平均转矩，在一个电角度周期中，具有6个换相状态。在任意一个时间段中，电机三相中都只有两相导通，每相的导通时间间隔为120°电角度。例如，当A相和B相已经持续60°电角度时，C相不导通。这个换相状态将持续60°电角度，而从B相不导通，到C相开始导通的过程，称为换相。换相的时刻取决于转子的位置，也可以通过判断不导通相过零点的时刻来决定。通过判断不导通相反电动势过零点，是最为常用也最为适合的无位置传感器控制方法。 反电动势过零点的检测方法是，通过测量不导通相的端电压，与电机的绕组中点电压进行比较，以得到反电动势的过零点。但对于小电枢电感的永磁无刷直流电机，在许多情况下，绕组中点电压难以获取，并且需要使用电阻分压和进行低通滤波，这样会导致反电动势信号大幅地衰减，与电机的速度不成比例，信噪比太低，另外也会给过零点带来更大的相移。 与上面的方法相比，更为常用的是虚拟中点电压法。假设A相和B相导通，则A和B两相电流大小相等，方向相反，C相电流为零，则根据永磁无刷直流电机数学模型有 根据上述方程，将不导通相的端电压与所计算的虚拟中点电压进行比较，也可以获得反电动势的过零点。这种方法十分简单，实现也比较方便。但是，由于无刷直流电机按一定频率进行PWM斩波控制，其计算出的虚拟中点电压也会随着PWM的高低电平而发生相同频率的在电源和地电平之间的变化。这样，就会带来极大的共模电平和高频噪声，会影响反电动势过零点检测的精确性。同样，和中点比较法一样，这种方法也必须要对绕组端电压进行分压和低通滤波。 这样，在一个PWM周期中，电枢绕组相电流就必然存在断续状态。速度提高时，电枢绕组中会产生峰峰值极大、频率很高的反电动势。由于以上特点，一些普遍采用的BLDC无位置传感器的控制方法均不适合。现有的无位置传感器的控制方法，如端电压检测法和转子位置估计法等，将很难得到良好的控制效果，其理由如下所述： 首先，无刷直流电机要求在电机转速提高的过程中，采用现有的端电压与中点电压比较的方法，要对三相绕组进行分压阻容滤波，计算出不导通相反电动势的过零点，再延后一定时间进行换相。但是，这样得到的反电动势过零点会因为无刷直流电机转速提高而产生过大的相移，导致当检测到反电动势过零点后，真正的换相点已经过去，从而造成换相失误。另外，现有的转子位置估计法，在高速时必须以极高的采样频率对永磁无刷直流电机中多个物理量进行测量，然后运行复杂的算法估计出转子位置，这样即使采用主频较高的控制器，也很难实时得到精确的位置信号。并且，随着电机转速的提高，位置估计算法难以及时地计算出当前电机转子的位置情况，对于转速范围较大的情况，无位置传感器的检测难以实现。 其次，现有的无刷直流电机无位置传感器的控制方法一般只适用于绕组相电流不存在断续状态的情况。而当永磁无刷直流电机电枢电感较小时，在一个PWM 周期中，则可能出现绕组相电流断续状态。当相电流从续流状态向断流状态突变时，由于三相逆变桥中功率管的寄生电容和电枢绕组中的电感和电阻相互作用，端电压会存在二阶阻尼振荡过程。在振荡过程中，将检测到的电枢绕组端电压应用于无位置传感器的换相中，会得到不正确的结果。 因此，使用现有的无位置传感器的控制方法，应用于小电枢电感的磁悬浮飞轮用无刷直流电机上，都无法得到良好的控制效果。 测试方法和常见不良问题的分析 一、测试方法 1.电机空载转速及电流的测试 1）定义：在额定电压下（指要求的加到电机端子上的电 压, 并不是指电源电压），无负载时的电机每分钟转动的圈 数 （空载转速）及此时流过端子的电流 2）测试方法：使用测速计、胶轮、直流电源，如下连接, 直流电源 电机测速计 参考测试 方法：使 用电机综 合测试仪测试（但誨定范围及电机的冲片槽数，测试 数据不准） 2.负载转速及电流的测试 1）定义：在额定电压下（指要求的加到电机端子上的电 压, 并不是指电源电压），额定负载时的电机每分钟转动的 圈数（负载转速）及此时流过端子的电流（负载电 流） 2）测试方法：见上图，一般选择胶轮的直径为20mm,如 果负载为M gem,则所挂舷码的重量则为M g,同时胶 轮上的圈数取决于绳子A处必须松动才行（即祛码的重 量必须全部加到轮子上才行） 3.堵转力矩和堵转电流的测试 1）； “ 定义：使电机正好停止转动时的负载力矩Ts即为堵转力 矩，此时的电流即为堵转电流Is 3)一般采用两点法进行测试，选择两个负载T1及T2,测 试此负载下的nl> n2及II、12,使用下而的公式计算堵 转力矩和堵转电流： Ts=(n2Tl-nlT2)/(n2-nl) I S=(I2T1-I2T2)/(T1-T2)+(I1-I2)/(T1-T2)*T S 注意点：T1最好在最大效率点附近，而T2最好在最大 功率点附近 参考测试方法：可以采用测功计测试(不精确)或者使 用扭力计测试(较准) 4.窜动量的测试 1)定义：转子在电机中沿轴向可以松动的最大的间隙量 2)测试方法：使用百分表，电机轴前后最大窜动的位置在 百分表上显示的位置分别是A和B，则电机窜动量为B-A 电机 5.电流波形 1)定义：电机在额定电压下旋转时，流过电机两端子间的电 流的变化的波形，可以用示波器进行显示 2)测试方法：如图连接，示波器上显示的波形即为电机的电 流波形，电容一般为qf的电解电容，如果槽数为n 个，则 电机转动一周的完整的波形数为2n个 第二章直流电机的基本结构和运行分析 直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一。将机械能转换为直流电能的电机称为直流发电机；将直流电能转换为机械能的电机称为直流电动机。直流发电机可作为各种直流电源；直流电动机具有宽广的调速范围，较强的过载能力和较大的起动转矩等特点，广泛应用于对起动和调速要求较高的生产机械，如电力机车、内燃机车、工矿机车、城市电车、电梯、轧钢机等的拖动电机。 本章介绍直流电机的工作原理和基本结构；分析直流电机的磁路系统、电路系统和电磁过程；导出感应电势和电磁转矩的一般计算方法；得出直流电机在不同运行状态的各种平衡方程式和运行特性。 第一节直流电机基本工作原理 直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机具有可逆性，既可作直流发电机使用，也可作直流电动机使用。作直流发电机使用时，将机械能转换成直流电能输出；作直流电动机使用时，则将直流电能转换成机械能输出。 一、直流电机的模型结构 图2—1所示为一台直流电机简单模型图。N、S为定子上固定不动的两个主磁极，主磁极可以采用永久磁铁，也可以采用电磁铁，在电磁铁的励磁线圈上通以方向不变的直流电流，便形成一定极性的磁极。 图2-1 直流发电机工作原理 在两个主磁极N 、S 之间装有一个可以转动的、由铁磁材料制成的圆柱体，圆柱体表面嵌有一线圈（称为电枢绕组），线圈首末两端分别连接到两个弧形钢片（称为换向片）上。换向片之间用绝缘材料构成一整体，称为换向器，它固定在转轴上（但与转轴绝缘），随转轴一起转动，整个转动部分称为电枢。为了接通电枢内电路和外电路，在定子上装有两个固定不动的电刷A 和B ，并压在换向器上，与其滑动接触。 二、直流发电机的工作原理 1.感应电势的产生 当直流发电机的电枢被原动机拖动，并以恒速ｖ逆时针方向旋转时，如图2－2(a)所示，线圈两个有效边ab 和cd 将切割磁力线，而感应产生电势ｅ。其方向用右手定则确定，导体ab 位于N 极下，导体cd 位于S 极下，产生电势方向分别为b →a ，d →c 。若接通外电路，电流从换向片1→A →负载→B →换向片2。电流从电刷A 流出，具有正极性，用“＋”表示；从电刷B 流入，具有负极性，用“一”表示。 当电枢转到90o 时，线圈有效边ab 和cd 转到N 、S 极之间的几何中心线上，此处磁密为零，故这一瞬时感应电势为零。 当电枢转到180o 时，导体ab 和cd 及换向片1、2位置互换，如图2-1(b)所示。导体加位于S 极下，导体cd 位于Ｎ极下，线圈两个有效边产生的感应电势方向分别为a →b ，c →d ，电势方向恰与开始瞬时相反。外电路中流过的电流从换向片2→A →负载→B →换向片1。由此可见，电刷A(B)始终与转到N(S)极下的有效边所连接的换向片接触，故电刷极性始终不变A 为“＋”，B 为“―”。 由以上分析可知，线圈内部为一交变电势，但电刷引出的电势方向始终不变，为一单方向的直流电势。 2.电势的波形 根据电磁感应定律，每根导体产生的感应电势ｅ为： Lv B e X = （V ） （2-1） 式中x B ——导体所在位置的磁通密度（T ）； L ——导体切割磁力线的有效长度（ｍ）； v ——导体切割磁力线的线速度（ｍ/ｓ）。 要想知道电势的波形，先得找出磁密的波形，前已设电枢以恒速v 旋转，v=常数，L 在电机中不变，则x B e ∝，即导体电势随时间的变化规律与气隙磁密的分布规律相同。设想将 直流电机练习题 填空题： 1.改变一直流并励电动机的转向，可采用的方法是电枢电压和励磁电压。 2.当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 3.直流电机电枢导体中的电势和电流是( 交变 )性质的。 4.直流电机电枢绕组的感应电势与电机的转速成( 正比 )。 5.他励直流发电机，当转速升高20%时，电势( 升高20% )。 6.直流电机的电磁转矩与电枢电流成( 正比 )。 7.直流电动机一般采用( 串电阻)和(降压)的方法起动，起动时应保证电动机的磁通达到额 定值。 8.在电枢回路中串电阻调速，理想空载转速不变，特性的斜率增大。 9.直流电动机降压调速，理想空载转速( 变小 )，特性的( 斜率 )不变。 10.直流电动机弱磁调速，理想空载转速( 变大 )，特性的( 硬度 )变软。 11.当直流电机带恒转矩负载时，若为他励电动机，当电枢电压下降时，其转速(下降 )，电枢 电流( 不变 )。 12.运行中的并励直流电动机，其( 励磁 )不能突然短路或断开。 13.可用下列关系来判断直流电机的运行状态：当 n 实验一直流电动机起动实验 一、实验目的理解直流电机的工作原理，测试直流电动及直接起动的波形。说明负载转矩、转速、电流、电磁转矩之间为何具有相应的对应关系。 二、实验的主要内容 仿真一台直流并励电动机的起动过程。电动机参数为: PN =17kW, U N = 220V, n0= 3000r/min,电枢回路电阻R a =0. 0870，电枢电感La =0. 0032H，励磁回路电阻R F=181.50,电机转动惯量J=0.76 kg ?m2。 三、实验的基本原理直流电动机刚与电源接通的瞬间，转子尚未转动起来时，他励和串励电动机的电枢电流以及并励和复励电动机的输入电流称为起动电流，这时的电磁转矩称为起动转矩。一般情况下，在额定电压下直接起动时，起动电流可达电枢电流额定值的10~20倍，起动转矩也能达到额定转矩的10~20倍，这样的起动电流是换向所不允许的，而且过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机械和生产机械。由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、枢电阻大以及转动惯量又比较小，可以直接起动以外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。 四、实验步骤 1) 建立并激电动机的仿真模型:直流电动机DCmotor 的电枢和励磁并联后由直流电源DC 供电，用Step 模块给定电动机的负载转矩，在DCmotor 的m 端连接了Demux 模块,将m 端输出的4 个信号分为4 路，以便通过示波器Scope 观察，m 端输出的转速单位为rad/s,这里使用了一个放大器(Gain), 将rad/s 转换为习惯的r/min,变换系数为:k=60/2 π =9.55。 2) 计算电动机参数: 励磁电流 励磁电感在恒定磁场控制时可取“ 0” 电枢电阻 R a =0.0870 电枢电感估算 无刷直流电机工作原理详解 日期: 2014-05-28 / 作者: admin / 分类: 技术文章 1. 简介 本文要介绍电机种类中发展快速且应用广泛的无刷直流电机（以下简称BLDC）。BLDC被广泛的用于日常生活用具、汽车工业、航空、消费电子、医学电子、工业自动化等装置和仪表。顾名思义，BLDC不使用机械结构的换向电刷而直接使用电子换向器，在使用中BLDC相比有刷电机有许多的优点，比如： 能获得更好的扭矩转速特性； 高速动态响应； 高效率； 长寿命； 低噪声； 高转速。 另外，BLDC更优的扭矩和外形尺寸比使得它更适合用于对电机自身重量和大小比较敏感的场合。 2. BLDC结构和基本工作原理 BLDC属于同步电机的一种，这就意味着它的定子产生的磁场和转子产生的磁场是同频率的，所以BLDC并不会产生普通感应电机的频差现象。BLDC中又有单相、2相和3相电机的区别，相类型的不同决定其定子线圈绕组的多少。在这里我们将集中讨论的是应用最为 广泛的3相BLDC。 2.1 定子 BLDC定子是由许多硅钢片经过叠压和轴向冲压而成，每个冲槽内都有一定的线圈组成了绕组，可以参见图2.1.1。从传统意义上讲，BLDC的定子和感应电机的定子有点类似，不过在定子绕组的分布上有一定的差别。大多数的BLDC定子有3个呈星行排列的绕组，每 个绕组又由许多内部结合的钢片按照一定的方式组成，偶数个绕组分布在定子的周围组成了偶数个磁极。 BLDC的定子绕组可以分为梯形和正弦两种绕组，它们的根本区别在于由于绕组的不同连接方式使它们产生的反电动势（反电动势的相关介绍请参加EMF一节）不同，分别呈现梯形和正弦波形，故用此命名了。梯形和正弦绕组产生的反电动势的波形图如图2.1.2和图 2.1.3所示。 第七章直流电机 一、填空（每空1分） 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I f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R 将，电枢电流l a，转速n将，电动机的效率n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l 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l 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，l a ；当负载增加时，T e，l a ；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r a,电枢电流为l a,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: 2P,2pr a，2p2r a, p2r a 14. 并励直流电动机改变转向的方法有，。 直流电机效率测试和计算方法 效率测试是所有电传动部件及系统重要检验项目，GB 755 旋转电机定额及性能标准中对各类电机设备效率检测方法进行了详细的介绍。旋转电机效率测试主要有直接测试法及损耗分析法，效率的直接测试方法是通过对直流电机输入输出功率的直接测试而求得效率的方式，下面本文对直流电机效率的直接测试相关试验方法及计算进行详细介绍。 一、直流电机输入功率和输出功率的测量 直接测定效率时，电动机的输入功率用电工仪表测量，输出功率的机械功率用测功机、转矩测量仪测量；发电机的输出功率用电工仪表测量，输入功率用测功机、转矩测量仪测量。 输入功率用电压乘电流来计算，试验电源为整流电源时要求采用真实读书瓦特表或指示电压、电流瞬时值乘积平均值的其他测量装置直接测取电枢回路输入功率，也可分别测量直流功率分量和交流功率分量然后求和。 测功机的功率，在与被试电机同样的转速下应不超过被试电机额定功率的三倍；转矩测量仪的标称转矩，应不超过被试电机额定转矩的三倍。测功机与被试电机之间应用弹性联轴器连接，连接应保证良好、同心。 二、直流电机效率直接测试方法 直流电机效率直接测试试验时，被试电机应在额定功率或额定转矩、额定电压及额定转速下运行至热稳定，读取输入或输出的电压、电流、功率、转速及转矩，并保存周围冷却空气温度，然后立即测定串励、并(他)励及电枢绕组的电阻，并将冷却空气温度换算至25℃。 三、直流电机效率直接测试相关计算 被试电动机的输出机械功率P2按照下式1计算： (1) 式中： TM——被试电动机输出转矩，N.m； nM——被试电动机转速，r/min。 被试电动机的效率ηM按照下式2计算： (2) 式中： P1——被试电动机输入功率，W。 被试发电机的输入机械功率P1(W)按下式3计算： (3) 式中： TG——被试发电机输入转矩，N.m； 直流电机习题课 1、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。 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：既改变原动机的转向又改变励磁绕组的接法4、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 5、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 6、并励发电机正转能自励，反转能否自励 7、励磁电流不变的情况下，发电机负载时电枢感应电动势与空载时电动势大小相同吗为什么 8、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 9、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 10、某直流电动机P N=15kW，U N=110V，n N=1500r/min，ηN=85%，则额定运行时的额定电流I N为（）Ａ，输入功率为P1N=( )kW。 11、直流电机实质是一台（）的交流电机。直流电动机的换向器装置的作用是（），而直流发电机的换向器装置的作用是（）。 12、直流电机空载时主磁场的磁密分布波形为（），电枢磁动势波形为（），电枢磁密波形为（）。电枢反应指（）。 13、直流电动机的电势Ｅa比端电压Ｕ（），Ｔ与n（），Ｉa与Ｅa（）。 14、直流发电机电刷在与位于几何中心线上的导体相接触的位置，若磁场不饱和，这时电枢反应是（） (1) 增磁；（2）去磁；（3）不增磁也不去磁；（４）前极端去磁后极端不变。 15、某台直流单叠绕组的他励电动机，额定运行时的I N＝120Ａ，并知该电机为6极，则此时该电机绕组中每条支路电流为（）Ａ。 (1) 20 （2）60 （3）10 (4) 40 16、某并励直流电动机空载运行时，若不慎将励磁回路断开，电机转速将（） （1）升到某一高度后稳定运行；（2）减速后停转； （3）增到不允许的值即“飞车”；（4）原速运行。 17、某他励直流发电机空载运行，调节励磁电流Ｉf为２.０Ａ时能建立额定电压２２０Ｖ，若原动机使n=nN不变；将励磁电流上升到４.０Ａ，则能建立的电压Ｕ０值为：（） （1）等于440Ｖ（2）大于220Ｖ但小于220Ｖ （3）仍为220Ｖ（4）大于440Ｖ 18、说明并励直流发电机外特性曲线随负载电流增大而下降的原因。 19、说明直流电动机最初起动电流很大的原因应如何起动 20、画出直流发电机的功率流程图。 21、某并励直流电动机，P N=17kw，U N=220V，n N=3000r/min，I N=88.9A，电枢回路总电阻Ra=Ω励磁回路总电阻R f=Ω，忽略电枢反应影响，求：（1）电动机额定输出转矩；（2）额定负载时的电磁转矩；（3）额定负载时的效率。 直流电机测验题 一台并励直流电动机，铭牌数据如下：P N =3.5kW, U=220V , I N =20A , n N =1000r/min ，电枢回路电阻 U=2V 励磁回路电阻R=440 Q,空载实验：当 U=220V 时，输入电流10=2A ,试计算：当电枢电流I a =10A 时，电机的 效率。 二、一台他励直流电动机数据为： P N =7.5kW, U=110V, I N =79.84A , n N =1500r/min ，电枢回路电阻 R a =0.1014 Q,求：1） U=U,①=O N 条件下，电枢电流I a =60A 时转速是多少？ 2） U=U 条件下，主磁通减少 15%负载转矩为 T N 不变时，电动机电 枢电流与转速是多少？（ 3） U=U , ①=O N 条件下，负载转矩为 0.8T N ,转速为（一800） r/min ，电枢回路应串入多大电阻。 三、他励直流电动机： P N =29KW U N =440V , I N =76.2A , n N =1050rpm , R a =0.393W 。 1） 电动机在发电反馈制动状态下工作。设 I a =-60A ，附加电阻R=0，求电动机的转速 2） 电动机在能耗制动状态下工作。 转速n=-500rpm 时，电枢电流为额定值，求接入电枢回路中的附加电阻和电动机轴的 电磁转矩； 3） 电动机在反接状态下工作。转速 n=-600rpm 时，电枢电流I a =-50A 。求接入电枢回路中的附加电阻，电动机轴的电磁转 矩，电网供给的功率， 电枢回路电阻上消耗的功率以及从轴上输入的机械功率。 4） 画出电机的机械特性及其 1）、2）、3）情况下的工作点。 四、选择答案填空：一台提升用他励直流电动机，当需要高速（发电制动）下放物体时: （1） 在启动阶段（n 正常运行时会发热，使直流电动机温度升高，但不应超出允许的限度。如果直流电动机负载过大，使用环境温度过高， 通风不畅或运行中发生故障，就会使其温度超出允许限度，导致绕组过热烧毁，因此直流电动机温度的高低是反映直流电动机运行的主要标志，在运行中经常检查。判断直流电动机是否过热，可以用以下方法： （1）凭手的感觉：如果以手接触外壳，没有烫手的感觉，说明直流电动机温度正常；如果手放上去烫得马上缩回来，说明直流电动机已经过热。 （2）在直流电动机外壳上滴2-3滴水，如果只冒热气没有声音，则说明直流电动机没有过热，如果水滴急剧汽化同时伴有"咝咝"声，说明直流电动机已经过热。 （3）判别直流电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。 发现直流电动机过热应该立即停车检查，等查明原因，排除故障后再行使用。 3.3.2 监视直流电动机的电流 一般容量较大的直流电动机应装设电流表，随时对其电流进行监视。若电流大小或三相电流不平衡超过了允许值。应立即停车检查。容量较小的直流电动机一般不装电流表，但也经常用钳形表测量。 3.3.3 监视直流电动机的电压 直流电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关，以便对其三相电源、压进行监视。直流电动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡，特别是三相电源缺相，都会带来不良后果。如发现这种情况应立即停车，待查明原因，排除故障后再使用。 3.3.4 注意直流电动机的振动、响声和气味 直流电动机正常运行时，应平稳、轻快、无异常气味和响声。若发生剧烈振动，噪音和焦臭气味，应停车进行检查修理。 3.3.5 注意传动装置的检查 直流电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动，传动皮带是否有过紧、过松的现象等，如果有，应停车上紧或进行调整。 3.3.6 注意轴承的工作情况 直流电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。若轴承声音不正常或过热，应检查润滑情况是否良好和有无磨损。 3.3.7 注意交流直流电动机的滑环或直流直流电动机的换向器火花 直流电动机运行中，电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。如果所发生的火花大于某一规定限度，尤其是出现放电性的红色电弧火花时，将产生破坏作用，必须及时加以纠正 一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示： 在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路， 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图 产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示： 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与 输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出 为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示： 直流电机练习题 一、填空 1、根据直流电动机用途的不同，可以把直流电动机分为两类，一类是进行能量传递和转换的，称为动力电机，另外一类是进行信号传递和转换的，称为控制电机，包括步进电机、伺服电机等。 2、直流电动机将电能转换为机械能输出； 直流发电机将机械能转换为电能输出。 3、直流电机的可逆性是指同一台直流电机，即可作直流发电机使用，又可作直流电动机使用。 4、写出图示标号标明的直流电机的结构名称。（P4） 5、电刷和换向器在直流电动机中的作用为：将刷间的直流电逆变为绕组中交变的电流；在直流发电机中的作用为：将绕组中交变的电流整流成刷间的直流电输出。 6、所谓直流电动机的启动，是指电源接通以后，直流电动机的转速从零上升到稳定转速的过程。启动时，应让启动/电磁转矩足够大，而启动电流不可太大。常用的启动方法有：全压启动、电枢回路串电阻启动和降压启动。 7、改变一直流并励电动机的转向，可采用的方法是单独改变励磁电流的方向和单独改变电枢电流的方向。 8、当电动机的转速超过理想空载转速n0 时，出现回馈制动。 9、直流电机的电磁转矩与电枢电流成正比。（正比/反比） 10、运行中的并励直流电动机，其励磁回路不能突然短路或断开，否则容易出现飞车事故。 11、直流电机按主磁极励磁绕组的接法不同，可分为他励和自励两大类。其中，他励直流电动机由于励磁电源可调，应用范围更广泛。 12、直流电动机常用的电气制动方法有：能耗制动、反接制动和回馈制动。 13、额定功率对直流电动机来说，指的是电动机转轴上输出的功率。 14、直流电动机在排除故障的过程中要遵循由外到内的原则。 二、判断 1、直流电机电枢元件中的电势和电流都是直流的。（×） 2、直流电机的换向极主要是改善直流电机的换向。（√） 3、直流电机的电枢绕组是电机进行能量转换的主要部件。（√） 4、启动时的电磁转矩可以小于负载转矩。（×） 5、一台直流电机运行在发电机状态，则感应电势大于其端电压。（√） 6、他励直流电动机在电枢回路中串电阻调速属于有级调速。（√） 7、直流电动机调节励磁回路中的电阻值，电动机的转速将降低。（×） 直流电机试验方法 GB1311-77 一、适用范围 1.本标准适用于一般用途的直流电机。对有特殊要求的直流电机,凡有本标准未规定的试验方法,应在该类型电机技术条件中作补充规定。 2.形式试验或检查试验应当进行的基础上按GB 755-65《电机基本技术要求》及该类型电机技术条件的规定。 二、试验前的准备 3.测量仪器的选择 (1)试验时应当采用不低于0.5级精度的电气测量仪器(兆欧表除外),其他测量仪器应相当于1级精度。 (2)仪器的选择尽可能使所测数值在20～95%仪器测量范围以内。 4.测量电枢回路电压时,电压表应直接接在绕组出线端上。 5.一般检查 试验前应检查电机的装配质量和轴承运行情况。在不影响电气性能试验质量后,方可进行本标准中的各项试验。 6.中性线的测定 中性线可按下列方法之一测定: (1)感应法 a.电枢静止,励磁他激,将毫伏表接在相邻的两组电刷上,并交替地接通和断开电机的励磁电流(图1)。逐步移动电刷架的位置,在每一个不同位置上测量电枢绕组的感应电势。当感应电势最接近零时,电刷所在的位置即可认为是中性线。 毫伏表的计数建议以厉磁电流断开时的读数为准。 图1 国家标准计量局发布 1977年12月1日实施 中华人民共和国第一机械工业部提出上海电器科学家研究所等起草 b.电枢静止,励磁他激,将毫伏表引线沿换向器圆周移动,交替地接通和断开电机的励磁电流。当每极换向片数是整数或不是整数时,均应在相互间距离等于或最接近于一极距的两片换向片上测量感应电势。 正负感应电势各量取几点读数,然后如图2所示的作图法求出中性线。 换向片数 图2 (2)正反转发电机法 直流电机原理测试试卷 考试类型：（闭卷）考试考试时间：45 分钟 学号姓名年级专业12自动化（）班 一、填空题（本大题共8空，每空4分，共32 分） 3.使直流电机反转，只需改变或励磁电流方向。（电源极性） 4.某直流电动机P N=15kW，U N=110V，n N=1500r/min，ηN=85%，则额定运行时的额定电流I N 为（）Ａ，输入功率为P1N=( )kW。（160.428A,17.647kW） 5. 直流电动机的电磁功率为电枢绕组中的与电枢电流的乘积。（感应电动 势） 6.直流电动机时，效率最高。（不变损耗等于可变损耗） 二、选择判断题（本大题20小题，每小题 2分，共8分） 1.对于直流发电机，转子所产生的电磁转矩是驱动性的（与转速方向相同）。（）（ F ） 2.直流电机的电枢绕组是电机进行机电能量转换的主要部件。（）（ T ） 3.随着输出功率的增大，他励直流电动机的转速下降。（）（ T ） 4.直流电动机的空载损耗包括铁损、机械摩擦损耗、附加损耗和铜耗等。（）（ F ） 三、简述题（本大题共3小题，每小题10分，共30分） CM 1. 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。 2. 直流电机结构的主要部件有哪几个？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 3. 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？ 电枢反应：电枢磁场对励磁磁场的作用 交轴电枢反应影响：①物理中性线偏离几何中性线直流电机工作原理
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