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（每题1分）
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（每题1分）
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（每题3分）
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.★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，ab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：①材料利用不充分；
②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：①励磁功率大增；②磁场调节困难；③对电枢反应敏感。一般将额定工作点设计在ab段的中间，即所谓的“膝点”附近，这样选择的好处有：①材料利用较充分；②可调性较好；③稳定性较好。
图2-1
4. 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和合成节距y 决定。1±=y 为叠式绕组；()p K y /1μ=为波绕组，其中K 为换向器片数，p 为极对数。
5. ★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。
6. 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。
7. ★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)
8. ★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。
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？
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。
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？
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。
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？
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。
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。
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。
13. 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 14. 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。
15. 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β次方（1〈β〈2〉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，还存在电枢电路铜耗，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。
16. ★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a I 由0增加到额定值aN I 电枢回路电阻压降a a R I 增加，且电枢反应的去磁作用使主磁通Φ下降，从而使感应电动势E 下降。由公式a a R I E U -=可知，端电压U 随a I 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f I 下降，使得Φ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。
17. ★★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。
18. ★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。
19. ★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。
20. ★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。
21. ★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n C E E Φ=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。
22. ★★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。
23. ★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。
24. ★★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。
25. ★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。
26. ★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Φ
-=E a a C R I U n 可知，反转时U 、a I 、a R 均未变，E C 为常数，而n 上升了，因此Φ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Φ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。
27. ★★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Φ
-=E a a C I R U n 增高。同时在一定电磁转矩下，因为a T em I C T Φ=，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。
28. 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（每题5分，本章计算不作要求）
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
图2-3
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
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. 设一台4kW 、220V ，效率%84=N η的两极直流电动机，电枢绕组为单叠绕组，槽数Z=18，
每槽每层元件边数u=4,元件匝数8=y N 。试求：
（1）电机的额定电流；
（2）电枢绕组数据：虚槽数i Z ，换向片数K ，绕组元件数S ，总导体数N 以及绕组各节距。
解 （1）额定电流
A A U P I N N N N 65.2184
.02201043=??==
η （2）虚槽数 72184=?==uZ Z i
元件数、换向片数
72===i Z K S
总导体数
根根115272822=??==S N N y
合成节距
1±==k y y
第一节距
1804
7221===
μμεp Z y i 第二节距 191718112--=-±=-=或y y y
3. ★★一台长复励直流发电机11=N P kW ，V U N 230=，min /1450r n N =，42=p ，换
向片数K=93，元件匝数3
1
3=y N ，单波绕组，电枢外径m D a 195.0=，额定励磁电流A I fN 956.0=，电机磁路有一定的饱和程度。
(1) 改善换向，电刷前移0
9机械角。试求直轴与交轴电枢反应磁势ad F 和aq F 。
（2）电刷顺电枢旋转方向移动时，ad F 和aq F 各起什么作用。
解 额定电流 A A U P I N N N 83.47230
10113
=?== 额定电枢电流
A A I I I fN N aN 79.48)956.083.47(=+=+=
支路电流
A A a I i aN a 40.242
79.482===
极距
m m p D a 153.04195.02=?==
ππτ
元件数 93==K S
总导体数
6203
139322=??==y SN N 电枢线负荷
m A m A D Ni A a a /24694/195
.04.24620=??==
ππ 电刷在电枢表面移过的距离 m m D b a 0153.0195.0360936000
0=??==ππβ
β (1) 交轴电枢反应
极极/1511/)0153.02
153.0(24694)2(A A b A F aq =-?=-=βτ 直轴电枢反应
极极/8.377/0153.024694A A Ab F ad =?==β
（2）电刷顺电枢旋转方向移动了β角，因为是发电机，故ad F 起去磁作用。aq F 使气隙 磁场发生畸变，因为磁路饱和，故aq F 还有去磁作用。
4. 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=?= 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
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=
ΦππE T C C
电磁转矩 m N m N I C T aN T e ?=??=Φ=2.8075.3562643.2
6. ★★一台直流电机，42=p ，S=120，每元件电阻为Ω2.0，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a R 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，422==p a ，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a R 分别为
V V U 3003010=?=
Ω=Ω?=5.14
302.0a R 电枢绕组为单波绕组时，22=a ，每条支路串联的元件数为120/2=60，故有
V V U 6006010=?=
Ω=Ω?=62
602.0a R 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20?
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 m A m A D Ni A a a /6366/42
.08400=?==
ππ 极距 m m A p D a 660.0/242.02=?==
ππτ
电刷移动的弧长 m m D b a 0733.042.03602036000
0=??==ππβ
β
每极交轴电枢磁动势为
)2
(βτ
b A F aq -= 极极/1634/)0733.02
66.0(2.6366A A =-?= 每极直轴电枢磁动势为 极极/6.466/0733.06366A A Ab F ad =?==β
每对极的交、直轴电枢磁动势分别为21634?A/对极=3268A/对极和466.6?2A/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
极极/2533/)6.4663000(A A F F F ad f ≈-=-=
每对极净有磁动势为2533?2A/对极=5066A/对极。
由于磁路不饱和，因此F ∝Φ，故合成磁通为
Wb Wb 253.03.03000
2533=?=Φ 8. 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
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与电流就是。 答:交流的。 2.一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(假设磁路不饱与)。T em=C T0、8φIa 答:1、25倍。 3.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。 4.直流发电机的电磁转矩就是转矩,直流电动机的电磁转矩就是转矩。 答:制动,驱动。 5.直流电动机电刷放置的原则就是: 。 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。 6.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。 7.电磁功率与输入功率之差对于直流电动机包括损耗。 答:绕组铜损耗。 I;当负载增加 8.串励直流电动机在负载较小时, a I;负载增加时,n下降的程度比并励电动机要。 时,T e, a 答:小,增加,增加,严重。 9.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。 10.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。 11.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: 12.直流电机单叠绕组的并联支路数为 答:2p。 13.直流发电机,电刷顺电枢旋转方向移动一角度,直轴电枢反应就是;若为电动机,则直轴电枢反应就是。 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℅,
第二章直流电机 内容提要 一、直流电机的工作原理 1、皮—萨电磁定律 f=其方向用左手定则确定。 Bil 2、直流电机电枢绕组内电流是交变的，直流电机具有可逆性。 二、直流电机的绕组 1、绕组的基本形式：单迭绕组和单波绕组。 2、单迭绕组的特点 a=a为支路对数，p为磁极对数。 p 3、单波绕组的特点 = a a为支路对数，即单波绕组的支路对数与磁极对数无关，总等于1。 1 三、直流电机的励磁方式 1、直流电机的励磁方式：分为他励、并励、串励和复励。 2、他励直流电机 他励直流电机是一种励磁绕组与电枢绕组无联结关系，而由其它直流电源对励磁绕组供电的直流电机，励磁电流与电枢电流无关。 3、串励直流电机 串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联，电机的电枢电流与励磁电流相等。 4、并励直流电机 并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联，励磁绕组上所加的电压就是电枢两端的电压。 5、复励直流电机 复励直流电机的主磁极上装有两个励磁绕组，一个与电枢电路并联(称为并励绕组)，然后再和另一个励磁绕组串联(称为串励绕组)。也可以一个励磁绕组与电枢绕组串联后，再和另一个励磁绕组并联。 四、直流电机的磁场和电枢反应
1、直流电机的主磁路 分为五段：定子、转子之间的气隙；电枢齿；电枢磁轭；主磁路和定子磁轭。 2、直流电机的空载磁场 空载时，气隙磁场仅由主磁极上的励磁磁动势建立。 电机磁路中磁通数值不大时，磁动势随磁通成正比例地增加；当磁通达到一定数值后，磁动势的增加比磁通增加得快，磁化曲线呈饱和特性。 3、直流电机负载时的磁场及电枢反应 (1)负载时气隙磁场发生了畸变；(2)呈去磁作用； 五、并励直流电动机的基本方程 感应电动势 n C E e a ?= 电磁转矩 a T em I C T ?= 转矩方程 02T T T em += 电动势平衡方程 a a a R I E U += 功率平衡方程 N N N N I U P η= n T T I E p em em a a em 60 2π = Ω== N Fe c m ec Cuf Cua P p p p p p P +++++=1 六、直流电动机的工作特性 1、并励直流电动机的工作特性 (1)转速特性 当fN f N I I U U ==,时，()a I f n =的关系曲线。 a e a e I C R C U n ? ?-= ? e N C U n = 0，0n 为理想空载转速。 电动机的转速特性曲线是一根斜率为 ? e a C R 的直线。 (2)转矩特性 当fN f N I I U U ==,时，()a em I f T =的曲线。
第一章 , 第二章 磁路 电机学 1-1 磁路的磁阻如何计算磁阻的单位是什么 答：磁路的磁阻与磁路的几何形状（长度、面积）和材料的 1-2 铁心中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的，它们各与哪 些因素有关 答：磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，被反复交变磁化， 磁畴间相互摩擦引起的损耗。经验公式V fB C p n m h h =。与铁磁材料的磁滞损耗系数、磁场交变的频率、铁心的体积及磁化强度有关； 涡流损耗：交变的磁场产生交变的电场，在铁心中形成环流 （涡流），通过电阻产生的损耗。经验公式G B f C p m Fe h 2 3.1≈。与材料的铁心损耗系数、频率、磁通及铁心重量有关。 1-3 图示铁心线圈，已知线圈的匝数N=1000，铁心厚度为（铁 心由的DR320硅钢片叠成）， 叠片系数（即截面中铁的面积与总面积之比）为，不计漏磁，试计算：(1) 中间心柱的磁通为4 105.7-?Wb ，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流； (2) 考虑铁心磁位降时，产生同样的磁通量时所需的励磁电流。 , 解： 磁路左右对称∴可以从中间轴线分开，只考虑右半磁
路的情况: 铁心、气隙截面2422109.293.01025.1025.0m m A A --?=???==δ (考虑边缘效应时，通长在气隙截面边长上加一个气隙的长度；气隙截面可以不乘系数) 气隙长度m l 41052-?==δδ 铁 心长度 铁心、气隙中的磁感应强度 (1) 不计铁心中的磁位降： （ 磁势A A l H F F I 500105100.146=???=?==-δδδ (2) 考虑铁心中的磁位降： 铁心磁位降A A l H F Fe 15.871045.127002=??=?=- 1-4 图示铁心线圈，线圈A 为100匝，通入电流，线圈B 为50 匝，通入电流1A ，铁心截面积均匀，求PQ 两点间的磁位降。 解：由题意可知，材料的磁阻与长度成正比，设PQ 段的磁阻
第1章 导论 1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。 特点：导磁率高。 电路：紫铜线。 特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。 1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？ 解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦， 消耗能量，产生功率损耗。 与磁场交变频率f ，磁通密度B ，材料，体积，厚度有关。 涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生 叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。 与 磁场交变频率f ，磁通密度，材料，体积，厚度有关。 1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 4.44m E fN φ=。 运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的e T 与磁密B ，运动速度v ，导体长度l ，匝数N 有关。 1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个 绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？ 解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。d L e d t L ψ =- 对空心线圈：L Li ψ= 所以di e L L dt =- 自感：2L L N N m m i i i L Ni N φψ= = = ∧=∧ A m l μ∧= 所以，L 的大小与匝数平方、磁导率μ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。 闭合铁心μ>>μ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。因为μ0是常数，所以木 质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。 1.7 在图1.30中，若一次绕组外加正弦电压u 1、绕组电阻R 1、电流i 1时，问 （1）绕组内为什么会感应出电动势？ （2）标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向； （3）写出一次侧电压平衡方程式； （4）当电流i 1增加或减小时，分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。 解：(1) ∵u 1为正弦电压，∴电流i 1也随时间变化，由i 1产生的磁通随时间变化，由电磁感 应定律知d dt e N Φ=-产生感应电动势. (2) 磁通方向：右手螺旋定则，全电流定律1e 方向：阻止线圈中磁链的变化，符合右手螺 旋定则：四指指向电势方向，拇指为磁通方向。
第二章 变压器 一、填空： 1. ★★一台单相变压器额定电压为380V/220V ，额定频率为50HZ ，如果误将低压侧接到 380V 上，则此时m Φ ,0I ,m Z ,Fe p 。（增加，减少或不变） 答：m Φ增大，0I 增大，m Z 减小，Fe p 增大。 2. ★一台额定频率为50Hz 的电力变压器接于60Hz ，电压为此变压器的6/5倍额定电压的电 网上运行，此时变压器磁路饱和程度 ，励磁电流 ，励磁电抗 ，漏电抗 。 答：饱和程度不变，励磁电流不变，励磁电抗增大，漏电抗增大。 3. 三相变压器理想并联运行的条件是（1） ， （2） ，（3） 。 答：（1）空载时并联的变压器之间无环流；（2）负载时能按照各台变压器的容量合理地分担负载；（3）负载时各变压器分担的电流应为同相。 4. ★如将变压器误接到等电压的直流电源上时，由于E= ， U= ，空载电流将 ，空载损耗将 。 答：E 近似等于U ，U 等于IR ，空载电流很大，空载损耗很大。 5. ★变压器空载运行时功率因数很低，其原因为 。 答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。 6. ★一台变压器，原设计的频率为50Hz ，现将它接到60Hz 的电网上运行，额定电压不 变，励磁电流将 ，铁耗将 。 答：减小，减小。 7. 变压器的副端是通过 对原端进行作用的。 答：磁动势平衡和电磁感应作用。 8. 引起变压器电压变化率变化的原因是 。 答：负载电流的变化。 9. ★如将额定电压为220/110V 的变压器的低压边误接到220V 电压，则激磁电流 将 ，变压器将 。 答：增大很多倍，烧毁。 10. 联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为 。 答：若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。 11. ★★三相变压器组不宜采用Y,y 联接组，主要是为了避免 。 答：电压波形畸变。 12. 变压器副边的额定电压指 。 答：原边为额定电压时副边的空载电压。 13. ★★为使电压波形不发生畸变，三相变压器应使一侧绕组 。 答：采用d 接。 14. 通过 和 实验可求取变压器的参数。 答：空载和短路。
第二章 直流电机 2．1 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。 2．2 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。 2．3 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 2．4 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 2．5 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。 2．6 何谓主磁通？何谓漏磁通？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，δΦ与饱和系数有关。 2．7 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：0 0()f F Φ= 0Φ-主磁通，0F 励磁磁动势 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0Φ，如交于“膝点”，则磁路饱和，浪费磁势，即使有较大的0F ，若磁通0Φ基本不变了，而我的需要是 0Φ（根据E 和m T 公 式）选在膝点附近好处：①材料利用较充分②可调性好③稳定性较好。 电机额定点选在不饱和段有两个缺点：①材料利用不充分②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：①励磁功率大增②磁场调节困难③电枢反应敏感 2．8 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。 2．9 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？ ①电枢上几何中性线：相临两点极间的中性线 ②换向器上几何中性线：电动势为零的元件所接两换向片间的中心线 ③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。 ④实际电机中。 2．10 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1k y = 单波：相临两串联元件对应边的距离约为2τ 形成波浪型 节距上：12i Z P y ε = ± 1y =±（单叠）1 1 i Z k P p y ±±== k y y = 21y y y =- 并联支路数 2a=2p(单叠) 2a=z(单波)
《电机学》 课后习题答案 华中科技大学辜承林主编
第1章 导论 1.1 电机和变压器的磁路常采用什么材料制成？这些材料各有哪些主要特性？ 解：磁路：硅钢片。 特点：导磁率高。 电路：紫铜线。 特点：导电性能好，电阻损耗小. 电机：热轧硅钢片， 永磁材料 铁氧体 稀土钴 钕铁硼 变压器：冷轧硅钢片。 1.2 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它们的大小与哪些因素有关？ 解：磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化，磁畴会不停转动，相互间产生摩擦， 消耗能量，产生功率损耗。 与磁场交变频率f ，磁通密度B ，材料，体积，厚度有关。 涡流损耗：由电磁感应定律，硅钢片中有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生 叫涡流，涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗叫涡流损耗。 与 磁场交变频率f ，磁通密度，材料，体积，厚度有关。 1.3 变压器电动势、运动电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 解：变压器电势：磁通随时间变化而在线圈中产生的感应电动势 4.44m E fN φ=。 运动电势：线圈与磁场间的相对运动而产生的e T 与磁密B ，运动速度v ，导体长度l ，匝数N 有关。 1.6自感系数的大小与哪些因素有关？有两个匝数相等的线圈，一个绕在闭合铁心上，一个 绕在木质材料上，哪一个自感系数大？哪一个自感系数是常数？哪一个自感系数是变数，随什么原因变化？ 解：自感电势：由于电流本身随时间变化而在线圈内感应的电势叫自感电势。d L e d t L ψ =- 对空心线圈：L Li ψ= 所以di e L L dt =- 自感：2L L N N m m i i i L Ni N φψ= = = ∧=∧ A m l μ∧= 所以，L 的大小与匝数平方、磁导率μ、磁路截面积A 、磁路平均长度l 有关。 闭合铁心μ>>μ0，所以闭合铁心的自感系数远大于木质材料。因为μ0是常数，所以木 质材料的自感系数是常数，铁心材料的自感系数是随磁通密度而变化。 1.7 在图1.30中，若一次绕组外加正弦电压u 1、绕组电阻R 1、电流i 1时，问 （1）绕组内为什么会感应出电动势？ （2）标出磁通、一次绕组的自感电动势、二次绕组的互感电动势的正方向； （3）写出一次侧电压平衡方程式； （4）当电流i 1增加或减小时，分别标出两侧绕组的感应电动势的实际方向。 解：(1) ∵u 1为正弦电压，∴电流i 1也随时间变化，由i 1产生的磁通随时间变化，由电磁感 应定律知d dt e N Φ=-产生感应电动势. (2) 磁通方向：右手螺旋定则，全电流定律1e 方向：阻止线圈中磁链的变化，符合右手螺 旋定则：四指指向电势方向，拇指为磁通方向。
第二章直流电机 2.1直流电机的基本工作原理及结构 授课班级：06金盘电器授课时数：6课时授课方法：举例、实物演绎讲授教具：实物、幻灯片课件授课教师：邓小军审批签字： 教学目的：了解直流电机的主要构成及分类和工作原理。 一、基本工作原理 （一）直流电机的构成 （1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置； （2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴 （3）气隙 **注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。 1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机； （1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势 （2）特点：e=BLV； a、电枢绕组中电动势是交流电动势 b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势 c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向） 2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机； （1）原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来 （2）特点：f=BiL a、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈 b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩 的方向不变。 c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n 同向） **说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。 3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成 （二）直流电机的基本结构 1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）
a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成 b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制 2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚 3、电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽） 4、电枢绕组——电路。电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路） 5、换向器——换向片间相互绝缘（用云母或塑料） 6、电刷装置 a、电刷——石墨或金属石墨 b、刷握、刷杆、连线（铜丝辨） 7、换向极——改善换向，由铁心、绕组构成（放置于主极之间或绕组与电 枢绕组串联） （三）励磁方式 1.定义：主磁极的激磁绕组所取得直流电源的方式； 2.分类：以直流发电机为例 分为：他励式和自励式（包括并励式、串励式和复励式）
第二章习题
第二章直流电动机的电力拖动 思考题与习题 2.1 什么是电力拖动系统？举例说明电力拖动系统都由哪些部分组成。 2.2 写出电力拖动系统的运动方程式，并说明该方程式中转矩正、负号的方 法。 2.3 怎样判断运动系统是处于动态还是处于稳态？ 2.4 生产机械的负载转矩特性常见的有哪几类？何谓反抗性负载,何谓位能性 负载? 2.5 电动机理想空载转速与实际空载转速有何区别？ 2.6 什么是固有机械特性？什么是人为机械特性？他励直流电动机的固有特性 和各种人为特性各有何特点？ 2.7 什么是机械特性上的额定工作点？什么是额定转速降？ 2.8 电力拖动系统稳定运行的条件是什么？一般来说，若电动机的机械特性是 向下倾斜的，则系统便能稳定运行？这是为什么？ 2.9 在下列的图中，哪些系统是稳定的？哪些系统是不稳定的？
2.10 他励直流电动机稳定运行时，其电枢电流与哪些因素有关？如果负载 转矩不变，改变电枢回路电阻，或改变电源电压，或改变励磁电流， 对电枢电流有何影响？ 2.11 直流电动机为什么不能直接起动？如果直接起动会引起什么后果？ 2.12 怎样实现他励直流电动机的能耗制动？试说明在反抗性恒转矩负载下， 能耗制动过程中的n、E a、I a、及T em的变化情况。 2.13 采用能耗制动和电压反接制动进行系统停车时，为什么要在电枢回路中 串入制动电阻？哪一种情况下串入的电阻大？为什么？ 2.14 实现倒拉反转反接制动和回馈制动的条件各是什么？ 2.15 当提升机下放重物时：（1）要使他励电动机在低于理想空载转速下运 行，应采用什么制动方法？（2）若在高于理想空载转速下运行，又应 采用什么制动方法？ 2.16 试说明电动状态、能耗制动状态、回馈制动状态及反接制动状态下的能 量关系。 2.17 直流电动机有哪几种调速方法，各有什么特点？ 2.18 什么是静差率？它与哪些因素有关？为什么低速时的静差率较大？ 2.19 何谓恒转矩调速方式及恒功率调速方式？他励直流电动机的三种调速方 法各属于什么调速方式？ 2.20 为什么要考虑调速方式与负载类型的配合？怎样配合才合理？ 2.21 串励电动机为什么不能实现回馈制动？怎样实现能耗制动和反接制 怎样改变他励、并励、串励及复励电动机的转向？ 2.23 串励电动机为何不能空载运行？