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 /1 =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=
直流电机设计程序 3.1 主要指标 1. 额定电压 2. 额定功率 3. 额定转速 4. 额定效率 3.2 主要尺寸的确定 5. 结构型式的选择 6. 永磁材料的选择 选用烧结钕铁硼 7. 极弧系数 8. 电负荷 9. 长径比 10. 计算功率 11. 电枢直径 12. 极数 p=4 13. 极距 14. 电枢长度 cm D L a a 5.10157.0=?==λW P p N N N 76678.0378.021321'=??+=+=ηηcm D cm n B A p D a N i a 151.157.06006.0906.0766101.6'''101.63333==??????=??=取 λαδcm p D 89.54 21514.32=??==πτ
15. 气隙 δ=0.06cm 16. 电枢计算长度 3.3 绕组设计 17. 绕组形式 选用单叠绕组 18. 绕组并联支路对数 a=p=4 19. 槽数 20. 槽距 21. 预计气隙磁通 22. 电枢电动势 23. 预计导体总数 24. 每槽导体数 25. 每槽元件匝数 式中 每槽元件数 u=2 26. 实际每槽导体数 cm L L a ef 62.1006.025.102=?+=+=δ45 1533=?==a D Q cm Q D t a 05.145 1514.32=?==πwb B L ef i 34 4 1025.2106.062.1089.56.010''-?=????=?=ΦδταδV U E N N a 48.203 78 .021321=?+=+=η910 600 1025.2448 .20460'60'3=?????=Φ= -N a n p aE N δ2 .2045 910''===Q N N s 5 05.52 22.202''==?== s s W u N W 取20 5222=??==s s uW N
一．选择题（1-10单选，每题1分，11-15多选，每题2分，共计20分） 1）某p对极直流电机电枢绕组为单叠绕组，则电枢绕组的并联支路对数a为（） A.a＝2p B.a＝p C.a＝电刷个数 D.a=1 2）他励直流电动机处于稳定运行状态，如果负载转矩不变，降低电枢电压达到稳态时电枢电流会 A．增大 B.减小 C.不变 D.先增大后减小 3）对于直流电机而言，电枢绕组导体中流过的电流是（） A.直流电流 B.正弦交流电流 C.周期性的交流电流 D.不能确定 4）他励直流电动机在运行时，若空载情况下增加励磁回路的电阻电动机的转速变化规律为A.升高 B.降低 C.不变 D.不能确定 5）带反抗性负载的直流电动机能耗制动过程中，有关电枢反电动势E a的变化规律下列描述正确的是 A. E a方向变化 B. E a方向不变 C. E a大小不变 D. E a方向不确定 6）某一电力拖动系统带反抗性负载能耗制动过程中系统处于（） A.减速状态 B.加速状态 C.稳定运行状态. D.不能确定运行状态 7）他励直流电动机在运行时，若轻载情况下突然增加励磁回路的电阻瞬间电枢电流将（） A. 升高 B.降低 C.不变 D.不能确定 8）他励直流电动机处于稳定运行状态，如果负载转矩不变，电枢回路串电阻达到稳态时电 枢电流将（） A．增大 B. 减小 C.不变 D.先增大后减小 9）一台他励直流发电机保持励磁电流不变而将其转速提高20％，下面描述正确的是（） A.空载电压升高20％ B.输出电流升高20％ C.输出功率升高20％ D.电磁转矩升高20％10）下面有关直流电动机的运行方法不正确的是（） A.起动直流电动机必须先加电枢电压后加励磁电压。 B.起动直流电动机必须先加励磁电压后加电枢电压。 C.直流电动机停车时必须先停电枢电压后停励磁电压。 D.直流电动机在运行过程中不能失磁。 多项选择题 11）关于电动机调速系统的静差率，下面描述错误的是 A.静差率是指在一定转速下，负载由空载到额定负载变化时，空载转速与额定转速之差与 理想空载转速的相对值； B.静差率与调速系统的机械特性无关； C.静差率与系统工作速度有关，工作速度越低，静差率越大； D.调速系统的机械特性越硬，静差率越大。 12）根据生产机械的负载转矩随转速变化的负载特性，生产机械的负载类型有 A.恒转矩负载 B.恒功率负载 C.风机、泵类负载 D.长期运行负载 13）当直流电动机吊放重物时，电枢回路串联电阻逐渐增大，电动机的速度下降，电动机堵 转时电枢回路所串的电阻为Rcr，当所串电阻继续增大R＞Rcr，下列对于此时电动机的状态和操作的描述中，正确的是Array A.转速反向 B.这时应立即断开电动机的电源，使电动机停车，避免发生事故。 C.这种状态为转速反向的反接制动状态。 D.在R＞Rcr的区域内，R值越大，重物的下降速度越高。 14）某它励直流电动机的机械特性曲线如下图所示，下列说法正确的 是( ) A.电机在B点处于减速运行状态。
直流电机的拖动及应用 摘要：近年来，随着电子技术和控制理论的不断发展，相续出现了顺序控制，可编程无触点断续控制，采样控制等多种控制方式。而我的这篇论文则介绍的就是电力拖动在我们生活中和一般工作生产中常用的一些线路控制，它主要利用电动机拖动生产机械的工作机构，使之运转。由于电力在生产，传输，分配，使用和控制方面的优越性，使得电力拖动具有方便，经济，效率高，调节性能好，易于实现生产过程自动化等优点，所以电力控制系统获得了广泛的应用。目前在日常生活中使用的电风扇，洗衣机等家用电器，再生产中大量使用的各种各样的生产机械，如车床，钻床，造纸机，轧钢机等，都采用的是电力拖动。 关键词：直流他励电动机、主要结构、基本工作原理、运行特性、基本参数、应用前景 第一章电机拖动的原理 1.1电力拖动是指电动机拖动生产机械的工作机构 控制设备是用来控制电动机的运转，有各种控制电动机，电器，自动化元件及工业控制计算机组成。 电动机是生产机械的原动机，将电能转化成机械能，分为交流电动机和直流电动机。 传动机构是在电动机和工作机构之间传送动力的机构。如速箱，联轴器，传动器等。 按电动机拖动系统中电动机的组合数量分，电力拖动的发展过程经历了成组拖动，单电动机拖动和多电动机拖动三个阶段。 1.1.1电力拖动的控制方式 可分为断续控制系统和连续控制系统两种。在电力拖动发展的不同阶段两种拖动方式占有不同的地位，且呈现交替发展的趋势。 随着电力拖动的出现。最早产生的是手动控制电器控制电动机运转的手动断
续控制方式。随后逐步发展为有继电器，接触器和主令电器等组成的继电接触式有触点断续控制方式。这种控制系统结构简单，工作稳定，成本低，维护方便，不仅可以方便地实现生产过程自动化，而且可实现集中控制和远距离控制，所以目前生产机械仍广泛使用。但这种控制仅有通和断，这两种状态，其控制是断续的，即只能控制信号的有无，而不能连续控制信号的变化。为了适应控制信号连续变化的场合，又出现了直流电动机连续控制。这种控制方式可充分利用直流电动机调速性能好的优点，得到高精度，宽度范围的平滑调速系统。 第二章电机拖动的发展 近年来，随着电子技术和控制理论的不断发展，相续出现了顺序控制，可编程无触点断续控制，采样控制等多种控制方式。在电动机调速方面，已形成了电子功率器件与自动控制相结合的领域。不但晶闸管-直流电动机调速系统得到了广泛应用，而且交流变频调速技术发展迅速，在许多领域交流电动机变频调速系统有取代晶闸管-直流电动机调速系统的趋势。 三相交流电动机从发明以来，经历了100多年的历程，在这漫长的岁月里，它为奠定与发展这项经典的传动技术树立了丰碑，。又由于其具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉，而广泛作用于电力拖动生产机械的动力，在机械、化工、纺织和石化等行业有大量的应用。然而，电动机的起动特性却一直举步维艰。这是因为电动机在恒压下直接起动，其起动电流约为额定电流的4-7倍，其转速要在很短时间内从零升至额定转速，会在起动过程中产生冲击，很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压降低，影响到电网内其它设备的正常运行。同时由于电压降低，电动机本身起动也难以完成，造成电机堵转，严重时，可能烧坏电动机。因而如何减少异步电动机起动瞬间的大电流的冲击，是电动机运行中的首要问题。为此必须设法改善电动机的起动方法，使达到电动机的平滑无冲击的起动，于是各种限流起动方法也就应运而生。 对于鼠笼式异步电机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线式异步电机则采用转子回路串电抗器起动。定子边串电抗器起动，即增加定子边电抗值，可理解为降低定子实际所加电压，其目的是减少起动电流。此起动方式属降压起动，缺点是起动转矩随定子电压的降低而成平方关系下降，外串电阻中有较大的功率损
无刷直流永磁电动机设计实例 .主要技术指标 1. 额定功率：P N=30W 2. 额定电压：U N =48V，直流 3. 额定电流：l N：：：1A 3. 额定转速：n N =10000r/min 4. 工作状态：短期运行 5. 设计方式：按方波设计 6. 外形尺寸：0.036 0.065m ?主要尺寸的确定 1. 预取效率—-0.63、 2. 计算功率p 直流电动机P' - =0.85 30-40.48W ,按陈世坤书 n N 0.63 长期运行P u丄丄P N 3叩 短期运行P -?丄P N 4们 3. 预取线负荷A =11000A/m 4?预取气隙磁感应强度B§=0.55T 5. 预取计算极弧系数:-=0.8 6. 预取长径比（L/D）入’=2
7 ?计算电枢内径 根据计算电枢内径取电枢内径值 。衬=1.4 10 ° m 8. 气隙长度：=0.7 10 "m 9. 电枢外径 D j =2.95 10，m 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 L 、，D i1=2 1.4 10^ =2.8 10^m 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长 L= 2.8 10^m 2 ■ Di1 3.14 1.4 10 T = ---------------------------------- = 2p 2 13.输入永磁体轴向长Lm =L =2.8 10，m ?定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 3 "「 4 10 J .733 10% 3. 槽形选择 梯形口扇形槽, 见下 图。 4. 预估齿宽：b t = d 』 733 汩 °. 55 7294 10讣,B t 可由 1.43 0.96 BZ 5. 设计者经验得 1.43T , b t 由工艺取 0.295 10'm 预估轭高：h j1 礙 22 0.8 O. 55 = O .323 10，m 2IB j1K Fe 2K Fe B j1 2 0.96 1.56 B j1可由设计者经验得1.53T , h j1由工艺取0.325 10'm 根据齿宽和轭高作出下图，得到具体槽形尺寸 6.1P 「 6.1 40.48 ‘■： ?工 i A s B/ n N 3 10.8 11000 0.55 2 10000 = 1.37 10-m 12.极距 __2 = 2.2 10 m 3
永磁直流電機設計 1.電機主要尺寸與功率,轉速的關系: 與異步電機相似,直流電機的功率,轉速之間的關系是: D22*Lg=6.1*108*p’/(αP*A*Bg*Ky*n) (1) D2 電樞直徑(cm) 電机初設計時的主要尺寸 Lg 電樞計算長度(cm) 根據電机功率和實際需要確定 p’計算功率(w) p’=E*Ia=(1+2η)*P N/3η E=Ce*Φ*n*Ky=(P*N/60*a)*Φ2*n*Ky*10-8 Ce 電勢系數 a 支路數在小功率電機中取a=2 p 极數在小功率電機中取p=2 N 電樞總導体數 n 電机額定轉速 Ky 電樞繞組短矩系數小功率永磁電机p=2時,采用單疊繞組Ky=Sin[(y1/τ)*π/2] y1繞組第一節矩 αP 極弧系數一般取αP=0.6~0.75 正弦分布時αP=0.637 Φ每極磁通Φ=αP*τ*Lg*Bg τ極矩(cm) τ=π*D2/P Bg 氣隙磁密(Gs) 又稱磁負荷對鋁鎳Bg=(0.5~0.7) Br 對鐵氧体Bg=(0.7~0.85) Br, Br為剩磁密度 A 電樞線負荷 A=Ia*N/(a*π*D2)Ia電樞額定電流對連續運行的永磁電動机,一般取A=(30~80)A/cm另外電機負荷Δ= Ia/(a*Sd),其中Sd=π*d2/4 d為導線直徑.為了保証發熱因子A*Δ≦1400 (A/cm*A/mm2 )通常以電樞直徑D2和電樞外徑La作為電机主要尺寸,而把電動機的輸出功率和轉睦為電机的主要性能,在主要尺寸和主要性能的基礎上,我們就可以設計電機了. 在(1)式的基礎上經過變換可為:
D22*Lg*n/P’=(6.1*108/π2)*1/(αP*Bg*A)=C A 由上式可以看, C A的值並不取決於電機的容量和轉速,也不直接與電樞直徑和長度有關,它 僅取決於氣隙的平均磁密及電樞線負荷,而Bg和A的變化很小,它近似為常數,通常稱為電機 常數,它的導數K A=1/C A=(p’/n)/(D22* Lg)∞αP*Bg*A 稱為電機利用系數,它是正比於單位電 樞有效体積產生的電磁轉矩的一個比例常數. 2.直流電機定子的確定 2.1磁鋼內徑 根據電機電樞外徑D2確定磁鋼內徑 Dmi=D2+2g+2Hp 其中g為氣隙長度,小功率直流電機g=0.02-0.06cm ,鐵氧體時g可取得大些,鋁鎳鈷磁 鋼電機可取得較小,因鐵氧體H C較大.氣隙對電機的性能有很大的影響,較小的g可以使電樞 反應引起的氣隙磁場畸變加劇,使電機的換向不良加劇,及電機運行不穩定,主極表面損耗和 噪音加劇,以及電樞撓度加大,較大的氣隙,使電機效率下降,溫升提高. 有時電機磁鋼采用極靴,這樣可以起聚磁作用,提高氣隙磁密,還可稠節極靴 形狀以改善空載氣隙磁場波形,負載時交軸電樞反應磁通經極靴閉,合對永磁磁 極的影響較小.但這樣會使磁鋼結構复雜,制造成本增加,漏磁系數較大,外形尺 寸增加,負載時氣隙磁場的畸變較大.而無極靴時永磁體直接面向氣隙,漏磁系數小,能產生較多的磁通,材料利用率高,氣隙磁場畸變,而且結構簡單,便於生產. 其缺點是容易引起不可逆退磁現象. Hp 極靴高(cm) 無極靴結構時Hp=0 2.2磁鋼外徑 Dm0=Dmi+2Hm (瓦片形結構) Hm 永磁體磁路長度,它的尺寸應從滿足(1)有足夠的氣隙磁密(產生不可逆退磁),(2)在要求的任何情運行狀態下會形成永久性退磁等方面來確定,一般Hm=(5~15)g Hm越大,則氣隙磁密也越大,否則,則氣隙磁密也越小. 2.3磁鋼截面積Sm 對于鐵氧體由于Br小,則Sm取較大值,而對于鋁鎳鈷來說, Br較大,則Sm取小值. 環形鐵氧體磁鋼截面積: Sm=αP*π*(Dmi+Hm)Lg/P (cm)
第1章 电磁学基础知识 1.1 简答题 1. 用电磁感应定律求感应电动势时，公式dt di L e ?-=、dt d e ψ-=、dt d N e Φ?-=，以及Blv e =中，哪个公式是最普遍的形式？其它公式必须在什么条件下适用？ 答：式dt d e ψ-=是感应电动势的普遍形式。其负号表示感应电动势的正方向与磁链的正方向符合右手螺旋关系，如果两者不符合右手螺旋关系，则应取正号。 2. 如果感应电动势的正方向与磁通的正方向之间不符合右手螺旋关系，则电磁感应定律应改写成dt d e ψ=或dt d N e Φ?=，试说明其原因。 3. 有两个线圈匝数相同，一个绕在闭合铁芯上，另一个是空芯的，两个线圈通入频率相同的交变电流，如果它们的自感电动势相等，试问哪个线圈的电流大？为什么？ 答：空芯的线圈电流大。因为两者频率相等，产生同样的e ，意味着产生同样的φ，根据N ?I=φ?Rm ，由于铁芯的磁导率大得多，即磁阻小得多，故空芯情况下的（N ?I ）空芯>>（N ?I ）铁芯，所以I 空芯>>I 铁芯。 4. 若磁路上有几个磁动势同时作用，磁路计算时能否使用叠加原理？为什么？ 5. 在一个恒定的磁场中，铁芯中是否存在磁滞损耗和涡流损耗？为什么？
6. 在交变磁场中，铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗是怎样产生的？它们与哪些因素有关？ 7. 什么是铁磁材料的基本磁化曲线？基本磁化曲线与起始磁化曲线有何不同？ 8. 铁磁材料是如何分类的？各有什么特点？ 1.2 分析题 1. 变压器原理图如图所示，试回答： （1）当线圈N1施加正弦电压U1时，为什么在线圈N1及N2中都会感应出电动势？ （2）当电流I s增加时，标出这时N1及N2中感应电动势的实际方向。 答： （1）当线圈N1流过电流i1时，会在铁芯内建立磁通Ф，i1与Ф正方向符合右手螺旋关系，由于磁通Ф同时交链线圈N1和N2，所以当i1交变时，N1与N2
小型永磁直流电机设计（部分） Ap1008331谢志恒 1.电机主要尺寸与功率,转速的关系: 与异步电机相似,直流电机的功率,转速之间的关系是: D22*Lg=6.1*108*p’/(αP*A*Bg*Ky*n) (1) D2 电枢直径(cm) 电机初设计时的主要尺寸 Lg 电枢计算长度(cm) 根据电机功率和实际需要确定 p’计算功率(w) p’=E*Ia=(1+2η)*P N/3η E=Ce*Φ*n*Ky=(P*N/60*a)*Φ2*n*Ky*10-8 Ce 电势系数 a 支路数在小功率电机中取a=2 p 极数在小功率电机中取p=2 N 电枢总导体数 n 电机额定转速 Ky 电枢绕组短矩系数小功率永磁电机p=2时,采用单叠绕组Ky=Sin[(y1/τ)*π/2] y1绕组第一节矩 P 极弧系数一般取αP=0.6~0.75 正弦分布時αP=0.637 Φ每极磁通Φ=αP*τ*Lg*Bg τ极矩(cm) τ=π*D2/P Bg气隙磁密(Gs) 又称磁负荷，对铝镍Bg=(0.5~0.7) Br，对铁氧体Bg=(0.7~0.85) Br, Br为剩磁密度 A 电枢线负荷A=Ia*N/(a*π*D2)Ia电枢额定电流对连续运行的永磁电动机,一般取A=(30~80)A/cm另外电机负荷Δ= Ia/(a*Sd),其中Sd=π*d2/4，d为导线直径。为了保证发热因子A*Δ≦1400 (A/cm*A/mm2 )通常以电枢直径D2和电枢外径La作为电机主要尺寸,而把电动机的输出功率和转速为电机的主要性能,在主要尺寸和主要性能的基础上,我们就可以设计电机了。
在(1)式的基础上经过变换可为: D22*Lg*n/P’=(6.1*108/π2)*1/(αP*Bg*A)=C A 由上式可以看, CA的值并不取决於电机的容量和转速,也不直接与电枢直径和长度有关,它仅取决於气隙的平均磁密及电枢线负荷,而Bg和A的变化很小,它近似为常数,通常称为电机常数,它的导数K A=1/C A=(p’/n)/(D22* Lg)∞αP*Bg*A称为电机利用系数,它是正比於单位电枢有效体积产生的电磁转矩的一个比例常数。 2.磁钢的选择: 2.1磁钢的材质 在永磁直流电机中,磁钢相当于串激电中的定子线圈中,它在定子铁壳中产生磁场,它和其它电机一样,是利用电磁感应原理在磁场媒质中进行能量转换的,磁场在能量转换过程中起媒介作用,在永磁直流电机中产生磁场的磁源是充过磁的永磁体,也叫磁钢，充过磁的磁石性能对电机的性能有很大的影响。 在现代电机制造中,磁钢的材料有下列几种:铁氧体.铝镍鈷合金,稀士合金,釹铁硼等.由于各种材料自身特点和本公司的实际,一般选用铁氧体作为永磁材料。 2.2永磁材料的磁性能 磁钢的退磁曲线如下: 永磁材料的磁性能可以用磁滞回线来反映和描述.即用B=f(H)曲线来反映永磁体的磁感应强度随磁场强度来降改变的特性,该回线包含的面积随最大充磁磁场强度HMAX增大而增大,当HMAX达到HS时回线面积渐近地达到一个最大值,而且这时磁性能也较稳定,面积最大的回线被称为磁滞回线. 磁滞回线在第二象限的部分称为退磁曲线,它是永磁材料的基本特性曲线,退磁曲线中磁感应强度Bm 为正值而磁场强度Hm为负值,在退磁曲线过程中,永磁体相当于一个磁源.退磁
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_____________。 f 6. 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
无刷直流永磁电动机设计实例 一. 主要技术指标 1. 额定功率：W 30P N = 2. 额定电压：V U N 48=，直流 3. 额定电流：A I N 1< 3. 额定转速：m in /10000r n N = 4. 工作状态：短期运行 5. 设计方式：按方波设计 6. 外形尺寸：m 065.0036.0?φ 二． 主要尺寸的确定 1. 预取效率63.0='η、 2. 计算功率i P ' 直流电动机 W P K P N N m i 48.4063 .030 85.0'=?= = η，按陈世坤书。 长期运行 N i P P ?'' += 'ηη321 短期运行 N i P P ?'' += 'η η431 3． 预取线负荷m A A s /11000'= 4． 预取气隙磁感应强度T B 55.0'=δ 5. 预取计算极弧系数8.0=i α 6． 预取长径比（L/D ）λ′=2
7．计算电枢内径 m n B A P D N s i i i 233 11037.110000 255.0110008.048 .401.61.6-?=?????=''''='λαδ 根据计算电枢内径取电枢内径值m D i 21104.1-?= 8. 气隙长度m 3107.0-?=δ 9. 电枢外径m D 211095.2-?= 10. 极对数p=1 11. 计算电枢铁芯长 m D L i 221108.2104.12--?=??='='λ 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长L= m 2108.2-? 12. 极距 m p D i 22 1 102.22 104.114.32--?=??==πτ 13. 输入永磁体轴向长m L L m 2108.2-?== 三．定子结构 1. 齿数 Z=6 2. 齿距 m z D t i 22 1 10733.06 104.114.3--?=??==π 3. 槽形选择 梯形口扇形槽，见下图。 4. 预估齿宽: m K B tB b Fe t t 2210294.096 .043.155 .010733.0--?=???==δ ，t B 可由 设计者经验得1.43T ，t b 由工艺取m 210295.0-? 5. 预估轭高: m B K B a K lB h j Fe i Fe j j 211110323.056 .196.0255 .08.02.222-?=????=≈Φ= δδτ
《电机与拖动基础》课程标准 课程名称：电机与拖动基础 适用专业：电气自动化技术 教学模式：教学做一体化 总学时：56 实践学时：12 第一部分前言 一、课程性质 本课程是由基础课过渡到专业课的技术基础课,其任务是学习几种主要电机的工作原理、基本结构、运行特性,研究用电动机带动生产机械时电动机的起动、调速、制动,以及电动机容量的选择。通过学习使学生获得电机的基本理论知识,了解电力拖动的基础知识和基本原理,掌握一般的实验方法和操作技能,从而能合理的选择和使用电机,满足后续专业课程对该方面知识的需要。本课程是电气专业的一门专业基础课。 先修课：《电路基础》 后续课程：《单片机原理及应用》、《PLC应用技术》。 二、课程设计理念 以就业为导向,以能力培养为主线,依托岗位需求,培养学生的职业能力与职业素质。 教育部《关于全面提高高等职业教育教学质量的诺干意见》（教高[2006]号）精神,要求提高教学质量为核心,注重学生能力的培养和素质的提升,全面改革课程教学的内涵。依据本课程在课程群中的性质、特点和作用,综合我们长期以来的教学经验,对课程进行了设计。遵循以就业为导向；以社会需求为关注点；以能力培养为主线,以“工学结合”的人才培养模式应用到课程教学中。达到知识够用、技能及应用具备的职业能力、专业技能和综合技术应用能力。因此,重新整合教学内容,形成以直流电机、变压器、交流电机三个知识模块。使课程贴近岗位、贴近社会,适应社会需求,真正实现零距离上岗。 三、课程设计思路 以电机拖动及控制系统的生产制造岗位及其在生产设备中维护维修岗位所需的技能及知识为教学内容,序化知识与能力,结合典型“案例”、“项目”组织教学,在实训室,生产现场,以工作过程为导向,采取“教学做”一体化教学模式开展课程教学活动。将学生职业素养与职业道德的培养落实在每一个教学环节中。为了提高课程学习质量、职业素养和职业能力,安排了工学结合的教学环节,让学生在真是岗位上工作,理解相应的职业规范与标准。 第二部分课程目标 一、课程目标 1．认识电机的基本原理,拖动方法. 2．熟悉直流电机,变压器和交流电机的工作原理和特性,熟悉交,直流电机的起动,调速,制动的方法及应用. 3．熟悉控制电机的基本工作原理及其应用. 二、职业能力目标 （一）知识目标 本课程主要讲授变压器、交直流电机的基本工作原理,以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法。 （二）能力目标 （1）掌握常用直流电机、交流异步电机及变压器的基本结构、工作原理及工作特性； （2）掌握电机的基本电磁定律和基本理论,包括电动势、磁通势和转矩的分析计算,稳态运行的电压平衡和磁通势平衡、转矩平衡和能量平衡的规律,电机的基本特性曲线,基本运动方程式,起动和调速方法,电机的各种运行状态,四象限运行,以及各种控制电机的基本特点； （3）掌握电机的基本分析方法,包括方程式、相量图、等效电路、折合算法以及动态过程的分析； （4）掌握电机的基本试验方法和操作技能,正确使用各种测量仪表。会测定交、直流电机的运行参数,掌握电机的各种起动、制动和调速方法。 （三）素质目标 1.培养学生诚实、守信、善于沟通和合作的品质； 2.培养具有较强的质量意识和客户意识； 3.培养学生具有良好的心理素质和克服困难的能力； 4.提高学生的逻辑思维能力和分析问题解决问题的能力,以及能够自主学习新技术、新知识的能力。
电机及拖动试题（二） 一、选择题 1、一台直流发电机由额定运行状态转速下降为原来的50%，而励磁电流和电枢电流保持不变，则( ) A、电枢电势下降50% B、电磁转矩下降50% C、电枢电势和电磁转矩都下降50% D、端电压下降50% 2、一台四极直流电机电枢绕组为单叠绕组，其并联支路数和电枢电流分别为（） A、并联支路数为4，电枢电流等于每条支路电流 B、并联支路数为4，电枢电流等于各支路电流之和 C、并联支路数为2，电枢电流等于每条支路电流 D、并联支路数为2，电枢电流等于各支路电流之和 3、直流电动机在串电阻调速过程中，若负载转矩不变，则( ) A、输入功率不变 B、输出功率不变 C、总损耗功率不变 D、电磁功率不变 4、接在运行线路中，但暂时未使用的电流互感器，其二次侧线圈应( ) A、开路 B、一端接地，另一端不接地 C、两端短路 D、两端短路而且其中一端还要接地 5、三相异步电动机铭牌上标明：“额定电压380/220V，接法丫/△”。当电网电压为380V时，这台三相异步电动机应采用( ) A、△接法 B、丫接法 C、△、丫都可以 D、△、丫都不可以 6、某直流电机它的电枢与二个励磁绕组串联和并联，那么该电机为( )电机 A、他励 B、并励 C、复励 D、串励 7、某台三相变压器，容量是3000千伏安，如原边电压为10千伏，则原边电流约为( )安 A、300 B、86.6 C、173.2 D、60 8、变压器的变比与原、副边的( ) A、电压成反比 B、电流成正比 C、匝数成反比 D、电压成正比 9、如果某三相异步电动机的极数为4级，同步转速为1800转/分，那么三相电
无刷直流永磁电动机设计实例 . 主要技术指标 1. 额定功率： P N 30W 2. 额定电压： U N 48V ，直流 3. 额定电流： I N 1A 3. 额定转速： n N 10000r /min 4. 工作状态：短期运行 5. 设计方式：按方波设计 6. 外形尺寸： 0.036 0.065m ． 主要尺寸的确定 1. 预取效率 0.63 、 2. 计算功率 P i 直流电动机 Pi ' K m P N 0.85 30 40.48W ，按陈世坤书 i N 0.63 12 长期运行 P i 132 P N 13 短期运行 P i 1 3 P N 4 3． 预取线负荷 A s ' 11000 A / m 4． 预取气隙磁感应强度 B ' 0.55T 5. 预取计算极弧系数 i 0.8 6． 预取长径比（ L/D ）λ′=2
7．计算电枢内径 根据计算电枢内径取电枢内径值 D i1 1.4 10 2 m 8. 气隙长度 0.7 10 3 4 m 9. 电枢外径 D 1 2.95 10 2 m 10. 极对数 p=1 11. 计算电枢铁芯长 L D i1 2 1.4 10 2 2.8 10 2 m 根据计算电枢铁芯长取电枢铁芯长 L= 2.8 10 2 m 13. 输入永磁体轴向长 L m L 2.8 10 2 m 定子结构 1. 齿数 Z=6 设计者经验得 1.43T ， b t 由工艺取 0.295 10 2 m 3 槽形选择 梯形口扇形槽，见下图 D i1 3 i A 6s . B 1P i n N 6.1 40.48 0.8 11000 0.55 2 10000 1.37 10 2 m 4. 预估齿宽 : b t tB B t K Fe 0.733 10 2 0.55 1.43 0.96 0.294 10 2m ， B t 可由 12. 极距 D i1 2p 3.14 1.4 10 2 2 2.2 10 2 m 2. 齿距 i1 3.14 1.4 10 2 0.733 10 2m 5. 预 估 轭 高 : h j1 a i B 2lB j1K Fe 2K Fe B j1 2.2 0.8 0.55 0.323 10 2m
永磁直流有刷电动机课程设计 目录 摘要 一、设计背景及其发展状况 二、有刷直流电动机的组成结构和工作原理 1.永磁直流电动机的结构、起动和转动机理 2.永磁有刷直流电动机的反电动势和转矩、转速、调速范围 3.永磁有刷直流电动机的功率和效率 三、永磁有刷直流电动机的设计 1.永磁有刷直流电动机主要尺寸的确定 2.永磁有刷直流电动机的绕组设计 3.永磁有刷直流电动机换向器的设计 四、磁路计算 1.组抗参数 2.损耗参数 3.外特性 4.效率特性 五、个人总结 参考文献
摘要 永磁有刷直流电机是在直流电机的基础上用永磁铁代替原有磁体材料建立的主磁场。直流电动机采用了永磁励磁后，因省去了励磁绕组，降低了励磁损耗，使其具有结构简单、体积小、效率高、用铜量少等优点。本文分析了永磁有刷直流电机的工作原理,研究了永磁有刷直流电机电磁的特点, ,运用解析计算的方法分析出电机的各项参数。为设计永磁有刷直流电动机，我们依据Matlab强大的数据计算能力建立起了永磁有刷直流电机的数学模型并进行了仿真进而对控制系统进行了一定的分析，同时还对比了在不同的参数下电机的工作性能,为电机系统的设计及其工作的稳定性提供了一定的依据。经设计出的200W永磁有刷直流电动机具有简便高效的特点。 关键词永磁直流电机有刷设计电机
一、设计背景及其发展状况 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流在磁场中受机械力的作用，即电流的磁效应。 1821年，英国科学家法拉第总结了载流导体在磁场内受力并发生机械运动的现象，法拉第的试验模型可以认为是现代直流电动机的雏形。 1822年，法国人吕萨克发现电磁铁，，即用电流流过绕在铁芯上的线圈的方法可以产生磁场。在这些发现与发明的基础上，1831年法拉第发现了电磁感应定律，发明了盘式电机。 1831年，法拉第发现了电磁感应定律，并发明了盘式电机。同年，亨利制作了振荡电机。1832年，斯特金发明了换向器，并对亨利的振荡电机进行了改进，制作了世界上第一台能连续旋转运动的电机。 1833年，法国发明家皮克西制成了第一台旋转磁极式直流发电机，主要利用了磁铁和线圈之间的相对运动和一个换向装置，这就是现代直流发电机的雏形。楞次已经证明了电机的可逆原理。 1834年，俄国物理学家雅可比设计并制成了第一台实用的直流电动机。 1838年，雅可比把改进的直流电动机装在一条小船上。 1845年，英国人惠斯通用电磁铁代替天然磁铁矿石，用于制造电机并取得了专利权。1857年，他发明了自励的电励磁发电机，开创了电励磁方式的新纪元。19世纪70年代，爱迪生发明了电灯，开始了商业目的的直流发电机的研制。1871年，凡．麦尔准发明了交流发电机。 1879年，拜依莱（Bailey）首次用电的办法获得了旋转磁场，采用依次变动四个磁极上的励磁电流的方法，如果在四个磁场的中间放一个铜盘，由于感应涡流的作用，铜盘将随着磁场的变动而旋转，这就是最初的感应电动机。 1888年，特斯拉发明了三相异步电机，并申请了专利。 1900年，可靠的卷铁芯式变压器的问世，开创了长距离输电的新纪元。 1967年，钐钴永磁材料的出现，开创了永磁电机的新纪元。由于稀土钴永磁材料价格昂贵，研究重点是航空航天等要求高性能而价格不是主要因素的高科技领域。 1983年，磁性能更高而价格相对较低的钕铁硼永磁材料问世后永磁电机的研究转移到了工业和民用电机上。 进入20世纪90年代，随着永磁材料性能的不断提高和完善，和永磁电机研究开发经验的逐步成熟，永磁电机在日常生活的各个方面获得了越来越广泛的应用。现今，永磁直流电机广泛应用于各种便携式的电子设备或器具中，如录音机、VCD 机、电唱机、电动按摩器及各种玩具，也广泛应用于汽车、摩托车、干手器、电动自行车、蓄电池车、船舶、航空、机械等行业，在一些高精尖产品中也有广泛应用，如录像机、复印机、照相机、手机、精密机床、银行点钞机、捆钞机等。
电机与拖动基础实验报告实验名称: 直流并励电动机实验成员:
一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流并励电动机的调速方法。 二、实验项目 1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。 2、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。 1、工作特性和机械特性 保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。 2、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。 （2）改变励磁电流调速 保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）。 （3）观察能耗制动过程 三、实验方法 1、实验设备 2、屏上挂件排列顺序 D31、D42、D51、D31、D44
3、并励电动机的工作特性和机械特性 1）按图2-6接线。校正直流测功机 MG 按他励发电机连接，在此作为直流电动机M 的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R f1选用D44的1800Ω阻值。R f2 选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R 1用D44的180Ω阻值。R 2选用D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。 图2－6 直流并励电动机接线图 2）将直流并励电动机M 的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电 阻R 1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 3）M 起动正常后，将其电枢串联电阻R 1调至零，调节电枢电源的电压为220V ，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（50mA 或100 mA ），再调节其负载电阻R 2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值： U ＝U N ，I ＝I N ，n ＝n N 。此时M 的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 4）保持U ＝U N ，I f =I fN ，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。 + 电枢电源I S 励磁电源 I R 2
直流电机设计程序 3.1 主要指标 1. 额定电压 2. 额定功率 3. 额定转速 4. 额定效率 3.2 主要尺寸的确定 5. 结构型式的选择 6. 永磁材料的选择 选用烧结钕铁硼 7. 极弧系数 8. 电负荷 9. 长径比 10. 计算功率 11. 电枢直径 12. 极数 p=4 13. 极距 14. 电枢长度 cm D L a a 5.10157.0=?==λW P p N N N 76678.0378.021321'=??+=+=ηηcm D cm n B A p D a N i a 151.157.06006.0906.0766101.6'''101.63333==??????=??=取 λαδcm p D 89.5421514.32=??==πτ
15. 气隙 δ=0.06cm 16. 电枢计算长度 3.3 绕组设计 17. 绕组形式 选用单叠绕组 18. 绕组并联支路对数 a=p=4 19. 槽数 20. 槽距 21. 预计气隙磁通 22. 电枢电动势 23. 预计导体总数 24. 每槽导体数 25. 每槽元件匝数 式中 每槽元件数 u=2 26. 实际每槽导体数 cm L L a ef 62.1006.025.102=?+=+=δ45 1533=?==a D Q cm Q D t a 05.1451514.32=?==πwb B L ef i 34 4 1025.2106.062.1089.56.010''-?=????=?=ΦδταδV U E N N a 48.203 78 .021321=?+=+=η910 600 1025.2448 .20460'60'3=?????=Φ= -N a n p aE N δ2 .2045910''===Q N N s 505.52 22.202''==?== s s W u N W 取20 5222=??==s s uW N
实验一直流电机实验 一、实验目的 1、测取他励直流发电机的空载特性及外特性。 2、用实验方法测取电动机的工作特性及机械特性。 3、提高实验研究能力和观察分析的能力。 二、实验设备 电动机额定数据为：P N=1.1kW，U N=110V，I N=13.3A，n N=1000r/min，电枢内阻R a=1Ω。另一台直流电动机数据为：P N =0.8kW，U N =110V， I N =10A，n N =1000r/min，R a=2.5Ω。 三、实验线路 图1.1直流电动机实验接线图 四、实验内容 （一）直流发电机实验 1. 直流电机起动方法和操作顺序 ①合QS1前，R st放在最大位置上（每次起动都放在最大位置，不能
直接起动），R f放在最小位置上（强磁起动）。 ②合闸顺序：先合励磁回路开关，后合电枢回路开关。 拉闸顺序：先拉开电枢回路开关，后拉开励磁回路开关。 2. 测取他励直流发电机空载特性 1）条件：n=常数 2）方法： ①调节R f2，使I f2从零单调增加，发电机电枢电压U随之增加， 直至U=1.1U N为止，即为上升支，测5~6组数据。 ②调节R f2，使I f2再单方向减小，发电机电枢电压U随之减小， 直到U=U r(剩磁电压)为止，即为下降支，测5~6组数据。上升支和下降支的平均曲线为空载特性。 3）测取：I f2和发电机电枢电压U 3. 测取他励直流发电机外特性 1）条件：n=常数，I f2=常数，带电阻性负载。 2）方法：接负载，从空载点到额定电流点，测4~5组数据。 3）测取：发电机电枢电压U、电枢电流I和转速n 4. 设计验证并励直流发电机自励条件 1）设计电路：参照图1.1设计并励发电机线路图。 2）设计内容：剩磁电压条件的设计验证； 3）设计内容：励磁绕组极性的设计验证； 4）设计及分析内容：如果发电机已满足上述2）、3）条件，但仍没有建立自励电压，分析其原因，并写出处理方法。 （二）直流电动机实验 1. 测取直流电动机的工作特性 1）条件：U=U N，I f1=I f N(U=U N，I a=I ac，n=n N),电枢外串R st全切除。