直流电机的感应电动势与哪些因素有关

直流有刷电机的工作原理直流有刷电机是一种将电能转化为机械能的设备，在很多场合如风力发电机、电动汽车、电动工具等都有广泛的应用。

它的主要工作原理是靠磁场与电流之间的相互作用。

1.电机结构直流有刷电机由转子和定子两部分组成。

转子是旋转部分，由支撑转子轴的轴承、转子芯、换向器、磁轭、磁极等组成。

定子是静止部分，由定子铁芯、定子绕组、前后端盖等组成。

直流有刷电机采用永磁体产生磁场，具体而言，是通过接通定子绕组中的电流产生磁场，使其与永磁体形成磁通，从而实现旋转。

2.工作原理2.1 磁场与电流直流有刷电机中，磁极间存在一个轴向的磁通，称为空气磁通。

在运转时，定子绕组内会注入电流，这些电流会形成一个与空气磁通相互垂直的磁场。

由于电流的方向不同，产生的磁场方向也不同。

当电流流过绕组时，会形成磁场，磁场又会作用于磁极，从而改变磁通分布。

当磁通分布不均匀时，就会使得转子转动，因为电机中都是以磁极为方向的。

2.2 换向器的作用当转子继续转动时，该磁力会使转子绕组进入下一个磁场区域，但定子绕组中的电流方向仍然保持不变，从而导致磁力的极性变化。

为了让磁极的转动能够持续下去，需要交换绕组的电流方向。

这个任务就由变向器承担，变向器旋转一周将绕组中的电流方向反向，实现了磁极的转动。

2.3 感应电动势的产生由于绕组中的电流方向改变，因此会改变磁通的分布。

这种改变磁通的行为对电磁感应的产生十分重要。

当绕组中电流方向改变时，绕组中会产生一个感应电动势。

感应电动势的方向和磁通的方向成反比例关系，但它的大小与磁通的变化速度成正比例关系。

当磁通变化速度越快时，感应电动势的大小越大。

这种感应电动势会使电流在绕组内产生反向的流动，从而磁极继续旋转。

3.结论直流有刷电机主要通过磁场和电流的相互作用，产生电动势并将电能转换为机械能的过程中来实现其工作原理。

它也承担着许多应用的要求，例如高转速、高输出功率、高效率等要求，因此电机的设计不仅要考虑运动轨迹和电气性能，而且还要考虑其应用的实际情况，以达到更好的使用效果。

电机学历年来各部分试题概况电机学历年来各部分试题直流电机部分选择题1.⼀台直流电动机的部分额定数据为：P N=100kW,U N=220V,ηN=80%，其额定电流应为：（安培）A. 455B. 364C. 5682. ⼀台直流发电机的部分额定数据为：P N=110kW，U N=220V，ηN=80%，其额定电流应为：A. 500AB. 625AC. 288.7A3.⼀台直流电机，磁极固定，电刷与电枢同时旋转，电刷两端电压性质为：A.直流B.交流C.不确定4.⼀台他励直流发电机,当原动机转速上升10%时,其感应电动势:A 上升10% ;B 下降10%;C 上升0~~10%5.⼀台他励直流发电机,当励磁电流上升10%时,其感应电动势:A 上升10% ;B 下降10%;C 上升0~10%6. ⼀台直流发电机若励磁电流增⼤10%，其空载电压如何变化：A. 增⼤10%B. 增⼤⼤于10%C. 增⼤⼩于10%7. ⼀台正常运⾏的直流他励发电机，将其转⼦转速提⾼，其主极磁通会：A. 不变B. 提⾼C. 降低8. ⼀台正常运⾏的直流并励发电机，将其转⼦转速提⾼，其主极磁通会：A. 不变C. 降低9. ⼀台并⽹正常运⾏的直流他励发电机，仅将其主极磁通提⾼，其转⼦转速会：A. 不变B. 略微提⾼C. 略微降低10. 他励直流电动机，带恒转矩负载，在不超过额定电压的情况下，调⾼端电压，其转速会：Ａ、减⼩；Ｂ、不变；Ｃ、增⼤。

11. 他励直流电动机，带恒转矩负载，在不超过额定电压的情况下，调低端电压，其电枢电流会：Ａ、减⼩；Ｂ、不变；Ｃ、增⼤。

12. 并励直流电动机，带恒转矩负载，在不超过额定电压的情况下，调低端电压，其电枢电流会：Ａ、减⼩；Ｂ、不变；Ｃ、增⼤。

13. ⼀台他励直流电动机拖动恒负载运⾏,当所加电压上升10%时,稳定后其电枢电流将:A 上升10% ;B 下降10%;C 不变.14. ⼀台他励直流电动机拖动恒负载运⾏,当所加磁通量减少10%时,稳定后其电枢电流将:A 上升10% ;B 下降10%;C 不变.15. ⼀台直流电机,当感应电动势⽐端电压⼤时说明此电机处于:A 发电机状态;B 电动机状态;C 电磁制动状态.16. ⼀台直流电机的电枢电动势⽐端电压要⼩，这台电机是属于：A、电动机；B、发电机；C、难以判断。

第1章教学检测及答案一、填空题1. 直流发电机的工作原理是基于（电磁感应）原理，直流电动机的工作原理是基于（电磁力）定律。

2. 电磁力与转子半径之积即为（电磁转矩）3. 直流电机主磁极的作用是产生恒定、有一定空间分布形状的气隙磁通密度。

主磁极由（主磁极铁心和放置在铁心上的励磁绕组）构成。

4. 主磁极上的线圈是用来产生主磁通的，称为（励磁绕组）。

5. （电刷装置与换向片）一起完成机械整流，把电枢中的交变电流变成电刷上的直流或把外部电路中的直流变换为电枢中的交流。

6. 在电机中每一个线圈称为一个（元件），多个元件有规律地连接起来形成（电枢绕组）。

7. 电刷位于几何中性线上时的电枢反应特点为（电枢反应使气隙磁场发生畸变）和（对主磁场起去磁作用）。

8. 直流电机的感应电动势与（电机结构、每极气隙磁通和电机转速）有关。

9. 制造好的直流电机其电磁转矩仅与（电枢电流和每极气隙磁通成正比）。

10. 他励直流电动机的制动有（能耗制动、反接制动和回馈制动）三种方式。

11.反接制动分为（电压反接制动和倒拉反转反接制动）两种。

二、判断题（对的画√，错的画×）1. 直流发机的电枢线圈内部的感应电动势是交变的。

（√）2. 直流电动机获得反转的方法是改变磁场极性同时改变电源电压的极性使流过导体的电流方向改变。

（×）3. 电磁转矩阻碍发电机旋转，是制动转矩。

原动机必须用足够大的拖动转矩来克服电磁转矩的制动作用，以维持发电机的稳定运行。

此时发电机从原动机吸取机械能，转换成电能向负载输出。

（√）4. 电动机的电枢电动势是一反电动势，它阻碍电流流入电动机。

直流电动机要正常工作，就必须施加直流电源以克服反电动势的阻碍作用，把电流送入电动机。

此时电动机从直流电源吸取电能，转换成机械能输出。

（√）5. 无论发电机还是电动机，由于电磁的相互作用，电枢电动势和电磁转矩是同时存在的, 电动机的电枢电动势是一正向电动势。

（×）6. 换向极用来改善直流电机的换向，电机均应安装换向极。

《直流电机》练习题一、填空题1.直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是，电刷外部电动势和电流是。

2.一台并励直流电动机，如果电源电压和励磁电流If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P1将，电枢电流Ia电动机的效率η将。

，转速n 将，3.一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）。

4.并励直流电动机，当电源反接时，其中Ia的方向，转速方向。

5.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。

6.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Ia增加时，转速n 将，转矩T 将。

7.直流电动机电刷放置的原则是：。

8.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。

9.并励直流电动机改变转向的方法有、。

10.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。

11.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。

12.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。

13.直流电机若想实现机电能量转换，靠电枢磁势的作用。

14.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、选择题1.一台直流发电机，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%2.一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D.改变原动机的转向的同时，改变励磁绕组的接法3.把直流发电机的转速升高20%，他励方式运行空载电压为U01，并励方式空载电压为U02，则。

直流电机的电枢电动势
直流电机的电枢电动势
定义：电枢绕组中的感应电动势。

一、运行时感应电动势始终存在
图1.22 电动机/发电机运行时电枢元件中的电势与电流方向直流电机无论作电动机运行还是作发电机运行，电枢绕组内都感应产生电动势,这个感应电动势是指一条支路的电动势。

二、如何计算感应电动势的
要计算支路电动势，可先求出每个元件电动势的平均值，然后乘上每条支路串联元件数，就可得出支路电动势。

Ce为电动势常数。

上式表明直流电机的感应电动势与电机结构、气隙磁通和电机转速有关。

当电机制造好以后，与电机结构有关的常数Ce不在变化，因此电枢电动势仅与气隙磁通和转速有关，改变转速和磁通均可改变电枢电动势的大小。

电机与拖动基础课后思考题第1章电机中的电磁学基本知识1、电机和变压器的磁路常采用什么材料制成这种材料有哪些主要特性答：磁导率高的铁磁材料；特性：磁导率高。

2、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的他们的大小与哪些因素有关答：磁滞损耗：该损耗是由于铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化的过程中，磁畴之间不停地互相摩擦，消耗能量，引起的损耗。

其大小与材料的磁滞损耗系数，磁场的交变频率f，磁通密度的幅值Bm的n次方，铁芯重量G有关涡流损耗：损耗是由于铁芯的磁通发生改变时，铁芯中产生感应电动势，并引起漩涡电流而引起能量损耗。

其大小与迟滞损耗因素相似，并且与材料涡流损耗系数和叠加的硅钢片厚度有关。

3、变压器电势、切割电势产生的原因各有什么不同其大小与哪些因素有关答：区别：变压器电势是由变化的磁场经过线圈感应产生的(N线圈匝数、φ磁通)切割电势是由于导线以某一速度，其速度分量与磁场正交切割稳定磁场而感应出电动势（B磁感应强度、L导体切割有效长度、v相对切割速度）4、试比较磁路和电路的相似点和不同点。

答：不同点：1磁路存在漏磁，电路中没有这说法2几乎所有介质都能连成磁路，但是电路需要特定的条件才能形成通路（如低电压不能击穿空气）3磁路为闭合回路，方向由N极出发，S极终结4电路不一定为回路，方向总是由高电势流向低电势相似点：两者在回路当中都符合基尔霍夫第一第二定律、欧姆定律。

5、什么是软磁材料什么是硬磁材料答：软磁材料磁能的储存能力低，磁滞回线较窄，且剩磁Br和矫顽力Hc都小；相对的硬磁材料对于磁能的储存能力高，剩磁Br和矫顽力Hc都小。

6、磁路的基本定律有哪些答：磁路欧姆定律、磁路基尔霍夫第一、第二定律7简述铁磁材料的磁化过程答：O→a为磁化曲线a→b→c为磁滞回线8、磁路计算的步骤是什么答：1、先将磁路进行分段2、先建立数学模型3、根据物理定律和模型列出对应的数学表达式4、联立方程求出未知量9、说明交流磁路与直流磁路的异同点答：同：都符合基尔霍夫定律异：交流磁路幅值随时间变化，具有一定频率，经过导体器件会产生磁滞损耗和涡流损耗；直流磁路幅值恒定不变，不会产生磁滞损耗和涡流损耗。

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：00()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。

1. ★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n n C E e Φ∝Φ=，在其它条件不变的情况下，感应电动势E 与磁通Φ和转速n 成正比。

（1）Φ减少10% ，E 亦减少10% ，为20V 。

（2）励磁电流减少10% ，由于磁路饱和，Φ减少不到10% ，E 亦减少不到10% ，因此207V<E<230V 。

（3）n 增加20% ，E 亦增加20% ，为276V 。

（4）Φ减少10% ，n 上升10% ，V V E 228230)1.01)(1.01(=⨯+-=。

2. ★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。

3. ★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。

4. 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。

电机电动势公式
1. 电机感应电动势的基本公式。

- 对于直流电机，感应电动势公式为E = C_evarPhi n。

- 其中E为感应电动势，C_e是电动势常数，它与电机的结构有关（对于已经制造好的电机，C_e是一个定值），varPhi是每极磁通，n是电机的转速。

- 对于交流电机（以同步电机为例），感应电动势的有效值公式为E =
4.44fNk_wvarPhi。

- 这里E是感应电动势有效值，f是电源频率，N是定子绕组每相串联匝数，k_w是绕组系数（它考虑了电机绕组分布和短距对感应电动势的影响），varPhi 是每极磁通。

- 对于异步电机，感应电动势公式与同步电机类似，
E_1=4.44f_1N_1k_w1varPhi_m。

- 其中E_1是定子绕组感应电动势，f_1是定子电源频率，N_1是定子绕组每相串联匝数，k_w1是定子绕组系数，varPhi_m是气隙主磁通幅值。

《航空电机技术》习题--第一篇直流电机一、选择题1.磁性材料的相对磁导率（ C ）。

A.<1B.>1C.>>1D.12.制作永久磁铁所使用的材料属于( A )A.硬磁性材料B.矩磁性材料C.软磁性材料D.反磁性材料3.硬磁材料应用于（ B ）。

A.变压器中B.扬声器中C.磁头中D.异步电动机中4.当铁心达到磁饱和后，其磁阻（ B ）。

A.很小B.很大C.与非饱和时相同D.无法确定5.永久磁铁的磁滞回线应该为（ A ）。

A.矫顽磁力大，剩磁大B.矫顽磁力小，剩磁大C.矫顽磁力大，剩磁小D.矫顽磁力小，剩磁小6.下列关于不同磁性材料“磁滞回线”的描述正确的是（ A ）。

A.软磁材料的剩磁小，矫顽磁场小B.硬磁材料的剩磁大，矫顽磁场小C.软磁材料的剩磁小，矫顽磁场大D.硬磁材料的剩磁小，矫顽磁场小7.导体切割磁力线产生的感应电压与（ A ）。

A.磁通密度和导体的移动速度成正比B.磁通密度和导体的移动速度成反比C.磁通密度和导体中的电流成反比D.磁通密度和导体中的电流成正比8.增加线圈的匝数，线圈中感应电动势将（ B ）。

A.减小B.增大C.不变D.无法判断9.直流发电机的换向器和电刷是用来将电枢绕组内的（ A ）。

A.交流电变为直流电B.直流电传输到外部C.直流电变为交流电D.低电压变为高电压10.直流电机中的电枢铁心是由硅钢片叠成的，其作用是（ D ）。

A.减少磁滞损耗和铜耗B.减少涡流损耗和铜耗C.减少电压降D.减少磁滞和涡流损耗11.已知直流发电机转速为n，有效磁通为Φ，电枢电流I，电势常数为Ce,则电枢电势为（ B ）。

A.E=CeΦ/nB.E=CeΦnC.E=CeΦID.E=Cen/Φ12.实际直流发电机采用多个电枢线圈的作用是（ B ）。

A.减小碳刷与换向器摩擦产生的火花B.减小输出直流电压的波纹C.减小输出直流电压的幅度D.减小电枢反应13.直流发电机电枢绕组内产生的电势随时间（ A ）。