直流电机习题

12. 试分析电枢反应对并励直流电动机转速特性和转矩 的影响。
从 并 励 直 流 电 动 机 的 速n 转 U I a Ra 及 转 矩 em C M I a中 T Ce
可 以 看 出如 不 考 虑 电 枢 反 应 的 响, 在U U N , I f I fN 的 条 , 影 件 下, 它 们 与 a的 关 系 都 是 线 性 关 系 n随I a的 增 加 而 降 低 em I ,且 ,T 随I a的 增 加 而 增 加 如 考 虑 到 电 枢 反 应 的 磁 作 用 时则 当I a 。 去 , 增 加 到 一 定 程 度 时 得有 所 减 小 从 而 引 起 转 速回 升 的 趋 ,使 , n 势 及 转 矩 em略 为 下 降 的 趋 势 T 。
18. 并励直流发电机外特性曲线出现“拐弯”的原因？
“拐弯”现象是由于电机自励和磁路的饱和现象而引起的。
忽略励磁电流，负载电流为：
I U E RL Ra RL
or
UE
RL Ra RL
RL―负载电阻
E Ra RL
当RL U I f E
① PM段 : U高, I f 大, 磁 路 变 饱 和 状 态 f 使E 程 度 很 小 2a 2， 所 以
' Tem
' a
2ia， 支 路 数 等 于， 即 2
pN p ' I a N 2ia 2a 2 故， 当 保 持 支 路 电 流 不 变 ， 电 磁 转 矩 em也 不 变 时 T 。
8. 并励直流电动机的起动电流决定于什么?正常工作 时电枢电流又决定到什么?
Ia 单叠绕组时， 支路电流为 ， 改为单波绕组时， 支路电流 2p I I 不变， 但仅有两条支路， 所以总电流为2 a a ， 减少到 2p p 原来的p分之一。
6. 何谓电枢反应?电枢反应对气隙磁场有什么影响?
公式Ea Ce n和Tem C M I a中的应该是什么磁通 ?
20. 为什么叠绕组常采用右行绕组，而波绕组常用 左行绕组？ 因为叠绕组的左行绕组每一元件接到换向片的 两根端接线互相交叉，用铜较多，所以很少采用。 而波绕组的右行绕组，其端接线交叉，且比左行绕 组的端接线略长，故波绕组常用左行绕组。
21. 单叠绕组与单波绕组的差别是什么？原因何在？ 单叠绕组与单波绕组的显著差别在于：单叠绕组 的并联支路数2a=主极数2p，而单波绕组的并联支路数 2a=2，而与主极数无关。造成这种差别的根本原因是 它们的连接规律不同。在单叠绕组中，元件的串联次 序是先串联所有上元件边在同一个N根下面的元件，形 成一条支路；再串联所有上元件边在相邻的一个S极下 面的元件，形成另一条支路；这样继续交替地串联全 部元件而形成一闭合绕组。因此，单叠绕组每增加一 对主极就增加一对支路。但波绕组却不然，它是先把 全部上元件边在电机所以N极下面的元件都串联起来， 形成一条支路；再把全部上元件边在所有S极下面的元 件都串联起来，形成另一条支路；再由这两部分串联 成为闭路。因此整个绕组只有一对支路，极数的增减 与支路数无关。它们的绕法差别可形象地画成如下示 意图：
在直流发电机中，电磁转矩和电枢旋转方向相反， 电枢电势和电枢电流方向相同。在直流电动机中，电 磁转矩和电枢电枢旋转方向相同，电枢电势和电枢电 流方向相反。当端电压U大于电枢电势Ea时，直流电机 运行于电动机状态，当端电压U小于电枢电势时，直流
电机运行于发电机状态。
3. 一台四极直流电机，采用单叠绕组，问:
即 取 决 于 负 载 转 矩 的 小。 大
9. 串励直流电动机为什么不能空载运行？和并励直流 电动机比较，串励直流电动机的运行性能有何特点？
忽 略 饱 和 影 响 串 励 电 机 中 K f I f K f I a。 当 空 载 时电 枢 ,在 : , 电 流 很 小 气 隙 磁 通 及 压 降 a Ra 很 小, 要 产 生 一 定 的 反 电 势 电 , I ' 与 源 电 压 相 平 衡 动 机 转 速 将 极 高 在 理 论 上如 果 电 枢 电 流 趋 近 ,电 。 , 于 零, 气 隙 磁 通 也 将 趋 近 于 零 电 动 机 转 速 将 趋 近 无 限 大 使 转 ,则 于 , 子遭到破坏 因此串励电动机不允在空载或负载很小的况下 。 许 情 运 行。 和 并 励 电 动 机 相 比 较 于I f I a ,当 磁 路 不 饱 和 时 ,由 ,
5. 如果一台p对磁极的单叠绕组，其电枢电阻为ra，电 枢电流为Ia，若把它改接为单波绕组，试问电枢电阻和 电枢电流变为多少？
因为p对极的单叠绕组有２p条支路并联，所以每条支路电阻为２ pra，2p条支路串联后的总电阻为4p2ra。改为单波绕组时，则仅有 两条支路并联，每条支路电阻为 1 ( 4 p 2 ra ) 2 p 2 ra 2 1 电 枢 电 阻 为 ( 2 p 2 ra ) p 2 ra， 增 加 到 原 来 的2 倍。 : p 2
n0
Tem
n
T0 0
Ia
13. 并励直流电动机决不允许励磁绕组断线，原因 何在？
U I a Ra n Ce
如励磁绕组断开，则主磁通下降到剩磁磁通值， 而电枢电流将迅速增大，转速迅速上升，可能大大 超过额定转速，造成“飞车”，损坏电机。故并励 直流电动机决不允许励磁绕组断线。 串励电动机绝对不允许在空载或很轻的负载下运
起 动 时 0，E n
a
C e n 0， 起 动 电 流 为 ：I
st
Ue ， Ra
所 以 起 动 电 流st 与 外 加 电 压 e 成 正 比 与 电 枢 回 路 总 I U ， 电 阻Ra 成 反 比 。
正 常 工 作 时 存 在 反 电 势 a， 此 时 电 枢 电 流 为 ， E ： Ia U Ea T em Ra CM
直流电机在负载运行时，气隙磁场由励磁磁势和 电枢磁势共同产生，由于电枢磁势的存在使负载时气 隙磁场和空载时仅由励磁磁势产生的主磁场有所不同， 电枢磁势对主磁场的影响称为电枢反应。 电枢反应对气隙磁场的影响： 1、使气隙磁场发生畸变。 2、考虑饱和时，还存在去磁效应，使每极磁通 比空载时略有减小。
在Ea Ce n和Tem CM Ia的公式中, 是每极合成磁通。
行，否则“飞速”。
14. 一般小型两极电机，只装有一个换向极，是否 会造成一个电刷换向好，另一个电刷换向不好？
一般不会。因为对于两极电机在任一电刷换向 时，必有一线圈们于换向极磁场下面，产生换向极 电势，抵消电抗电势以减小附加电流。
15. 一台直流电动机改成直流发电机运行时，是 否需要将换向极绕组重新改接？为什么？
2 Tem C M I a C M K f I a。 即 随 着 输 出 功 率2以 及I a的 增 加 串 励 电 动 P ,
机 的 电 磁 转 矩em 将 高 于 电 流 一 次 方 的 例 增 加 所 以 在 同 样 大 小 T 比 。
的 起 动 电 流 下 能 得 到 并 励 电 动 机 更 大 的 起 转 矩, 并 有 较 大 的 过 比 动 载能力 。
直流电机
1. 如果电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，换向器 和电刷应怎样装置，才能作直流电动机运行? 换向器应固定在定子的端接部分与电枢绕组联接， 而电刷应随转子部分转动，这样才能作直流电动机运行。
2. 在直流发电机和直流电动机中，电磁转矩和电枢转方 向的关系有何不同?电枢电势和电枢电流方向的关系有何 不同?怎样判别直流电机运行于发电机状态还是运行于电 动机状态?
(1) 若取下一只电刷，或取下相邻的两只电刷，电机是否可以工作？
(2) 若只用相对两只电刷，是否可以工作?
(3) 若电枢绕组中一个元件断线，是否可以工作? (4) 若有一极失去励磁将产生什么后果?
从四极单叠绕组电机的绕组并联电路图可以看出: (1) 若取下一只电刷，或取下相邻的两只电刷时，在电动机运行时，其 转矩和功率均减小一半，在发电机运行时，其电流和功率也均减小 一半。虽然电机仍能运行，但其工作情况是不正常的。 (2) 若只用相对两只电刷，则无论对发电机或电动机都不能工作。 (3) 若一个元件断线,则该元件所在支路失去作用，电刷端电压不变，但 电流为原来的四分之三，电机功率为原来的四分之三。 (4) 当一极失去励磁时，该磁极下的一条支路无电势(发电机)或不产 生转矩(电动机)，使功率减小。对于多极电机，还可能产生不平 衡情况。
不需改接。因为换向极绕组是与电枢回路串联
的，如由电动机改成发电机运行时，此时如转速n方
向不变，则电枢电流反向，而换向极所产生的磁势 也反向，仍可抵消在几何中线性处的电枢反应磁势；
如转速方向改变，则电流方向不变，换向极产生的
作用仍然正确。
16. 并励直流电动机正转能自励，反转能否自励？
正转时能自励。反转时，不改变励磁绕组的 接线，并励直流电动机是不能自励的。原因在于
7. 一台并励直流电动机将其单叠绕组改接为单波绕 组，试问对其电磁转矩会发生什么影响？
pN 根据: T em I a C M I a 2 a 单 叠 绕 组 时 电 枢 电 流 为 a 2aia， 支 路 数 等 于 极 数 ， ：I ，
即2a 2 p， 所 以 p p p Tem N I a N 2 pia N 2ia 2a 2p 2
U
P
他
M 并
0
D
I
19. 为什么单波绕组的合成节距y=yk只能接近2τ而不 能等于2τ？
因 为 当 2时 , 由 出 发 点 开 始 联p个 元 件 而 绕 y ,串 电 枢 一 周 之 后就 会 回 到 出 发 点 而 闭 , 以 致 绕 组 , 合 无 法 继 续 绕 下 去 电 枢 绕 组 有 k个 元 件, 满 足 。 s K 1 p yk K 1时 , 即yk y 整数 p ( 取 负 号 为 左 行 绕 组 用; 取 正 号 为 右 行 绕 组 用) ,多 ,少 时, 才 能 把 全 部 元 件 串 联 毕 并 与 最 初 的 出 发 点 相 完 接而构成一闭合绕组 。