電機學(xué) 第二章直流電機習(xí)習(xí)題

1、直流電機一、填空1. 直流電機的電樞繞組的元件中的電動勢和電流是 。答：交流的。2. 一臺并勵直流電動機拖動恒定的負載轉(zhuǎn)矩，做額定運行時，如果將電源電壓降低了20，則穩(wěn)定后電機的電流為 倍的額定電流（假設(shè)磁路不飽和）。 Tem=Ia答：倍。3. 并勵直流電動機，當(dāng)電源反接時，其中Ia的方向 ，轉(zhuǎn)速方向 。答：反向，不變。4. 直流發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩是 轉(zhuǎn)矩，直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是 轉(zhuǎn)矩。答：制動，驅(qū)動。5. 直流電動機電刷放置的原則是： 。答：空載時正、負電刷之間獲得最大的電動勢，這時被電刷短路的元件的電動勢為零。6. 直流電動機調(diào)速時，在勵磁回路中增加調(diào)節(jié)電阻，可使轉(zhuǎn)速 ，而在電樞回路中增加調(diào)

2、節(jié)電阻，可使轉(zhuǎn)速 。答：升高，降低。7. 電磁功率與輸入功率之差對于直流電動機包括 損耗 。答：繞組銅損耗。8. 串勵直流電動機在負載較小時， ；當(dāng)負載增加時，Te ， ；負載增加時，n下降的程度比并勵電動機要 。答：小，增加，增加，嚴重。9. 并勵直流電動機改變轉(zhuǎn)向的方法有 ， 。答：將電樞繞組的兩個接線端對調(diào)，將勵磁繞組的兩個接線端對調(diào)，但二者不能同時對調(diào)。10. 串勵直流電動機在電源反接時，電樞電流方向 ，磁通方向 ，轉(zhuǎn)速n的方向 。答：反向，反向，不變。11. 當(dāng)保持并勵直流電動機的負載轉(zhuǎn)矩不變，在電樞回路中串入電阻后，則電機的轉(zhuǎn)速將 。答：12. 直流電機單疊繞組的并聯(lián)支路數(shù)為 答：

3、2p。13直流發(fā)電機，電刷順電樞旋轉(zhuǎn)方向移動一角度，直軸電樞反應(yīng)是 ；若為電動機，則直軸電樞反應(yīng)是 。答：去磁的，增磁的。二、選擇填空1. 一臺串勵直流電動機，若電刷順轉(zhuǎn)向偏離幾何中性線一個角度，設(shè)電機的電樞電流保持不變，此時電動機轉(zhuǎn)速 。A：降低 B：保持不變，C：升高。答：C2. 一臺直流發(fā)電機，由額定運行狀態(tài)轉(zhuǎn)速下降為原來的30，而勵磁電流及電樞電流不變，則 。A：Ea下降30，B：Tem下降30，C：Ea和Tem都下降30，D：端電壓下降30。答：A3. 一臺并勵直流發(fā)電機希望改變電樞兩端正負極性，采用的方法是 。：改變原動機的轉(zhuǎn)向：改變勵磁繞組的接法：既改變原動機的轉(zhuǎn)向又改變勵磁繞組

4、的接法。答：A4. 一直流電動機拖動一臺他勵直流發(fā)電機，當(dāng)電動機的外電壓，勵磁電流不變時，增加發(fā)電機的負載，則電動機的電樞電流和轉(zhuǎn)速n將 。A：增大，n降低B：減少，n升高C：減少，n降低。答：A5. 一臺并勵直流電動機，在保持轉(zhuǎn)矩不變時，如果電源電壓U降為,忽略電樞反應(yīng)和磁路飽和的影響，此時電機的轉(zhuǎn)速 ： A：不變 B：轉(zhuǎn)速降低到原來轉(zhuǎn)速的倍， C：轉(zhuǎn)速下降 D：無法判定。 答：C6. 在直流電機中，公式和中指的是 ： A：每極合成磁通 B：所有磁極的總磁通 C：主磁通每極磁通 D：以上都不是 。 答：A7. 直流電動機在電樞串電阻調(diào)速過程中，若負載轉(zhuǎn)矩保持不變，則 保持不變 A：輸入功率

5、B：輸出功率，C：電磁功率 D：電機的效率。 答：A8. 起動直流電動機時，磁路回路應(yīng) 電源A；與電樞回路同時接入B：比電樞回路先接入C：比電樞回路后接入。答：B 9.直流電動機的電刷逆轉(zhuǎn)向移動一個小角度，電樞反應(yīng)性質(zhì)為 。A：直軸去磁與交磁 B：直軸增磁與交磁 C：直軸純?nèi)ゴ?D：直軸純增磁答：A9. 并勵直流電動機磁通增加10，當(dāng)負載力矩不變時（T2不變），不計飽和與電樞反應(yīng)的影響，電機穩(wěn)定后，下列量變化為：Tem ,n ,Ia ,P2 .A：增加 B：減小 C：基本不變答：C，B，B，B10. 并勵直流電動機在運行時勵磁繞組斷開了，電機將 。A：飛車 B：停轉(zhuǎn) C：可能飛車，也可能停轉(zhuǎn)答

6、：C11. 直流電動機的額定功率指 。A轉(zhuǎn)軸上吸收的機械功率 B轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率C電樞端口吸收的電功率 D電樞端口輸出的電功率。答：B12. 負載轉(zhuǎn)矩不變時，在直流電動機的勵磁回路串入電阻，穩(wěn)定后，電樞電流將 ，轉(zhuǎn)速將 。A,上升，下降 B,不變，上升 C,上升，上升答：C三、判斷1. 他勵直流電動機在固有特性上弱磁調(diào)速，只要負載不變，電動機轉(zhuǎn)速升高。 （ ）答：對2. 直流電機的電樞繞組至少有兩條并聯(lián)支路。 （ ）答：對3. 電磁轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩的大小相等，則直流電機穩(wěn)定運行。 （ ）答：錯4. 他勵直流電動機降低電源電壓調(diào)速與減小磁通調(diào)速都可以做到無級調(diào)速。 （ ）答：對5. 直流發(fā)電機

7、中的電刷間感應(yīng)電勢和導(dǎo)體中的感應(yīng)電勢均為直流電勢。 （ ）答：錯6. 起動直流電動機時，勵磁回路應(yīng)與電樞回路同時接入電源。 （ ）答：錯7. 直流電動機的額定功率指轉(zhuǎn)軸上吸收的機械功率。 （ ）答：錯8. 直流電機無電刷一樣可以工作。 （ ）答：錯9. 直流電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向不可改變。 （ ）答：錯10. 同一臺直流電機既可作發(fā)電機運行，由可作電動機運行。 （ ）答：對11. 并勵直流電電機不可輕載運行。 （ ）答：錯四、簡答1. 在直流電機中換向器-電刷的作用是什么答 在直流電機中，電樞電路是旋轉(zhuǎn)的，經(jīng)換向器-電刷作用轉(zhuǎn)換成靜止電路，即構(gòu)成每條支路的元件在不停地變換，但每個支路內(nèi)的元件數(shù)及其所在

8、位置不變，因而支路電動勢為直流，支路電流產(chǎn)生的磁動勢在空間的位置不動。2. 直流電樞繞組元件內(nèi)的電動勢和電流是直流還是交流若是交流，那么為什么計算穩(wěn)態(tài)電動勢時不考慮元件的電感答 直流電樞繞組元件內(nèi)的電動勢和電流是交流的。直流電機電樞繞組是旋轉(zhuǎn)的，經(jīng)換向器-電刷的作用，變換成為靜止電路，兩電刷間的電路在空間位置是不變的，因而電刷電動勢是直流的，所通過的電流也是直流的，電感不起作用。3. 直流電機的磁化曲線和空載特性曲線有什么區(qū)別有什么聯(lián)系 答 直流電機的磁化曲線是電機主磁通與勵磁磁動勢的關(guān)系曲線，電機的空載特性曲線是指電機在某一轉(zhuǎn)速下空載電壓與勵磁電流的關(guān)系曲線。由于，因此兩者形狀相似。4. 何

9、謂電機飽和現(xiàn)象飽和程度高低對電機有何影響 答 電機的磁路由鐵心部分和空氣隙部分組成，當(dāng)鐵心的磁通密度達到一定程度后，鐵心部分的磁壓降開始不能忽略，此時隨著勵磁磁動勢的增加，主磁通的增漸漸變慢，電機進入飽和狀態(tài)，即電機磁化曲線開始變彎曲。電機的飽和程度用飽和系數(shù)來表示，飽和系數(shù)的大小與電機的額定工作點在磁化曲線可以分為三段，如圖2-1所示，a點以下為不飽和段，段為飽和段，b點以上為高飽和段。將電機額定工作點選在不飽和段有兩個缺點：材料利用不充分；磁場容易受到勵磁電流的干擾而不易穩(wěn)定。額定工作點選在過飽和段，有三個缺點：勵磁功率大增；磁場調(diào)節(jié)困難；對電樞反應(yīng)敏感。一般將額定工作點設(shè)計在段的中間，即

10、所謂的“膝點”附近，這樣選擇的好處有：材料利用較充分；可調(diào)性較好；穩(wěn)定性較好。圖2-15. 直流電機電樞繞組為什么必須是閉合的 答 因為直流電樞繞組不是由固定點與外電路連接的，而是經(jīng)換向器-電刷與外電路想連接的，它的各支路構(gòu)成元件在不停地變化。為使各支路電動勢和電流穩(wěn)定不變，電樞繞組正常、安全地運行，此種繞組必須是閉合的。6. 直流電機電刷放置原則是什么 答 在確定直流電機電刷的安放原則上就考慮：（1）應(yīng)使電機正、負電刷間的電動勢最大：（2）應(yīng)使被短路元件的電動勢最小，以利于換向。兩者有一定的統(tǒng)一性，一般以空載狀態(tài)為出發(fā)點考慮電刷的安放。因此，電刷的合理位置是在換向器的幾何中性線上。無論疊繞組

11、還是波繞組，元件端接線一般總是對稱的，換向器的幾何中性線與主極軸線重合，此時電刷的合理位置是在主極軸線下的換向片上。7. 電樞反應(yīng)的性質(zhì)由什么決定交軸電樞反應(yīng)對每極磁通量有什么影響直軸電樞反應(yīng)的性質(zhì)由什么決定答 電樞反應(yīng)的性質(zhì)由電刷位置決定，電刷在幾何中性線上時電樞反應(yīng)是交軸性質(zhì)的，它主要改變氣隙磁場的分布形狀，磁路不飽和時每極磁通量不變，磁路飽和時則還一定的去磁作用，使每極磁通量減小。電刷偏離幾何中性線時將產(chǎn)生兩種電樞反應(yīng)：交軸電樞反應(yīng)和直軸電樞反應(yīng)。當(dāng)電刷在發(fā)電機中順著電樞旋轉(zhuǎn)方向偏離、在電動機中逆轉(zhuǎn)向偏離時，直軸電樞反應(yīng)是去磁的，反之則是助磁的。8. 直流電機空載和負載運行時，氣隙磁場各

12、由什么磁動勢建立負載后電樞電動勢應(yīng)該用什么磁通進行計算答 空載時的氣隙磁場由勵磁磁動勢建立，負載時氣隙磁場由勵磁磁動勢和電樞磁動勢共同建立。負載后電樞繞組的感應(yīng)電動勢應(yīng)該用合成氣隙磁場對應(yīng)的主磁通進行計算。9. 直流電機的感應(yīng)電動勢與哪些因素有關(guān)若一臺直流發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速下的空載電動勢為230V（等于額定電壓），試問在下列情況下電動勢變?yōu)槎嗌伲?）磁通減少10% ；（2）勵磁電流減少10% ；（3）轉(zhuǎn)速增加20%；（4）磁通減少10%。答 感應(yīng)電動勢，在其它條件不變的情況下，感應(yīng)電動勢E與磁通和轉(zhuǎn)速n成正比。（1）減少10% ，E亦減少10% ，為20V。（2）勵磁電流減少10% ，由于磁路飽

13、和，減少不到10% ，E亦減少不到10% ，因此207VE230V。（3）n增加班費20% ，E亦增加20% ，為276V。（4）減少10% ，n上升10% ，。10. 直流電機的感應(yīng)電動勢公式用機械角速度表示轉(zhuǎn)速時，其結(jié)構(gòu)常數(shù)和電磁轉(zhuǎn)矩公式的結(jié)構(gòu)常數(shù)是統(tǒng)一的，試證明。答 11. 直流電機的勵磁方式有哪幾種每種勵磁方式的勵磁電流或勵磁電壓與電樞電流或電樞電壓有怎樣的關(guān)系答 直流電機勵磁方式四種：他勵勵磁電流由獨立電源供給，與電樞電流無關(guān)；并勵勵磁電流并在電樞兩端，勵磁電壓等于電樞電壓U；串勵勵磁繞組與電樞串聯(lián)，；復(fù)勵既有并勵繞組又有串勵繞組，按兩繞組磁動勢方向的異同分成：積復(fù)勵串勵與并勵磁動勢

14、同向，差復(fù)勵串勵與并勵磁動勢反向。12. 直流電機空載和負載時有哪些損耗各由什么原因引起發(fā)生在哪里其大小與什么有關(guān)在什么條件下可以認為是不變的答 電機空載運行時有機械損耗、鐵耗和附加損耗。機械損耗由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時軸承摩擦、電刷摩擦以及通風(fēng)引起，其大小與轉(zhuǎn)速有關(guān)。鐵耗是由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時主磁通在電樞鐵心交變引起的，其大小與轉(zhuǎn)速的次方（12和鐵心磁密的平方成正比?？蛰d時的附加損耗包括轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時電樞齒槽引起氣隙磁通脈動，從而在鐵心中產(chǎn)生脈振損耗，以及轉(zhuǎn)子上的拉緊螺桿等結(jié)構(gòu)件中的鐵耗。以上三種損耗統(tǒng)稱為空載損耗，其中附加損耗所占比例很小。在轉(zhuǎn)速和主磁通不變的情況下，可以認為空載損耗不變。此外，在空載時還存在勵磁

15、功率，即勵磁電路銅耗。電機負載時除有機械損耗、鐵耗、附加損耗和勵磁損耗外，還存在電樞電路銅耗，它與電樞電流的平方成正比。在附加損耗中，除了空載時的兩項外，還包括電樞反應(yīng)使磁場畸變引起的額外電樞鐵耗以及由換向電流產(chǎn)生的損耗。13. 他勵直流發(fā)電機由空載到額定負載，端電壓為什么會下降答 他勵直流發(fā)電機由空載到額定負載，電樞電流由0增加到額定值電樞回路電阻壓降增加，且電樞反應(yīng)的去磁作用使主磁通下降，從而使感應(yīng)電動勢E下降。由公式可知，端電壓U隨的增加而下降。14. 在勵磁電流不變的情況下，發(fā)電機負載時電樞繞組感應(yīng)電動勢與空載時電動勢大小相同嗎為什么答 負載時電動勢比空載時小，由于負載時有電樞反應(yīng)去磁

16、作用，使每極磁通減小。15. 并勵電動機和串勵電動機的機械特性有何不同為什么電車和電力機車都采用串勵電動機答 并勵電動機的機械特性表達式當(dāng)忽略電樞反應(yīng)時，磁通為不隨負載變化的常數(shù)，是一條略下傾的直線，轉(zhuǎn)速隨負載增加而略有下降。如果電車和電力機車使用這種電動機，那么當(dāng)電車載重或上坡時電機將過載較多。串勵電動機的機械特性表達式為其中，。串勵電動機的勵磁電流等于電樞電流，磁路不飽和時，為一常數(shù)，；磁路高度飽和時，基本不變，與成反比，而。串勵電動機的機械特性是一條轉(zhuǎn)速隨增加而迅速下降的曲線。當(dāng)電車載重或上坡時，電動機的轉(zhuǎn)速會自動下降，使得增加不多，因而電機輸入功率增加不像并勵電動機那樣快，所以電車和電

17、力機車通常采用串勵電動機拖動。16. 試分析在下列情況下，直流電動機的電樞電流和轉(zhuǎn)速有何變化（假設(shè)電機不飽和）。（1）電樞端電壓減半，勵磁電流和負載轉(zhuǎn)矩不變；（2）電樞端電壓減半，勵磁電流和輸出功率不變；（3）勵磁電流加倍，電樞端電壓和負載轉(zhuǎn)矩不變；（4）勵磁電流和電樞端電壓減半，輸出功率不變；（5）電樞端電壓減半，勵磁電流不變，負載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的平方而變化。答 （1）因為磁路不飽和且勵磁電流不變，因此主磁通不變。負載轉(zhuǎn)矩不變，即電磁轉(zhuǎn)矩不變，由于，故電樞電流不變。根據(jù)，U減半，故轉(zhuǎn)速n下降，且n小于原來的一半；（2）U減半，輸出功率不變，必然上升，否則，由于輸入功率（假設(shè)為他勵），若不變或減小

18、，則減小，必然不能保持不變。上升，n必然下降。（3）加倍，則加倍。不變，即不變，故減半。由于，從n的表達式右知，此時n下降。（4）U減半而不變，由（2）分析知上升。減半，則減半，較減小的多，故n下降。（5）不變，則不變。由于，近似與成正比，亦即近似與成正比。當(dāng)U減半時，假設(shè)n上升，則上升，下降，由得n下降，；這與假設(shè)相矛盾。故n必然下降，下降。17. 并勵電動機在運行中勵磁回路斷線，將會發(fā)生什么現(xiàn)象為什么答 勵磁回路斷線時，只剩下剩磁。在斷線初瞬，由于機械慣性，電機轉(zhuǎn)速來不及改變。電樞電勢與磁通成比例減小。由可知，將急劇增加到最大值，當(dāng)增加的比率大于磁通下降的比率時，電磁轉(zhuǎn)矩也迅速增加，負載轉(zhuǎn)

19、矩不變時，由于電磁轉(zhuǎn)矩大于負載轉(zhuǎn)矩，電動機轉(zhuǎn)速明顯提高。隨著轉(zhuǎn)速的升高，電樞電動勢增加，從最大值開始下降，可能在很高的轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩的新的平衡，電動機進入新的穩(wěn)態(tài)。由于這時轉(zhuǎn)速和電樞電流都遠遠超過額定值，這是不允許的。從理論上講，當(dāng)勵回路斷線時，若是電動機的剩磁非常小，而電樞電流的增大受到電樞回路電阻的限制，可能出現(xiàn)電樞電流增大的比率小于磁通下降的比率，在負載力矩一定時，電樞的電磁力矩小于制動力矩，因而轉(zhuǎn)速下降。但在這種情況下，電樞電流仍然是遠遠地超過了額定電流值。可見，并勵電動機在運行中勵磁回路斷線可產(chǎn)生兩個方面的影響：一方面引起電樞電流的大幅度增加，使電動機燒毀；另一方面，可

20、能引起轉(zhuǎn)速急劇升高。過高的轉(zhuǎn)速造成換相不良。到使電動機轉(zhuǎn)子遭到破壞。因此，并勵電動機在運行中應(yīng)絕對避免勵磁回路斷線。針對勵磁回路斷線的故障，應(yīng)采取必要的保護措施。18. 試述并勵直流電動機的調(diào)速方法，并說明各種方法的特點。答 并勵直流電動機的調(diào)速方法有以下三種：（1）改變勵磁電流調(diào)速。這種調(diào)速方法方便，在端電壓一定時，只要調(diào)節(jié)勵磁回路中的調(diào)節(jié)電阻便可改變轉(zhuǎn)速。由于通過調(diào)節(jié)電阻中的勵磁電流不大。故消耗的功率不大，轉(zhuǎn)速變化平滑均勻，且范圍寬廣。接入并勵回路中的調(diào)節(jié)電阻為零時的轉(zhuǎn)速為最低轉(zhuǎn)速，故只能“調(diào)高”，不能“調(diào)低”。改變勵磁電流，機械特性的斜率發(fā)生變化并上下移動。為使電機在調(diào)速過程中得到充分利

21、用，在不同轉(zhuǎn)速下都能保持額定負載電流，此法適用于恒功率負載的調(diào)速。（2）改變電樞端電壓調(diào)速。當(dāng)勵磁電流不變時，只要改變電樞端電壓，即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，提高電樞端電壓，轉(zhuǎn)速升高。改變電樞端電壓，機械特性上下移動，但斜率不變，即其硬度不變。此種調(diào)速方法的最在缺點是需要專用電源。在保持電樞電流為額定值時，可保持轉(zhuǎn)矩不變，故此法適用于恒轉(zhuǎn)矩的負載調(diào)速。（3）改變串入電樞回路的電阻調(diào)速。在端電壓及勵磁電流一定、接入電樞回路的電阻為零時，轉(zhuǎn)速最高，增加電樞路電阻轉(zhuǎn)速降低，故轉(zhuǎn)速只能“調(diào)低”不能“調(diào)高”。增加電樞電阻 ，機械特性斜率增大，即硬度變軟，此種調(diào)速方法功率損耗大，效率低，如果串入電樞回路的調(diào)節(jié)電阻 是分級的，則為有級調(diào)速，平滑性不高，此法適用于恒轉(zhuǎn)矩的負載調(diào)速。五、計算1. 一臺四極、82kW、230V、971r/min的他勵直流發(fā)電機，如果每極的合成磁通等于空載額定轉(zhuǎn)速下具有額定電