06x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件

直流電機(jī)習(xí)題郭冀嶺jilingguo@163.com西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院直流電機(jī)習(xí)題郭冀嶺1直流電機(jī)原理一、直流電機(jī)基本工作原理、結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)二、直流電機(jī)的繞組三、直流電機(jī)磁場(chǎng)四、直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電磁轉(zhuǎn)矩和基本方程五、直流電機(jī)運(yùn)行特性六、換向直流電機(jī)原理一、直流電機(jī)基本工作原理、結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)2直流電機(jī)原理答：直流發(fā)電機(jī)中，換向器起整流作用，即把電樞繞組中的交流電整流成為直流電，在正、負(fù)電刷兩端輸出。直流電動(dòng)機(jī)中，換向器起逆變作用，即把電刷外電路中的直流電逆變成交流電輸入電樞元件中。1.換向器在直流電機(jī)中起什么作用？直流電機(jī)原理答：直流發(fā)電機(jī)中，換向器起整流作用，即把電樞繞組3直流發(fā)電機(jī)的工作原理－換向線圈旋轉(zhuǎn)方向不變導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)在不同極性磁極下感應(yīng)電勢(shì)方向不同導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)交變感應(yīng)電勢(shì)換向＝整流經(jīng)過(guò)磁極的幾何中性線交換線圈輸出極性輸出直流否則，輸出交流直流發(fā)電機(jī)的工作原理－換向線圈旋轉(zhuǎn)方向不變4直流電動(dòng)機(jī)原理－換向幾何中性線磁極的幾何分界線電刷和換向器配合電流換向＝電流逆變導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)磁極的幾何中性線期間交換線圈電源極性交換線圈電流方向電磁力反向維持不變直流電動(dòng)機(jī)原理－換向幾何中性線52.指出他勵(lì)直流電機(jī)中，下列那些量方向不變，那些量是交變的：（1）勵(lì)磁電流（2）電樞電流（3）電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（4）電樞元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（5）電樞導(dǎo)條中的電流（6）主磁極中的磁通（7）電樞鐵心中的磁通不交變不交變不交變交變交變不交變交變2.指出他勵(lì)直流電機(jī)中，下列那些量方向不變，那些量是交變的63.如何改變他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)方向？如何改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向？改變并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電源的極性能否改變它的轉(zhuǎn)向？改變串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電源的極性能否改變它的轉(zhuǎn)向？3.如何改變他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)方向？706x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件8（1）通過(guò)改變他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁電流的方向，繼而改變主磁通的方向，即可改變電樞電動(dòng)勢(shì)的方向；也可以通過(guò)改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向來(lái)改變電樞電動(dòng)勢(shì)的方向。（2）通過(guò)改變勵(lì)磁電流的方向，繼而改變主磁通的方向，即可改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向；也可通過(guò)改變電樞電壓的極性來(lái)改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。（1）通過(guò)改變他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁電流的方向，繼而改變主磁通的方9（3）根據(jù)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞與勵(lì)磁繞組的連接特點(diǎn)，改變電源的極性使電樞電流Ia反向，同時(shí)也使勵(lì)磁電流反向，主磁場(chǎng)的極性改變。根據(jù)左手定則，所受磁場(chǎng)力方向不變，即電磁轉(zhuǎn)矩仍維持原來(lái)的方向不變。（4）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞與勵(lì)磁繞組串聯(lián)，改變電源極性將使電樞電流和勵(lì)磁電流同時(shí)改變方向，主磁通也改變方向。因此，所受磁場(chǎng)力和電磁轉(zhuǎn)矩仍然維持原來(lái)的方向。（3）根據(jù)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞與勵(lì)磁繞組的連接特點(diǎn)，改變電源的10答：直流電機(jī)銘牌上的功率指的是直流電機(jī)工作在滿負(fù)載荷下的輸出功率。對(duì)直流發(fā)電機(jī)，指輸出的電功率對(duì)直流電動(dòng)機(jī)，指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。4直流電機(jī)銘牌上的額定功率指什么功率？4直流電機(jī)銘牌上的額定功率指什么功率？1106x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件125.如何判斷直流電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？它們的Tem、n、E、U、的方向有何不同？能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如何?5.如何判斷直流電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？它們的T13答：三種方法判斷直流電機(jī)的工作狀態(tài)：可以根據(jù)反電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)）E的大小來(lái)判斷直流的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)E>U時(shí)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，反之處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。發(fā)電狀態(tài)時(shí)Tem與n反向，E與Ia同向，與Ua反向；電動(dòng)機(jī)Tem與n同向，E與Ia、Ua反向。發(fā)電機(jī)從機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電動(dòng)機(jī)從電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

答：三種方法判斷直流電機(jī)的工作狀態(tài)：146.何謂飽和現(xiàn)象？電機(jī)的磁路為什么會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象?飽和對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能有何影響？

答：電機(jī)磁路由鐵心部分和空氣隙部分組成，當(dāng)鐵心的B達(dá)到一定程度后，鐵心部分的磁壓降開(kāi)始不能忽略，此時(shí)隨著勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的增加，主磁通的增加漸漸變慢，電機(jī)進(jìn)入飽和狀態(tài)。由于飽和現(xiàn)象的存在，使電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)H和B的值不能取得過(guò)高，材料利用率受到限制，激磁電流需要增大。6.何謂飽和現(xiàn)象？電機(jī)的磁路為什么會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象?飽和對(duì)電機(jī)15直流電機(jī)繞組答：?jiǎn)委B繞組的連接是一個(gè)元件緊疊著一個(gè)元件，合成節(jié)距y=1，且一個(gè)極下的元件串聯(lián)成為一條支路，支路對(duì)數(shù)a=p。單波繞組的連接不是把元件依次串聯(lián)，而是把相隔大約兩個(gè)極具并在磁場(chǎng)中位置差不多的對(duì)應(yīng)位置的元件連接起來(lái)，合成節(jié)距y=(k±1)/p，同極下的元件為一條串聯(lián)支路，支路對(duì)數(shù)a=1。7.單疊繞組與單波繞組的元件連接規(guī)律有什么不同？同樣極對(duì)數(shù)為p的單疊繞組和單波繞組的支路對(duì)數(shù)為何相差p倍？直流電機(jī)繞組答：?jiǎn)委B繞組的連接是一個(gè)元件緊疊著一個(gè)元件，合成16畫(huà)出單疊繞組展開(kāi)圖某直流電機(jī)，極數(shù)2p=4，虛槽數(shù)Qu，元件數(shù)S，換向片數(shù)K均為16。第一節(jié)距y1合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk第二節(jié)距y2畫(huà)出單疊繞組展開(kāi)圖某直流電機(jī)，極數(shù)2p=417畫(huà)槽畫(huà)槽18放磁極放磁極19畫(huà)換向片畫(huà)換向片20連繞組連繞組21電動(dòng)勢(shì)方向電動(dòng)勢(shì)方向22放電刷放電刷23單疊繞組電路圖：?jiǎn)委B繞組電路圖：2406x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件25單波繞組展開(kāi)圖：?jiǎn)尾ɡ@組展開(kāi)圖：26單波繞組電路圖：?jiǎn)尾ɡ@組電路圖：2706x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件28答：?jiǎn)尾ɡ@組并聯(lián)支路數(shù)=2單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)=6由單波變成單疊，每條支路串聯(lián)元件數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的1/3，每一元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電阻不變，支路電動(dòng)勢(shì)變?yōu)樵瓉?lái)的1/3，支路電阻也變?yōu)樵瓉?lái)的1/3，因此額定電壓變?yōu)樵瓉?lái)的1/3，額定電流則變?yōu)樵瓉?lái)的3倍，故電機(jī)的容量不變。8.一臺(tái)六極直流電機(jī)將其電樞單波繞組改接為單疊繞組，并保持元件數(shù)、每元件匝數(shù)、每槽元件數(shù)不變，該電機(jī)的容量是否改變？8.一臺(tái)六極直流電機(jī)將其電樞單波繞組改接為單疊繞組，并保持元29推廣：一臺(tái)電樞鐵心即可單疊又可單波，在每極磁通和元件數(shù)相同條件下，兩種繞組的功率相同。N、Φ和支路電流ia保持不變的情況下，無(wú)論采用什么繞組方式，電磁功率保持不變。推廣：309一臺(tái)四極單疊繞組直流發(fā)電機(jī)，請(qǐng)回答:（1）去掉相鄰兩只電刷，端電壓有何變化？發(fā)電機(jī)能供給多大的負(fù)載？（2）若有一元件斷線，端電壓有何變化？發(fā)電機(jī)能供給多大的負(fù)載？（3）只用相對(duì)的兩只電刷是否能夠運(yùn)行？（4）若有一極失磁，將會(huì)產(chǎn)生什么后果？9一臺(tái)四極單疊繞組直流發(fā)電機(jī)，請(qǐng)回答:3106x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件32答：（1）去掉相鄰兩電刷答：（1）去掉相鄰兩電刷33單疊繞組取走相鄰兩個(gè)電刷，電樞繞組由4條并聯(lián)支路變成2條，其中一條支路與原來(lái)不變，另一條則由原來(lái)的三條支路串聯(lián)組成，但由于其中兩條支路電動(dòng)勢(shì)相反而抵消，所以電動(dòng)勢(shì)未變，但電樞電阻是原來(lái)的3倍。為不使任何一條支路電流過(guò)載，后一條支路只能供給1/3的額定電流。此時(shí)發(fā)電機(jī)只能供給1/3的額定負(fù)載。單疊繞組取走相鄰兩個(gè)電刷，電樞繞組由4條并聯(lián)支路變成2條，其34（2）若一元件斷線，則該元件所在的支路斷開(kāi)，其余三條支路不變。因此，端電壓不變，發(fā)電機(jī)只能供給3/4的額定負(fù)載。3iaN（2）若一元件斷線，則該元件所在的支路斷開(kāi)，其余三條支路不變35（3）若只用相對(duì)的兩只電刷，則變?yōu)閮蓷l并聯(lián)支路，每條支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相互抵消，電機(jī)不能運(yùn)行。-（3）若只用相對(duì)的兩只電刷，則變?yōu)閮蓷l并聯(lián)支路，每條支路的感36（4）若有一極失磁，則每極下的磁通不相等，造成各支路電動(dòng)勢(shì)不相等，繞組內(nèi)部有很大的環(huán)流，會(huì)損壞電機(jī)。E?。?）若有一極失磁，則每極下的磁通不相等，造成各支路電動(dòng)勢(shì)不37答:直流電機(jī)的主磁路主要由以下路徑構(gòu)成：主磁極N經(jīng)定子、轉(zhuǎn)子之間的空隙進(jìn)入電樞鐵心，在從電樞鐵心出來(lái)經(jīng)定、轉(zhuǎn)子間的空隙進(jìn)入相鄰的主磁極S，經(jīng)定子鐵心磁軛到達(dá)主磁極N，構(gòu)成閉合路徑。磁路未飽和時(shí)，鐵的導(dǎo)磁率是空氣的幾百到上千倍，所以盡管定轉(zhuǎn)子間的空隙很小，但磁阻比磁路中的鐵心部分大得多，所以，勵(lì)磁磁通勢(shì)主要消耗在空氣隙中。直流電機(jī)磁場(chǎng)10直流電機(jī)主磁路包括那幾部分？磁路未飽和時(shí)，勵(lì)磁磁通勢(shì)主要消耗在那一部分？答:直流電機(jī)的主磁路主要由以下路徑構(gòu)成：主磁極N經(jīng)定子、轉(zhuǎn)子3806x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件3911.一臺(tái)四極他勵(lì)直流電機(jī)，電樞采用單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=372，電樞回路總電阻Rs=0.208Ω。當(dāng)此電機(jī)運(yùn)行在電源電壓U=220V，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1500r/min，氣隙每極磁通Φ=0.01Wb，此時(shí)電機(jī)的鐵耗pFe=362W，機(jī)械摩擦pm=204W。(1)電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？(2)電磁轉(zhuǎn)矩是多少？(3)輸入功率和效率各是多少？直流電機(jī)方程11.一臺(tái)四極他勵(lì)直流電機(jī)，電樞采用單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N40解（1）計(jì)算電樞電動(dòng)勢(shì)Ea或根據(jù)（2）電磁轉(zhuǎn)矩假設(shè)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)根據(jù)發(fā)電機(jī)，故假設(shè)不成立，電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。直接判定電機(jī)工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。解（1）計(jì)算電樞電動(dòng)勢(shì)Ea或根據(jù)（2）電磁轉(zhuǎn)矩假設(shè)為發(fā)電機(jī)狀41（3）輸入功率效率輸出功率總損耗（3）輸入功率效率輸出功率總損耗4212.一臺(tái)額定功率PN=20kW的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，額定電壓UN=230V，額定轉(zhuǎn)速nN

=1500r/min，電樞回路電阻Rs

=0.156Ω，勵(lì)磁回路總電阻Rf=73.3Ω。已知機(jī)械損耗和鐵耗pm+pFe=1kW，求額定負(fù)載情況下各繞組的銅損耗、電磁功率、總損耗、輸入功率及效率。（設(shè)附加損耗pΔ=0.01PN）12.一臺(tái)額定功率PN=20kW的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，額定電壓U43并勵(lì)直流電機(jī)的功率流程圖并勵(lì)直流電機(jī)的功率流程圖44解：先計(jì)算額定電流勵(lì)磁電流電樞繞組電流電樞回路銅損耗勵(lì)磁回路銅損耗電磁功率總損耗輸入功率效率解：先計(jì)算額定電流勵(lì)磁電流電樞繞組電流電樞回路銅損耗勵(lì)磁回路45直流電機(jī)特性答：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在勵(lì)磁電流一定的情況下，主磁通Φ基本不變。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，電樞電流隨之成正比增加。Ea=U-RaIa

Ea=CeΦn由于電樞電阻Ra比較小，因此Ea有所減小，但減小量不大，因此n減小不大，從而機(jī)械特性較硬。13如何解釋他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性軟？直流電機(jī)特性答：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在勵(lì)磁電流一定的情況下，主磁通46并勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)47串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流Ia也就是勵(lì)磁電流If。在磁路為線性不飽和的情況下，If與氣隙每極磁通Φ成正比變化，即隨著Ia的增大，磁通Φ也在正比增大。由于T=CT

ΦIa，可見(jiàn)電磁轉(zhuǎn)矩T增大時(shí)，Ia和Φ都在增大。但是，Ia是由電源供給的，應(yīng)滿足U=Ea+IaR’a(R’a包括電樞和勵(lì)磁繞組電阻)=Ce

Φn+IaR’a，因此在U不變時(shí)，若想T增大即Ia增大，Ea必須減小，即轉(zhuǎn)速n下降，但I(xiàn)a增大的同時(shí)，Φ也增大，由Ea=CeΦn也要求n下降,因此串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性要軟。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流Ia也就是勵(lì)磁電流If。在磁路為線性4814.他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，端電壓為什么會(huì)下降？并勵(lì)發(fā)電機(jī)與他勵(lì)發(fā)電機(jī)相比，哪一個(gè)電壓變化率大？

14.他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，端電壓為什么會(huì)下降？并49答：他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，電樞電流增大，電樞回路電阻壓降增加，同時(shí)，電樞反應(yīng)去磁作用使主磁通下降，由公式：端電壓下降

對(duì)于并勵(lì)發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，電樞電流增大，電樞回路電阻壓降增加，同時(shí)，電樞反應(yīng)去磁作用使主磁通下降，由公式可知端電壓下降更多，電壓變化率較大。答：他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，電樞電流增大，電樞回路電5015.并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)不能建立電壓，應(yīng)如何處理？答若并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)不能建立電壓，先檢查線路是否正確，然后：（1）檢查電機(jī)轉(zhuǎn)速是否達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；（2）調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路電阻，使其小于臨界電阻；

（3）把勵(lì)磁繞組兩端對(duì)調(diào)接在電樞繞組兩端，使勵(lì)磁磁通與剩磁磁通方向一致；（4）若電機(jī)沒(méi)有剩磁，則應(yīng)給電機(jī)充磁。

15.并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)不能建立電壓，應(yīng)如何處理？5116.一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：額定容量PN=50kW，額定電壓UN=220V，額定電流IN=250A，額定轉(zhuǎn)速nN=1150r/min，試計(jì)算其固有機(jī)械特性。16.一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：額定容量PN=50kW52機(jī)械特性繪制已知銘牌數(shù)據(jù)：繪制固有特性：確定兩點(diǎn)如何求如何求如何求如何求如何求機(jī)械特性繪制已知銘牌數(shù)據(jù)：53解：求Ra得到（1208.8,0）和（1150，434.5）解：求Ra得到（1208.8,0）和（1150，434.5）5417并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流取決于什么？正常工作時(shí)，電樞電流又取決于什么？答：在額定電壓下，直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流取決于電樞回路總電阻，起動(dòng)電流會(huì)較大，隨著轉(zhuǎn)速的上升和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的增加，電樞電流會(huì)下降。

正常工作時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)電樞電流大小取決于負(fù)載。17并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流取決于什么？5518一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN=96kW，UN=440V，

IN=255A，nN=80A，IfN=5A，Ra=0.078Ω，試求：（1）電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩（2）在額定電流時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩（3）當(dāng)Ia=0時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（4）在總制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變的情況下，當(dāng)電樞中串入0.1Ω電阻而達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的轉(zhuǎn)速。18一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN=96kW，UN=440V，56解：（1）電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩（2）額定時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩解：（1）電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩（2）額定時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩57（3）由當(dāng)Ia=0時(shí)有（4）在總制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變的情況下，當(dāng)電樞串入0.1Ω電阻而達(dá)到穩(wěn)定時(shí)

（3）由當(dāng)Ia=0時(shí)有（4）在總制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不變的情況下，當(dāng)電5819一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，UN=220V，電樞回路電阻Ra=0.032Ω，勵(lì)磁回路Rf=275Ω。今將電動(dòng)機(jī)裝在起重機(jī)上，當(dāng)使得重物上升時(shí)，Ua=UN

，Ia=350A，n=795r/min；而重物放下時(shí)（重物負(fù)載不變，電磁轉(zhuǎn)矩也近似不變），電壓及勵(lì)磁電流保持不變，轉(zhuǎn)速n=300r/min。問(wèn)電樞回路中要串入多少電阻？19一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，UN=220V，電樞回路電阻59重物上升時(shí)重物下放時(shí)，轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速為負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電樞電流也不變，此時(shí)有電樞回路總電阻因此應(yīng)串入電阻重物上升時(shí)重物下放時(shí)，轉(zhuǎn)向相反，轉(zhuǎn)速為負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電樞電流60空載磁場(chǎng)分布空載磁場(chǎng)分布6106x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件6206x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件63氣隙合成磁場(chǎng)氣隙合成磁場(chǎng)64電刷偏離直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)電刷偏離直軸電樞磁動(dòng)勢(shì)交軸電樞磁動(dòng)勢(shì)65交軸電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)的零點(diǎn)偏移；不飽和時(shí)，每極磁通量不變；飽和時(shí)，每極磁通量會(huì)減少。交軸電樞反應(yīng)使磁場(chǎng)的零點(diǎn)偏移；66直軸電樞反應(yīng)直軸電樞反應(yīng)67謝謝！謝謝！68直流電機(jī)習(xí)題郭冀嶺jilingguo@163.com西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院直流電機(jī)習(xí)題郭冀嶺69直流電機(jī)原理一、直流電機(jī)基本工作原理、結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)二、直流電機(jī)的繞組三、直流電機(jī)磁場(chǎng)四、直流電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電磁轉(zhuǎn)矩和基本方程五、直流電機(jī)運(yùn)行特性六、換向直流電機(jī)原理一、直流電機(jī)基本工作原理、結(jié)構(gòu)及額定數(shù)據(jù)70直流電機(jī)原理答：直流發(fā)電機(jī)中，換向器起整流作用，即把電樞繞組中的交流電整流成為直流電，在正、負(fù)電刷兩端輸出。直流電動(dòng)機(jī)中，換向器起逆變作用，即把電刷外電路中的直流電逆變成交流電輸入電樞元件中。1.換向器在直流電機(jī)中起什么作用？直流電機(jī)原理答：直流發(fā)電機(jī)中，換向器起整流作用，即把電樞繞組71直流發(fā)電機(jī)的工作原理－換向線圈旋轉(zhuǎn)方向不變導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)在不同極性磁極下感應(yīng)電勢(shì)方向不同導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)交變感應(yīng)電勢(shì)換向＝整流經(jīng)過(guò)磁極的幾何中性線交換線圈輸出極性輸出直流否則，輸出交流直流發(fā)電機(jī)的工作原理－換向線圈旋轉(zhuǎn)方向不變72直流電動(dòng)機(jī)原理－換向幾何中性線磁極的幾何分界線電刷和換向器配合電流換向＝電流逆變導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)磁極的幾何中性線期間交換線圈電源極性交換線圈電流方向電磁力反向維持不變直流電動(dòng)機(jī)原理－換向幾何中性線732.指出他勵(lì)直流電機(jī)中，下列那些量方向不變，那些量是交變的：（1）勵(lì)磁電流（2）電樞電流（3）電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（4）電樞元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（5）電樞導(dǎo)條中的電流（6）主磁極中的磁通（7）電樞鐵心中的磁通不交變不交變不交變交變交變不交變交變2.指出他勵(lì)直流電機(jī)中，下列那些量方向不變，那些量是交變的743.如何改變他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)方向？如何改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向？改變并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電源的極性能否改變它的轉(zhuǎn)向？改變串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電源的極性能否改變它的轉(zhuǎn)向？3.如何改變他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電動(dòng)勢(shì)方向？7506x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件76（1）通過(guò)改變他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁電流的方向，繼而改變主磁通的方向，即可改變電樞電動(dòng)勢(shì)的方向；也可以通過(guò)改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向來(lái)改變電樞電動(dòng)勢(shì)的方向。（2）通過(guò)改變勵(lì)磁電流的方向，繼而改變主磁通的方向，即可改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向；也可通過(guò)改變電樞電壓的極性來(lái)改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。（1）通過(guò)改變他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁電流的方向，繼而改變主磁通的方77（3）根據(jù)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞與勵(lì)磁繞組的連接特點(diǎn)，改變電源的極性使電樞電流Ia反向，同時(shí)也使勵(lì)磁電流反向，主磁場(chǎng)的極性改變。根據(jù)左手定則，所受磁場(chǎng)力方向不變，即電磁轉(zhuǎn)矩仍維持原來(lái)的方向不變。（4）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電樞與勵(lì)磁繞組串聯(lián)，改變電源極性將使電樞電流和勵(lì)磁電流同時(shí)改變方向，主磁通也改變方向。因此，所受磁場(chǎng)力和電磁轉(zhuǎn)矩仍然維持原來(lái)的方向。（3）根據(jù)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞與勵(lì)磁繞組的連接特點(diǎn)，改變電源的78答：直流電機(jī)銘牌上的功率指的是直流電機(jī)工作在滿負(fù)載荷下的輸出功率。對(duì)直流發(fā)電機(jī)，指輸出的電功率對(duì)直流電動(dòng)機(jī)，指電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。4直流電機(jī)銘牌上的額定功率指什么功率？4直流電機(jī)銘牌上的額定功率指什么功率？7906x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件805.如何判斷直流電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？它們的Tem、n、E、U、的方向有何不同？能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如何?5.如何判斷直流電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？它們的T81答：三種方法判斷直流電機(jī)的工作狀態(tài)：可以根據(jù)反電勢(shì)（感應(yīng)電勢(shì)）E的大小來(lái)判斷直流的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)E>U時(shí)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，反之處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。發(fā)電狀態(tài)時(shí)Tem與n反向，E與Ia同向，與Ua反向；電動(dòng)機(jī)Tem與n同向，E與Ia、Ua反向。發(fā)電機(jī)從機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電動(dòng)機(jī)從電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

答：三種方法判斷直流電機(jī)的工作狀態(tài)：826.何謂飽和現(xiàn)象？電機(jī)的磁路為什么會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象?飽和對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能有何影響？

答：電機(jī)磁路由鐵心部分和空氣隙部分組成，當(dāng)鐵心的B達(dá)到一定程度后，鐵心部分的磁壓降開(kāi)始不能忽略，此時(shí)隨著勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)的增加，主磁通的增加漸漸變慢，電機(jī)進(jìn)入飽和狀態(tài)。由于飽和現(xiàn)象的存在，使電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)H和B的值不能取得過(guò)高，材料利用率受到限制，激磁電流需要增大。6.何謂飽和現(xiàn)象？電機(jī)的磁路為什么會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象?飽和對(duì)電機(jī)83直流電機(jī)繞組答：?jiǎn)委B繞組的連接是一個(gè)元件緊疊著一個(gè)元件，合成節(jié)距y=1，且一個(gè)極下的元件串聯(lián)成為一條支路，支路對(duì)數(shù)a=p。單波繞組的連接不是把元件依次串聯(lián)，而是把相隔大約兩個(gè)極具并在磁場(chǎng)中位置差不多的對(duì)應(yīng)位置的元件連接起來(lái)，合成節(jié)距y=(k±1)/p，同極下的元件為一條串聯(lián)支路，支路對(duì)數(shù)a=1。7.單疊繞組與單波繞組的元件連接規(guī)律有什么不同？同樣極對(duì)數(shù)為p的單疊繞組和單波繞組的支路對(duì)數(shù)為何相差p倍？直流電機(jī)繞組答：?jiǎn)委B繞組的連接是一個(gè)元件緊疊著一個(gè)元件，合成84畫(huà)出單疊繞組展開(kāi)圖某直流電機(jī)，極數(shù)2p=4，虛槽數(shù)Qu，元件數(shù)S，換向片數(shù)K均為16。第一節(jié)距y1合成節(jié)距y和換向器節(jié)距yk第二節(jié)距y2畫(huà)出單疊繞組展開(kāi)圖某直流電機(jī)，極數(shù)2p=485畫(huà)槽畫(huà)槽86放磁極放磁極87畫(huà)換向片畫(huà)換向片88連繞組連繞組89電動(dòng)勢(shì)方向電動(dòng)勢(shì)方向90放電刷放電刷91單疊繞組電路圖：?jiǎn)委B繞組電路圖：9206x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件93單波繞組展開(kāi)圖：?jiǎn)尾ɡ@組展開(kāi)圖：94單波繞組電路圖：?jiǎn)尾ɡ@組電路圖：9506x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件96答：?jiǎn)尾ɡ@組并聯(lián)支路數(shù)=2單疊繞組并聯(lián)支路數(shù)=6由單波變成單疊，每條支路串聯(lián)元件數(shù)變?yōu)樵瓉?lái)的1/3，每一元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電阻不變，支路電動(dòng)勢(shì)變?yōu)樵瓉?lái)的1/3，支路電阻也變?yōu)樵瓉?lái)的1/3，因此額定電壓變?yōu)樵瓉?lái)的1/3，額定電流則變?yōu)樵瓉?lái)的3倍，故電機(jī)的容量不變。8.一臺(tái)六極直流電機(jī)將其電樞單波繞組改接為單疊繞組，并保持元件數(shù)、每元件匝數(shù)、每槽元件數(shù)不變，該電機(jī)的容量是否改變？8.一臺(tái)六極直流電機(jī)將其電樞單波繞組改接為單疊繞組，并保持元97推廣：一臺(tái)電樞鐵心即可單疊又可單波，在每極磁通和元件數(shù)相同條件下，兩種繞組的功率相同。N、Φ和支路電流ia保持不變的情況下，無(wú)論采用什么繞組方式，電磁功率保持不變。推廣：989一臺(tái)四極單疊繞組直流發(fā)電機(jī)，請(qǐng)回答:（1）去掉相鄰兩只電刷，端電壓有何變化？發(fā)電機(jī)能供給多大的負(fù)載？（2）若有一元件斷線，端電壓有何變化？發(fā)電機(jī)能供給多大的負(fù)載？（3）只用相對(duì)的兩只電刷是否能夠運(yùn)行？（4）若有一極失磁，將會(huì)產(chǎn)生什么后果？9一臺(tái)四極單疊繞組直流發(fā)電機(jī)，請(qǐng)回答:9906x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件100答：（1）去掉相鄰兩電刷答：（1）去掉相鄰兩電刷101單疊繞組取走相鄰兩個(gè)電刷，電樞繞組由4條并聯(lián)支路變成2條，其中一條支路與原來(lái)不變，另一條則由原來(lái)的三條支路串聯(lián)組成，但由于其中兩條支路電動(dòng)勢(shì)相反而抵消，所以電動(dòng)勢(shì)未變，但電樞電阻是原來(lái)的3倍。為不使任何一條支路電流過(guò)載，后一條支路只能供給1/3的額定電流。此時(shí)發(fā)電機(jī)只能供給1/3的額定負(fù)載。單疊繞組取走相鄰兩個(gè)電刷，電樞繞組由4條并聯(lián)支路變成2條，其102（2）若一元件斷線，則該元件所在的支路斷開(kāi)，其余三條支路不變。因此，端電壓不變，發(fā)電機(jī)只能供給3/4的額定負(fù)載。3iaN（2）若一元件斷線，則該元件所在的支路斷開(kāi)，其余三條支路不變103（3）若只用相對(duì)的兩只電刷，則變?yōu)閮蓷l并聯(lián)支路，每條支路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相互抵消，電機(jī)不能運(yùn)行。-（3）若只用相對(duì)的兩只電刷，則變?yōu)閮蓷l并聯(lián)支路，每條支路的感104（4）若有一極失磁，則每極下的磁通不相等，造成各支路電動(dòng)勢(shì)不相等，繞組內(nèi)部有很大的環(huán)流，會(huì)損壞電機(jī)。E小（4）若有一極失磁，則每極下的磁通不相等，造成各支路電動(dòng)勢(shì)不105答:直流電機(jī)的主磁路主要由以下路徑構(gòu)成：主磁極N經(jīng)定子、轉(zhuǎn)子之間的空隙進(jìn)入電樞鐵心，在從電樞鐵心出來(lái)經(jīng)定、轉(zhuǎn)子間的空隙進(jìn)入相鄰的主磁極S，經(jīng)定子鐵心磁軛到達(dá)主磁極N，構(gòu)成閉合路徑。磁路未飽和時(shí)，鐵的導(dǎo)磁率是空氣的幾百到上千倍，所以盡管定轉(zhuǎn)子間的空隙很小，但磁阻比磁路中的鐵心部分大得多，所以，勵(lì)磁磁通勢(shì)主要消耗在空氣隙中。直流電機(jī)磁場(chǎng)10直流電機(jī)主磁路包括那幾部分？磁路未飽和時(shí)，勵(lì)磁磁通勢(shì)主要消耗在那一部分？答:直流電機(jī)的主磁路主要由以下路徑構(gòu)成：主磁極N經(jīng)定子、轉(zhuǎn)子10606x直流電機(jī)復(fù)習(xí)和習(xí)題解讀課件10711.一臺(tái)四極他勵(lì)直流電機(jī)，電樞采用單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N=372，電樞回路總電阻Rs=0.208Ω。當(dāng)此電機(jī)運(yùn)行在電源電壓U=220V，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1500r/min，氣隙每極磁通Φ=0.01Wb，此時(shí)電機(jī)的鐵耗pFe=362W，機(jī)械摩擦pm=204W。(1)電機(jī)運(yùn)行在發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電動(dòng)機(jī)狀態(tài)？(2)電磁轉(zhuǎn)矩是多少？(3)輸入功率和效率各是多少？直流電機(jī)方程11.一臺(tái)四極他勵(lì)直流電機(jī)，電樞采用單波繞組，電樞總導(dǎo)體數(shù)N108解（1）計(jì)算電樞電動(dòng)勢(shì)Ea或根據(jù)（2）電磁轉(zhuǎn)矩假設(shè)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)根據(jù)發(fā)電機(jī)，故假設(shè)不成立，電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。直接判定電機(jī)工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。解（1）計(jì)算電樞電動(dòng)勢(shì)Ea或根據(jù)（2）電磁轉(zhuǎn)矩假設(shè)為發(fā)電機(jī)狀109（3）輸入功率效率輸出功率總損耗（3）輸入功率效率輸出功率總損耗11012.一臺(tái)額定功率PN=20kW的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，額定電壓UN=230V，額定轉(zhuǎn)速nN

=1500r/min，電樞回路電阻Rs

=0.156Ω，勵(lì)磁回路總電阻Rf=73.3Ω。已知機(jī)械損耗和鐵耗pm+pFe=1kW，求額定負(fù)載情況下各繞組的銅損耗、電磁功率、總損耗、輸入功率及效率。（設(shè)附加損耗pΔ=0.01PN）12.一臺(tái)額定功率PN=20kW的并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，額定電壓U111并勵(lì)直流電機(jī)的功率流程圖并勵(lì)直流電機(jī)的功率流程圖112解：先計(jì)算額定電流勵(lì)磁電流電樞繞組電流電樞回路銅損耗勵(lì)磁回路銅損耗電磁功率總損耗輸入功率效率解：先計(jì)算額定電流勵(lì)磁電流電樞繞組電流電樞回路銅損耗勵(lì)磁回路113直流電機(jī)特性答：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在勵(lì)磁電流一定的情況下，主磁通Φ基本不變。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，電樞電流隨之成正比增加。Ea=U-RaIa

Ea=CeΦn由于電樞電阻Ra比較小，因此Ea有所減小，但減小量不大，因此n減小不大，從而機(jī)械特性較硬。13如何解釋他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性軟？直流電機(jī)特性答：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在勵(lì)磁電流一定的情況下，主磁通114并勵(lì)串勵(lì)并勵(lì)串勵(lì)115串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流Ia也就是勵(lì)磁電流If。在磁路為線性不飽和的情況下，If與氣隙每極磁通Φ成正比變化，即隨著Ia的增大，磁通Φ也在正比增大。由于T=CT

ΦIa，可見(jiàn)電磁轉(zhuǎn)矩T增大時(shí)，Ia和Φ都在增大。但是，Ia是由電源供給的，應(yīng)滿足U=Ea+IaR’a(R’a包括電樞和勵(lì)磁繞組電阻)=Ce

Φn+IaR’a，因此在U不變時(shí)，若想T增大即Ia增大，Ea必須減小，即轉(zhuǎn)速n下降，但I(xiàn)a增大的同時(shí)，Φ也增大，由Ea=CeΦn也要求n下降,因此串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性要軟。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流Ia也就是勵(lì)磁電流If。在磁路為線性11614.他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，端電壓為什么會(huì)下降？并勵(lì)發(fā)電機(jī)與他勵(lì)發(fā)電機(jī)相比，哪一個(gè)電壓變化率大？

14.他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，端電壓為什么會(huì)下降？并117答：他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，電樞電流增大，電樞回路電阻壓降增加，同時(shí)，電樞反應(yīng)去磁作用使主磁通下降，由公式：端電壓下降

對(duì)于并勵(lì)發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，電樞電流增大，電樞回路電阻壓降增加，同時(shí)，電樞反應(yīng)去磁作用使主磁通下降，由公式可知端電壓下降更多，電壓變化率較大。答：他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)由空載到額定負(fù)載，電樞電流增大，電樞回路電11815.并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)不能建立電壓，應(yīng)如何處理？答若并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)不能建立電壓，先檢查線路是否正確，然后：（1）檢查電機(jī)轉(zhuǎn)速是否達(dá)到額定轉(zhuǎn)速；（2）調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路電阻，使其小于臨界電阻；

（3）把勵(lì)磁繞組兩端對(duì)調(diào)接在電樞繞組兩端，使勵(lì)磁磁通與剩磁磁通方向一致；（4）若電機(jī)沒(méi)有剩磁，則應(yīng)給電機(jī)充磁。

15.并勵(lì)