第二章直流电机习题 (一)简答题 1,(课后题2-1)在直流电机中，换向器和电刷的作用是什么？ 答：发电机的换向器和电两的为整流器的作用，将电枢绕组产生的交流感应电动势和电 流变换成直流引到外电路：直流电动机的换向器和电刷为逆变器的作用，将外部直流电流变 换成交流电流引入电枢绕组。 一般情况下直流电机的电刷放置在什么位置？与电刷相连接的元件的两个边处在什么位 答：电刷应放在轴线与主极轴线重合的元件所接换向片的分界线上（或者说电刷应放在 几何中性线上)，此时与电刷连接的元件的两个边在几何中性线附近，即元件电势等于零。 3.(课后题23)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？两种情况时 的气隙磁场有什么不同？ 答：直流电机的空载气隙磁场由励磁磁动势建立，负载运行时的气隙磁场由励磁磁动势 和电枢磁动势共同建立。电枢磁动势将产生交轴和直轴电枢反应，引起气隙磁场畸变并具有 去磁或增磁的作用（取决于电刷移动方向）。 (课后题26)他励直流发电机和并励直流发电机相比较，短路电流哪种大？电压调整率 哪种大？ 答：他励直流发电机的短路电流远远大于并励直流发电机。因为他励直流发电机的励磷 与电枢电压无关，发生短路时，电枢电流达到最大值：而并励直流发电机的励磁由电枢电压 产生，发生短路时，励磁电流为零，故短路电流由剩磁产生的感应电动势决定，其值较小。 并励直流发电机的电压调整率大于他励直流发电机。因为他励直流发电机电枢电压降作 的原因只有电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用两种，而并励直流发电机除了上述原因外 还有因电枢电压的降低引起励磁电流减小从而促使电枢电压进一步减小这一因素，故其电压 调整率较大。 5.(课后题2-8)荷述并励直流发电机自励的条件，若正转时能自励，试问反转能否自励 若在额定转速时能自励，试问降低转速后能否自励？ 答：并励直流发电机自励有3个条件：1)主磁极要有剩磁：2)由剩磁感应产生的励磁 电流所产生的磁通方向与剩磁方向一致：3)励磁回路的总电阻要小于某一转速下的临界电 阻值。 若正转时能自励，在不改变任何接线的情况下，反转是不能自励的。因为，如果不改变 任何接线，反转时将破坏上述自励的第二个条件。要使反转时也能自励，必须在反转时交换 励磁绕组的两端！ 若在额定转速时能自励，降低转速后可能就不能自励了。因为不同的转速对应不同的空 载特性，相应的临界电阻值也就不同。直流发电机转速降低后，临界电阻值减小，当临界电 阻值小于励磁回路的总电阻时，并励直流发电机便不能自励。 6。(课后题2-10)电动机的电磁转矩是驱动性质的转矩，那为什么电磁转矩增加时，转速 反而下降呢？ 答：电动机电磁转矩的大小取决于负载的轻重，负载较重时，电磁转矩较大，由T=C 可知电枢电流也大，引起电枢电阻压降增加，使电动势减小，根据E=C①可知转速会下降
第二章 直流电机习题 （一）简答题 1. （课后题 2-1）在直流电机中，换向器和电刷的作用是什么？ 答：发电机的换向器和电刷的为整流器的作用，将电枢绕组产生的交流感应电动势和电 流变换成直流引到外电路；直流电动机的换向器和电刷为逆变器的作用，将外部直流电流变 换成交流电流引入电枢绕组。 2. 一般情况下直流电机的电刷放置在什么位置？与电刷相连接的元件的两个边处在什么位 置？ 答：电刷应放在轴线与主极轴线重合的元件所接换向片的分界线上（或者说电刷应放在 几何中性线上），此时与电刷连接的元件的两个边在几何中性线附近，即元件电势等于零。 3. （课后题 2-3）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？两种情况时 的气隙磁场有什么不同？ 答：直流电机的空载气隙磁场由励磁磁动势建立，负载运行时的气隙磁场由励磁磁动势 和电枢磁动势共同建立。电枢磁动势将产生交轴和直轴电枢反应，引起气隙磁场畸变并具有 去磁或增磁的作用 (取决于电刷移动方向)。 4. （课后题 2-6）他励直流发电机和并励直流发电机相比较，短路电流哪种大？电压调整率 哪种大？ 答：他励直流发电机的短路电流远远大于并励直流发电机。因为他励直流发电机的励磁 与电枢电压无关，发生短路时，电枢电流达到最大值；而并励直流发电机的励磁由电枢电压 产生，发生短路时，励磁电流为零，故短路电流由剩磁产生的感应电动势决定，其值较小。 并励直流发电机的电压调整率大于他励直流发电机。因为他励直流发电机电枢电压降低 的原因只有电枢电阻压降和电枢反应的去磁作用两种，而并励直流发电机除了上述原因外， 还有因电枢电压的降低引起励磁电流减小从而促使电枢电压进一步减小这一因素，故其电压 调整率较大。 5. （课后题 2-8）简述并励直流发电机自励的条件，若正转时能自励,试问反转能否自励？ 若在额定转速时能自励,试问降低转速后能否自励？ 答：并励直流发电机自励有 3 个条件：1）主磁极要有剩磁；2）由剩磁感应产生的励磁 电流所产生的磁通方向与剩磁方向一致；3）励磁回路的总电阻要小于某一转速下的临界电 阻值。 若正转时能自励，在不改变任何接线的情况下，反转是不能自励的。因为，如果不改变 任何接线，反转时将破坏上述自励的第二个条件。要使反转时也能自励，必须在反转时交换 励磁绕组的两端。 若在额定转速时能自励，降低转速后可能就不能自励了。因为不同的转速对应不同的空 载特性，相应的临界电阻值也就不同。直流发电机转速降低后，临界电阻值减小，当临界电 阻值小于励磁回路的总电阻时，并励直流发电机便不能自励。 6. （课后题 2-10）电动机的电磁转矩是驱动性质的转矩，那为什么电磁转矩增加时，转速 反而下降呢？ 答：电动机电磁转矩的大小取决于负载的轻重，负载较重时，电磁转矩较大，由 Te=CTФIa 可知电枢电流也大，引起电枢电阻压降增加，使电动势减小，根据 E=CeФn 可知转速会下降
7。(课后2-12)试分析在下列情况下，直流电动机的电枢电流和转速与额定值比较如何 变化（不计磁路饱和的影响）：(1)U=0.5UN,4=a,T=TN:(2)U0.5U,F,P=N: (3)U=UaN,1-0.5IN,TL=TN:(4)U=UN,IFIN,TL=0.5TN. 答：1)根据T=CD、T=五=TN可知，当I=N,使D=时，电枢电流1，不变：因 为U,0.5UN,使理想空载转速减半，则由于转速降（△）不变，故转速比额定值的一半 还要小 2)当输出功率不变时 ,输入功率基本不变，由于电枢电压幅度大大降低，电枢电流 必定要增加，由此造成转速n下降。 3)假设磁路是线性的，当I=0.5v时，有D-0.5N。由(1)中的公示可知，1=21w, 转速也将下降较多。 4)由(1)中的公式可知，-0.5/w,转速将提高。 8.(课后题213)将一台额定功率为P的直流发电机改为电动机运行，其额定功率怎样变 化？如果是将额定功率为P、的电动机改为发电机运行，其额定功率有将怎样变化？ 答：将额定功率为P的直流发电机改为电动机运行，原发电机的额定功率（输出功率） 即为该电动机的额定输入功案，故其额定功率(P)小于P。如果将额定功率为P、的电 动机改为发电机运行，原电动机的额定输入功率(P,)即为该发电机的额定功率，故其额 定功率将大于P。 9.(课后题2-14)一台并联在电网上的直流发电机，怎样使其转变为电动机状态运行？ 答：直流电机处于发电机运行状态时，电动势高于端电压，若使原动机的输入转矩为零， 电机转速将下降，从而电动势减小，使得端电压高于电动势，发电机即转变为电动机运行状 态了。 10.直流电机的电枢反应及其对气隙磁场的影响。 答：电枢磁通势对气隙磁场的影响。1)使气隙磁场发生畸变，一半被增强，一半被削 弱：2)物理中性线偏离几何中性线一个角度：3)对主磁场起去磁作用。 .(课后题81)他励直流电动机保持电枢电压和主磁通为额定值，负载转矩不变，如在 电枢回路中串入电阻，对理想空载转速有何影响？对起动电流有何影响？对稳定电流有何影 响？ 答：保持电枢电压和主磁通为额定值时，他励直流电动机的理塑空我转速为%=0， 故电枢回路串电阻并不影响电机的理想空载转速。 由于起动电流元十尺串电阻使起动电流减小。 由于稳定运行时T,=C,1。=T,=C,故电枢回路串电阻并不影响电机的稳定电流。 12.(课后题8-4)他励直流电动机起动时，如果励磁绕组断线，在下列两种情况下会有什 么后果：(1)空载起动：(2)带额定负载起动。 答：如果励磁绕组断线，则直流电机只有很少的剩磁。(1)如果是空载起动，虽然电机
7. （课后题 2-12）试分析在下列情况下，直流电动机的电枢电流和转速与额定值比较如何 变化（不计磁路饱和的影响）：（1）Ua=0.5UaN，If =IfN，TL=TN；（2）Ua=0.5UaN，If=IfN，P2=PN； （3）Ua=UaN，If=0.5IfN，TL=TN；（4）Ua=UfN，If=IfN，TL=0.5TN。 答：1）根据 Te=CTФIa、Te=TL=TN 可知，当 If=IfN，使 Ф=ФN 时，电枢电流 Ia不变；因 为 Ua=0.5UaN，使理想空载转速减半，则由于转速降（ΔnN）不变，故转速比额定值的一半 还要小。 2）当输出功率不变时，输入功率基本不变，由于电枢电压幅度大大降低，电枢电流 Ia 必定要增加，由此造成转速 n 下降。 3）假设磁路是线性的，当 If=0.5IfN 时，有 Ф=0.5ФN。由（1）中的公示可知，Ia=2IaN， 转速也将下降较多。 4）由（1）中的公式可知，Ia=0.5IaN，转速将提高。 8. （课后题 2-13）将一台额定功率为 PN 的直流发电机改为电动机运行，其额定功率怎样变 化？如果是将额定功率为 PN 的电动机改为发电机运行，其额定功率有将怎样变化？ 答：将额定功率为 PN 的直流发电机改为电动机运行，原发电机的额定功率（输出功率） 即为该电动机的额定输入功率，故其额定功率（ηPN）小于 PN。如果将额定功率为 PN 的电 动机改为发电机运行，原电动机的额定输入功率（PN/η）即为该发电机的额定功率，故其额 定功率将大于 PN。 9. （课后题 2-14）一台并联在电网上的直流发电机，怎样使其转变为电动机状态运行? 答：直流电机处于发电机运行状态时，电动势高于端电压，若使原动机的输入转矩为零， 电机转速将下降，从而电动势减小，使得端电压高于电动势，发电机即转变为电动机运行状 态了。 10. 直流电机的电枢反应及其对气隙磁场的影响。 答：电枢磁通势对气隙磁场的影响。1）使气隙磁场发生畸变，一半被增强，一半被削 弱；2）物理中性线偏离几何中性线一个角度；3）对主磁场起去磁作用。 11. （课后题 8-1）他励直流电动机保持电枢电压和主磁通为额定值，负载转矩不变，如在 电枢回路中串入电阻，对理想空载转速有何影响？对起动电流有何影响？对稳定电流有何影 响? 答：保持电枢电压和主磁通为额定值时，他励直流电动机的理想空载转速为 Φ 0 Ce U n = ， 故电枢回路串电阻并不影响电机的理想空载转速。 由于起动电流 a c st R R U I + = ，串电阻使起动电流减小 。 由于稳定运行时 Te = CTΦI a = TL = C ，故电枢回路串电阻并不影响电机的稳定电流。 12. （课后题 8-4）他励直流电动机起动时，如果励磁绕组断线，在下列两种情况下会有什 么后果：(1)空载起动；(2)带额定负载起动。 答：如果励磁绕组断线，则直流电机只有很少的剩磁。（1）如果是空载起动，虽然电机
可以起动，但起动后电枢电流较大：(2)如果是带额定负载起动，则电机被堵转，电流很大， 导致电机损坏。 13.他励直流电动机有哪几种调速方法 答：他励直流电动机有调压调速、电枢回路串电阻调速和弱磁调速3种方法。 14.他励直流电动机有哪几种人为机械特性？ 答：他励直流电动机有电枢回路串电阻、降低电枢电压和减弱励磁磁通3种人为机械特性 15.他励直流电动机有哪几种起动方法？ 答：他励直流电动机有直接起动、减压起动和电枢回路串电阻起动3种方法。 (二)计算题 1.(课本例2-3)一台并励直流电动机，P=96kW,=440V,k=255A,=5A,m=50r/mim 电枢回路总电阻R,=0.078Ω。忽略电枢反应的影响，求额定输出转矩和额定电流时的电磁转 矩各是多少？ 解：输出转矩 Tw=9.55=183.5Nm 电枢电流 =Ix-In =250A 电动势Ew=Uw-R1.v=420.5V 电磁功率 Paw =ExlaN =105125W 电磁转矩 =95s=208Nm 2.(课本例2-4)己知某并励直流电动机，Pw=22kW,-=220V,=115A,m=1500r/min, 电枢电阻R=0.182,励磁电阻R=628Q。试求：(1)CN、C:(2)电磁转矩T:(3) 额定输出转矩万：(4)空载转矩：（⑤）理想空载转速m与实际空载转速0。 解：(1)=1x-=114.7A C.w-Ux-Rlz-0.133N.m/A =9.=1.27N.m/A (2)T=CDw1。=145.7N·m (3)Tx=9.55元=140Nm (4)T。=T-Tw=57Nm
可以起动，但起动后电枢电流较大；(2)如果是带额定负载起动，则电机被堵转，电流很大， 导致电机损坏。 13. 他励直流电动机有哪几种调速方法？ 答：他励直流电动机有调压调速、电枢回路串电阻调速和弱磁调速 3 种方法。 14. 他励直流电动机有哪几种人为机械特性？ 答：他励直流电动机有电枢回路串电阻、降低电枢电压和减弱励磁磁通 3 种人为机械特性。 15. 他励直流电动机有哪几种起动方法？ 答：他励直流电动机有直接起动、减压起动和电枢回路串电阻起动 3 种方法。 （二）计算题 1. （课本例 2-3）一台并励直流电动机，PN=96kW，UN=440V，IN=255A，IfN=5A，nN=500r/min， 电枢回路总电阻 Ra=0.078Ω。忽略电枢反应的影响，求额定输出转矩和额定电流时的电磁转 矩各是多少？ 解：输出转矩 = 9.55 =1833.5N m N N N n P T 电枢电流 IaN = IN − I fN = 250A 电动势 EN =UN − Ra I aN = 420.5V 电磁功率 PeN = EN I aN =105125W 电磁转矩 = 9.55 = 2008N m N eN eN n P T 2. （课本例 2-4）已知某并励直流电动机，PN=22kW，UN=220V，IN =115A，nN=1500r/min， 电枢电阻 Ra=0.18Ω，励磁电阻 Rf＝628Ω。试求：（1） CEΦN、CTΦN；（2）电磁转矩 Te；（3） 额定输出转矩 T2；（4）空载转矩 T0 ；(5) 理想空载转速 n0 与实际空载转速 n ʹ 0。 解：（1） = − =114.7A f N a N R U I I Φ = 0.133N m/A − = N N a a E N n U R I C CTΦN = 9.55CEΦN =1.27N m/A （2） Te = CTΦN I a =145.7N m （3） = 9.55 =140N m N N N n P T （4） T0 = Te − TN = 5.7N m
（5)%=C0=1654r1m 3.(课本例2-5)一台并励直流发电机P=46kW,U=15V,=1500rmn,电枢电阻 R。-0.012,励磁电阻R,=202,把此发电机当电动机运行，所加电源电压110V,保持电 动机电枢电流和发电机时一样，不考虑磁路的饱和影响，求电动机的转速和电磁转矩。 解：发电机电枢电流 =+n-+=4058A 发电机常数C0,=+RL=0079 ny 电动机励磁电流 n=是-8=55A 不考虑磁路饱和，主磁通与励磁电流成正比 器 co=gC0,=06 电动机转速 电动机的电磁转矩 TM =CyDulax =9.55CgDulaw =294.5N-m 4.(课本例2-6)一台并励直流发电机U=220V,人=76A,m=1500rmin,电枢电阻R。0.10, 励磁电阻R=1002,效率小=86%。试求额定状态下的输入功率、电磁功率和电磁转矩。 解：额定励磁电流 Im=发=22A 额定电柩电流Iav=1w+IN=478.2A 额定电枢电动势 Ex =UN+=227.8V 额定输入功率 w=2-=1942w 额定电磁功率Px=Ew1N=17814W 额定电磁转矩Tw=9.55=113.5Nm 5.(课后题2-19)一台并励直流发电机，已知其额定值为P=82kW,小=230V,m=970min, 电枢回路总电阻R=0.0314Q,励磁回路电阻R=265Q。铁损耗和机械损耗为4.3kW,附加 损耗按额定功率的0.5%计。试求该发电机额定运行时的电磁功率、电磁转矩、输入功率和 效密 解：额定电枢电流 1w=1x+y=+=365.201A 额定电枢电动势 Ey =Uy +RLy=241.46V 电磁功率Pav=ExlaN=88183.99W
（5） 1654 /m Φ 0 r C U n E N N = = 1648 /m Φ Φ2 0 r C C R C U n E T N a E N N = − = 3. （课本例 2-5）一台并励直流发电机 PN=46kW，UN=115V，nN=1500r/min，电枢电阻 Ra=0.01Ω，励磁电阻 Rf＝20Ω，把此发电机当电动机运行，所加电源电压 U=110V，保持电 动机电枢电流和发电机时一样，不考虑磁路的饱和影响，求电动机的转速和电磁转矩。 解：发电机电枢电流 = + = + = 405.8A f N N N a N N fN R U U P I I I 发电机常数 Φ = 0.079 + = N N a a E N n U R I C 电动机励磁电流 5.5A 20 110 = = = f fM R U I 不考虑磁路饱和，主磁通与励磁电流成正比 fN fM E N E M I I C C = Φ Φ Φ = EΦN = 0.076 fN fM E M C I I C 电动机转速 1394r/min Φ = − = E M N a aN C U R I n 电动机的电磁转矩 TeM = CTΦM I a N = 9.55CEΦM I a N = 294.5N m 4. （课本例 2-6）一台并励直流发电机 UN=220V，IN=76A, nN=1500r/min, 电枢电阻 Ra=0.1Ω， 励磁电阻 Rf＝100Ω，效率 ηN=86%。试求额定状态下的输入功率、电磁功率和电磁转矩。 解：额定励磁电流 = = 2.2A f N fN R U I 额定电枢电流 IaN = IN + IfN = 478.2A 额定电枢电动势 EN =UN + Ra I aN = 227.8V 额定输入功率 1 = = =19442W N N N N N N η U I η P P 额定电磁功率 PeN = EN I aN =17814W 额定电磁转矩 = 9.55 =113.5N m N eN eN n P T 5. （课后题 2-19）一台并励直流发电机，已知其额定值为 PN=82kW，UN=230V，nN=970r/min， 电枢回路总电阻 Ra=0.0314Ω，励磁回路电阻 Rf=26.5Ω。铁损耗和机械损耗为 4.3kW，附加 损耗按额定功率的 0.5%计。试求该发电机额定运行时的电磁功率、电磁转矩、输入功率和 效率。 解：额定电枢电流 = + = + = 365.201A f N N N a N N f R U U P I I I 额定电枢电动势 EN =UN + Ra I aN = 241.46V 电磁功率 PeN = EN I aN = 88183.99W
电磁转矩T=955=868.14Nm 空载损耗 =4300+0.005P=4710m 输入功率R=Px+B=92893.99W 效率刀=合×100%=8827% 6.(课后题2-21)一台并励直流电动机，己知其额定值为PN=15kw,=400V,m=1360rmin =81.2%,电枢回路总电阻R=08112,励磁回路电阻R-219.2Q。试求额定运行时：(1) 输入电流、励磁电流和电枢电流：(2)电动势和电磁转矩。 解：(1)输入电流、励磁电流和电枢电流 ==1.8248A 1。=1x-I=44.357A (2)电动势和电磁转矩 E=Ux-R1。=364.03V T=Cww1。=113.39N-m 7.(课后题2-25)一台并励直流电动机，已知额定数据=400V,m=1330/min,人=31.7A 电枢回路总电阻R=1,309,励磁回路总电阻R246.15Q。若将该电机用原动机拖动作为发 电机运行，当输出电压为400V时，试分析：(1)若保持额定电枢电流不变，则发电机的转 速为多少？输出功率为多少？(2)若使发电机的输出功率为零，其转速为多少？ 解：在额定电动状态运行时 1m=R=246034=1.625A 1ax=1x-1=31.7-1.625=30.075A Ew=Uw-R14x=400-1.309×30.075=360.63V (1)若保持额定电枢电流不变，则电机在发电机运行时的电动势为 E=Uw+1w=400+1309×30.075=439.37 由于励磁电压未变，励磁电流不变，故磁通保持不变，因此，电机为发电机运行时与 电动机运行时的转速与电动势成正比，即 n=号w=883×130=16204r1mm 发电机运行时的输出功率为 B=U(LaN-1x)=400x(30.075-1.625)=11380W
电磁转矩 = 9.55 = 868.14N m N eN eN n P T 空载损耗 P0 = 4300 + 0.005PN = 4710W 输入功率 P1 = PeN + P0 = 92893.99W 效率 100% 88.27% 1 = = P P η N 6. （课后题 2-21）一台并励直流电动机，已知其额定值为 PN=15kW，UN=400V，nN=1360r/min， ηN=81.2%，电枢回路总电阻 Ra=0.811Ω，励磁回路电阻 Rf=219.2Ω。试求额定运行时：（1） 输入电流、励磁电流和电枢电流；（2）电动势和电磁转矩。 解：（1）输入电流、励磁电流和电枢电流 = = 46.1823A N N N N U η P I = =1.8248A f N f R U I Ia = IN - If = 44.357A （2）电动势和电磁转矩 E =UN - Ra I a = 364.03V Te = CTΦN I a =113.39N m 7. （课后题 2-25）一台并励直流电动机，已知额定数据 UN=400V，nN=1330r/min，IN=31.7A， 电枢回路总电阻 Rs=1.309Ω，励磁回路总电阻 Rf=246.15Ω。若将该电机用原动机拖动作为发 电机运行，当输出电压为 400V 时，试分析：（1）若保持额定电枢电流不变，则发电机的转 速为多少？输出功率为多少？（2）若使发电机的输出功率为零，其转速为多少？ 解：在额定电动状态运行时 A A R U I f N fN 1.625 246.15 400 = = = IaN = IN − IfN = 31.7 −1.625 = 30.075A EN =UN − Ra I a N = 400 −1.309 30.075 = 360.63V （1）若保持额定电枢电流不变，则电机在发电机运行时的电动势为 E =UN + Ra Ia N = 400 +1.30930.075 = 439.37V 由于励磁电压未变，励磁电流不变，故磁通保持不变，因此，电机为发电机运行时与 电动机运行时的转速与电动势成正比，即 1330 1620.4 /min 360.63 439.37 n r E E n N N = = = 发电机运行时的输出功率为 P2 =UN (IaN − If N ) = 400(30.075−1.625) =11380W
(2)发电机输出功率为零（空载）时，输出电流为零，此时的电枢电流等于励磁电流， =1=1.625A 此时的电动势 E=Ux+R=400+1.309×1.625=402.13 发电机的空载转速为 %=套m-0器x130=14830sr1mm
（2）发电机输出功率为零（空载）时，输出电流为零，此时的电枢电流等于励磁电流， 即 Ia = IfN =1.625A 此时的电动势 E0 =UN + Ra Ia = 400 +1.3091.625 = 402.13V 发电机的空载转速为 1330 1483.05 / min 360.63 402.13 0 n r E E n N N = = =