疑难习题与解答.doc

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1、第一章 直流电机1-1 简述直流发电机的工作原理，如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？.NSa+_AB答：（1）直流发电机主磁极通电产生主磁场，电枢绕组被原动机拖动旋转切割主磁场感应电动势实为交变电动势(如图示瞬间以导体a为例), 电枢绕组的a导体处于N极底下, 由“右手发电机”定则判得电动势方向为, 转半圈后, 处于S极下, 电动势方向变为 , 再转半圈, 又回到原来位置, 电动势又为,它通过换向装置后, 才把电枢绕组的交流变为外电路的直流。这就是直流发电机的工作原理。（2）换向装置的结构特点是电枢绕组尽管旋转，而 A、B电刷固定不转（电刷与磁极相对静止），且A刷恒与N极下导体相连，B

2、刷恒与S极底下导体相连），则由A刷引出的电动势方向恒为（流出）， 若定义为正极， 则刷引出的电动势方向恒为 (流入), 为负极，因此，由，两刷得到的就是直流。由此可知，由于内电路的交流是通过换向装置后才变为外电路的直流，故没有换向装置就不行。1-2“直流电机实质上是一台装有换向装置的交流电机”，你怎样理解这句话？答：由上题可知，无论是直流发电机还是直流电动机，它们在电枢绕组内的电流均为交流（而电刷两端的外电路均为直流），故直流电机实为一台交流电机。 这种交（内电路）、直（外电路）流的转换就是靠换向装置来实现的。 发电机交流（内电路） 直流（外电路） 电动机因此说，直流电机实质上是一台带有换向装

3、置的交流电机。1-3试判断下列情况，电刷两端电压的性质：（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。答：由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，由此： 交流：因为电刷与磁极相对运动。 直流：因为电刷与磁极相对静止。1-4 直流电机有哪些励磁方式？画图表示不同的励磁方式下，负载电流、电枢电流与励磁电流有何关系？IaUIIf并励Ia=If+IIf=U/Rf答： 他励IaUfIf IU他励I=Ia If=Uf/Rf 并励 自励 串励 复励IaUIIf复励Ia=If+IIaUI=If串励Ia=If=I1-5 直流电机由哪些主要部件组成

4、？其作用如何？答： （一）定子1、主磁极：建立主磁通，包括： 铁心：由低碳钢片叠成 绕组：由铜线绕成2、换向磁极：改善换向，包括： 铁心： 中大型由低碳钢片叠成。 小型由整块锻钢制成。 绕组：由铜线绕成。3、机座：固定主磁极、换向磁极、端盖等，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。4、电刷装置：引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。（二）转子1 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。由电工钢片叠成。2 电枢绕组：产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量转换。由铜线绕成。3 换向片：换向用，由铜线围叠而成。41-6一台Z2型直流电动机，额定功率为PN=160千瓦，额定电压UN=220伏

5、，额定效率N=90%，额定转速nN=1500转/分，求该电机的额定电流？解：额定电流 1-7一台Z2型直流发电机，额定功率为PN=145千瓦，额定电压UN=230伏，额定转速nN=1450转/分，求该发电机的额定电流？解：额定电流 1-8直流发电机和直流电动机的电枢 电动势的性质有何区别，它们是怎样产生的？直流发电机和直流电动机的电磁转矩的性质有何区别，它们又是怎样产生的？答： 直流发电机电枢电动势为电源电动势（同向），直流电动机为反电动势（反方向），它们均由电枢绕组切割磁场产生。直流发电机电磁转矩为制动转矩（反向），直流电动机为驱动转矩（同向），它们均由电枢载流导体在主磁极场作用下产生电磁力

6、而形成转矩。1-9 直流电机的电枢电动势和电磁转矩的大小取决于哪些物理量，这些量的物理意义如何？答： 电枢电动势 Ce是电机的电动势结构数 ，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、主磁极对数 p及并联支路数2a ，是每个极面下的磁通，n是电机转速。 电磁转矩 CT是电机的电磁转矩结构常数，CT= 它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、主磁极对数p及并联支路数 2a，是每个极下的磁通，是电枢电流。1-10 把一以他励发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（励磁电阻保持不变）？若是一台并激发电机，则电压升高得多还是少（励磁电阻保持不变）？答： 他励发电机： , 即=C，故 ，空载电压增加1.2倍。

7、并励发电机：若=C情况同上，空载电压Uo增加1.2倍，但由于Uo增加的同时， 也相应加，从而导致也增大。所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发电机大。1-11何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？公式和中的应是什么磁通？答：直流电机在空载运行时,气隙磁场仅有励磁磁动势产生,而负载运作时,气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的,显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应. 电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强.公式中的为每个极面下的气隙磁通,它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的.1-12直流电发电机和直流电动机的电枢反应有哪些共同点？有哪

8、些主要区别？答：共同点: 1.电刷在几何中性线时均产生交轴电枢反应； 其结果（1）均使磁场发生畸变, 物理中性线偏移(但偏移方向不同, 见不同点)；（2）去磁(磁场饱和的话),使气隙磁场削弱. 2.电刷不在几何中性线时,除均产生交轴电枢反应(其结果与上同)外, 还产生直轴电枢反应,其结果是去磁还是助磁, 这与发电机还是电动机以及电刷偏移方向有关. 不同点： 交轴电枢反应使磁场畸变，物理中性线偏移，对发电机：顺转向偏 ，电动机：逆转向偏。 直轴电枢反应 电刷顺转向偏电刷逆转向偏发电机去磁助磁电动机助磁去磁1-13造成换向不良的主要电磁原因是什么？采取什么措施来改善换向？答：电磁原因主要是换向瞬间

9、，在换向元件中存在电抗电动势er和电枢反应电动势ea，它们同向，都起着阻碍换向的作用，由于换向元件被电刷短接，因此在换向元件中产生附加电流 （rk：换向回路总电阻），并储存有磁场能量（），当换向终了，电刷脱离换向元件瞬间，该能量就以电火花的形式释放，造成换向不良。 减小附加电流是改善换向（由电磁原因引起的）的主要方向，由式 知 iK正比换向元件中的电动势，因此加装换向磁极（减小换向元件中电动势）；iK反比于rk，因此可选择合适牌号电刷（增大rk）。1-14换向磁极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组如何励磁？答：换向磁极作用：改善换向。它在换向区域内产生附加磁场，使换向元件切割此附加磁场产生一个

10、换向极电动势ek，并使ek =-(er+ ea)，这样换向元件中的电动势就等于零。 换向磁极装于几何中性线位置，是因为换向元件处于几何中性线。 换向磁极绕组与电枢绕组串联（即由电枢电流励磁），因由换向磁极感应的电动势ek要平衡电抗电动势er 和电枢反应电动势ea , 而er、ea大小均与电枢电流成正比，因此换向磁极绕组应与电枢绕组串联。换向磁极绕组接线必须正确，这样才能保证ek用来平衡（er+ ea），即使ek=-（er+ ea），若换向磁极绕组接反，ek方向就反，这样ek不但不能抵消（er+ ea），反使换向元件中电动势更大，致使换向更恶化。1-15 一台四极直流发电机，单迭绕组，每极磁通为

11、马，电枢总导体数为152根，转速为1200转/分，求电机的空载电动势？解：1-16 一台四极直流电动机，转/分，Z=36槽，每槽导体数为6，每极磁通为马，单迭绕组，问电枢电流为800安时，能产生多大的电磁转矩？解： 1-17判断直流电机运行状态的依据是什么？何时为发电机状态？何时为电动机状态？答：由电动势平衡方程当EaU为发电机运行状态，EaU为电动机运行状态。1-18简述并励直流发电机的自励条件？答：有剩磁。要求电枢转向及励磁绕组接线正确。主磁场具有饱和特性励磁回路电阻小于其临界值。1-19在实际应用中，如果并励直流发电机不能自励建压，试分析可能产生的原因，怎样检查，应采取哪些措施？答：根据

12、并励直流发电机建压的条件，首先检查励磁回路电阻是否在最小位置、然后检查励磁绕组和电枢绕组之间的接线是否正确。如果励磁回路电阻是不在最小位置，则应放在最小位置，如果励磁绕组和电枢绕组之间的接线不正确，调换励磁绕组两端头。1-20并激直流发电机正转能自励，反转能否自励？为什么？如果反接励磁绕组，电机并以额定转速反转，这种情况能否自励建压？答：（1）不能自励，由于反向旋转，感应电势的方向改变，在励磁绕组中产生的励磁电流反方向，其产生的磁通方向与剩磁方向相反，将剩磁抵消。（2）能自励建压，电机反转，感应电势的方向改变，在励磁绕组中产生的励磁电流反方向，由于反接励磁绕组，励磁电流产生的磁通方向与剩磁方向

13、相同，使磁通增大，感应电势越来越大，建立起电压。1-21 并激直流电动机的启动电流取决于什么？正常工作时的电枢电流又决定于什么？答：启动时：n=0, 启动电流大小取决于外加电压和电枢回路电阻。正常工作时，由于反电动势Ea的作用，此时 故工作时，电枢电流大小却取决于负载转矩的大小。1-22并激直流电动机在运行时励磁回路突然断线，问电机有剩磁的情况下会有什么时候后果？若在启动时就断线，又会出现什么后果？答：并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，励磁电流消失（=0），主磁通减小至剩磁磁通值，断线瞬间，由于惯性，电机转速未变，则电枢电动势大为减小，从而电枢电流 急剧增大，电枢绕组有被烧毁的可能。若电

14、枢电流a增大的速率大于主磁通减小的速率，电磁转距增大，若负载转矩不变，致使电机转速迅速升高。若发生在空载或轻载时，则转速剧增至飞逸速度，致使换向不良，换向器、电枢绕组和转动部件损坏，甚至造成人身伤害事故。若电枢电流增大速率小于主磁通减小速率，就减小，若负载转矩不变，当, 转速下降, 甚至停转, 此时电枢电流仍很大, 同样可能会烧毁电枢绕组.若启动时励磁回路断线, 这时n=0, 电枢电动势, 则电枢电流很大。同时，由于此时主磁通很小（剩磁磁通），就小，而不能启动，也导致电枢电流剧增。可见，并励直流电动机励磁回路不容许开路，并应采取必要的保持措施。1-23 一台并励直流发电机，励磁回路电阻负载电阻，电枢回路电阻，端电压U=220V。 试求：（1）励磁电流和负载电流I；（2）电枢电流和电动势（忽略电刷电阻压降）；（3）输出功率和电磁功率。解：励磁电流 负载电流