3-3 直流电机由哪几个主要部件构成？这些部件的功能是什么？ 答 直流电机主要由定子和转子两大基本结构部件组成。 直流电机的定子由主磁极、换向磁极、电刷装置、机座等组成。

（1）主磁极：建立主磁通，包括铁心（由低碳钢片叠成）和绕组（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）和绕组（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。 转子由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组成。

（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）换向器：用于换向，由铜片叠成。

3-4 直流电动机的励磁方式有哪几种？每种励磁方式的励磁电流或励磁电压与电枢电流或电枢电压有怎样的关系？

答 电流关系如下表所示（复励时，If指并励绕组的励磁电流）。

励磁方式 他励 种类 并励 串励 复励 I?Ia?If 电动机 I?Ia,If独立 I?Ia?If Uf?Ua I?Ia?If 表中，If为励磁电流；Ia为电枢电流；I为输入电流；Uf为励磁电压；Ua为电枢电压。

3-5 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有何影响？公式Ea?Ce?n和

T?CT?Ia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。当电机带上负载后，气隙磁场便由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。负载时电枢磁动势对主极磁场的影响，称为电枢反应。

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电刷在几何中性线时产生交轴电枢反应， 其结果：（1）气隙磁场发生畸变，使磁场的物理中性线偏离几何中性线一个角度?。被电刷短路的换向线圈中的电动势不为零，增加了换向的困难。对发电机来说，顺电枢旋转方向移过?角；对电动机来说，则逆电枢旋转方向移过?角。（2）一半磁极磁通增加，另一半磁极磁通减小。在磁路不饱和的情况下，增加与减少的磁通相同，每极磁通不变。磁路饱和时，增加的少，减小的多，每极磁通减少，电动势和电磁转矩随之减小。

电刷偏离几何中性线时，除产生交轴电枢反应(其结果与上同)外， 还产生直轴电枢反应，其结果是去磁或助磁。

公式Ea?Ce?n和T?CT?Ia中的?应是每个极面下的气隙合成磁通，它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的。

3-7 将一他励直流发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（励磁电阻保持不变）？若是一台并励发电机，则空载电压升高得比他励发电机多还是少（励磁电阻保持不变）？

答 ① 他励发电机：If?UfRf?C ，即?=C，故

'''U?E?C?n?Ce?(1.2n)?1.2Ce?n?1.2U0，空载电压U0增加至1.2倍。 ae 0②并励发电机：若维持?=C，空载电压U0也增加至1.2倍，但由于U0增加的同时，

3-9 何谓直流电机的可逆原理？如何判断一台接在直流电网上正在运行的直流电机是工作在发电状态还是电动状态？

答 从原理上讲，一台电机不论是交流电机，还是直流电机，都可以在一定的条件下，作为发电机运行，其将机械能转换为电能；而在另一种特定的条件下，又作为电动机运行，将电能转换为机械能，这个原理称为电机的可逆原理。

对于直流电机来说，可根据下列关系来判断电机的运行状态。 当Ea?U，T与转速n反方向时为发电机运行状态；

当Ea?U，T与转速n同方向时为电动机运行状态。

If?U0Rf也相应增加，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。

3-10 直流电动机的感应电动势与哪些因素有关？若一台直流电动机在额定条

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件下的运行时的感应电动势为220V，试问在下列情况下电动势变为多少？（1）磁通减少10% ；（2）励磁电流减少10% ；（3）转速增加20%；（4）磁通减少10%，同时转速增加20%。

答 直流电动机的感应电动势表达式为Ea?pNpNn?，其中，Ce?，由电60a60a机结构决定的常数，称为电动势常数。所以感应电动势与气隙每极磁通量?和电枢的转速n有关。若每极磁通?保持不变，则电枢电动势和转速成正比；若转速保持不变，则电枢电动势与每极磁通成正比。

（1）?减少10% ，Ea亦减少10%，为198V；

（2）If减少10% ，由于磁路饱和，?减少不到10%，Ea亦减少不到10%，因此198V?Ea?220V；

（3）n增加20%，Ea亦增加20%，为264V；

（4）?减少10%，同时n增加20%，E?(1?0.1)?(1?0.2)?220?237.6(V)。 3-13 并励电动机在运行中励磁回路断线，将会发生什么现象？为什么？ 答 励磁回路断开后，主极磁场只剩下剩磁。在断开瞬间，转速n不会立即变化，因此电枢电动势Ea变为与剩磁磁通?r成正比的很小的值。由于电枢电流

Ia?(U?Ea)/Ra，Ra很小，因此Ia会急剧增大。由于主磁通?减至很小、Ia增至很大，因此电磁转矩T?CT?Ia的变化就有两种可能。

（1）若Ia增大的比率高于主磁通?减小的比率（剩磁较大时），则T迅速增大，当负载转矩TL不变时，使转速n明显升高。随着n升高，Ea升高，使Ia开始减小，

T减小，最终在较高的转速下T?TL，电动机达到新的稳态。此时，n和Ia都远远

超过其额定值，一方面出现“飞车”现象，会造成电机转子（特别是换向器）的损坏；另一方面，过大的电枢电流使电机发热严重，换向火花很大，有可能烧毁换向器和电枢绕组。这种情况是很危险的。

（2）Ia增大受到Ra的限制，因此，若Ia增大的比率低于主磁通?减小的比率（剩磁很小时），则T减小，TL不变时，使n降低。随着n降低，Ea降低。此时Ea

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已经非常小了，因此，Ea降低使Ia增大从而T增大的幅度很有限，即使减速到n?0，仍有T?TL。最终电动机停转，但Ia仍然远远超过其额定值，可能烧毁电机，这种情况也是很危险的。所以，并励（或他励）直流电动机运行中绝不允许励磁回路开路，对此必须采取必要的保护措施。

从上述分析可见，这种因励磁回路开路而造成主磁通异常变化的情况，与正常的弱磁升速是有所不同的。

3-14 一台直流电动机，额定功率为PN?75kW，额定电压UN?220V，额定效率?N?88.5%，额定转速nN?1500r/min，求该电动机的额定电流和额定负载时的输入功率？

解 额定电流

PN75?103IN???385.2(A)

UN?N220?88.5%额定负载时的输入功率

P1N?PN?N?75?84.745(kW) 88.5%?3或 P?220?385.2?10?3?84.745(kW) 1N?UNIN?103-24 一直流电动机数据为：2p＝6，总导体数N＝780，并联支路数2a＝6，运行角速度??40π?rad/s，每极磁通为0.0392Wb。试计算：

（1） 电动机感应电动势；

（2） 速度为900r/min，磁通不变时电动机的感应电动势； （3） 磁通为0.0435Wb，n＝900r/min时电动机的感应电动势；

（4）若每一线圈电流的允许值为50A，在第（3）问情况下运行时，电动机的电磁功率。

解 （1）电动势常数 电机转速

n?60?60?40???1200(r/min) 2?2?4

Ce?pN3?780??1360a60?3