附录:
第2章 思考题及答案
2-1 直流电机的主要部件是什么？各有什么作用？
答：直流电机的主要包括定子、转子
定子部分：包括主磁极、换向磁极、机座、电刷装置
1）主磁极：建立主磁通，包括： 铁芯：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： 铁芯： 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。 转子部分：包括电枢铁芯、电枢绕组、换向片
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。 4）
2-2 在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们起到什么作用？
答：在直流发电机中，电刷和换向器起到整流的作用，将电枢绕组中的交流电整流成出线端的直流电。直流发电机中，起到逆变的作用，将端口的输入的直流电变成电枢绕组中的交变电流。
2-3 直流发电机是如何 发出直流电的？如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？
答： 直流发电机电枢绕组内的感应电动势实为交变电动势(如题图2-3所示瞬间以导体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。
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刷恒与S极底下导
N 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Ｂ刷引出的电动势方向恒为⊕ (流入)， 为
负极，因此，由Ａ，Ｂ两刷得到的就是直流。 由上分析可知，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。
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A . a + _ B S 题图1-3 直流电机模型
2-4 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？
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.
2-5 公式Ea?Ce?n和T?CM?Ia中的?应是什么磁通？
答：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.
2-6 直流电机有哪几种励磁方式？在各种不同励磁方式的电机里，电机的输入、输出电流和励磁电流有什么关系？
I I=If If 答： 励磁方式有：
Ia Ia ???自励????他励?串励??并励 ?复励?Uf U U
他励
I=Ia If=Uf/Rf I Ia If U
Ia If 串励 Ia=If=I
I U 并励 Ia=If+I If=U/Rf
题图2-6 直流电机的励磁方式
复励 Ia=If+I
2-7 “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）
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电动机
因此说，直流电机实质上是一台带有换向装置的交流电机。
2-8 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，在换向元件中的电流由正?ia变成?ia，产生电抗电动势和电枢反应电动势，会产生以电火花等不良现象，造成换向不良。不良换向会引起火花和环火，使电机遭到损坏。改善换向的方法有：装设换向极。在电机大容量和工作繁重时，在主磁极极靴上嵌放补偿绕组。
2-9 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Ea?Ce?n 其中，Ce是电机的电动势结构数Ce?pN，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、主60a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TM?CM?Ia
CT是电机的电磁转矩结构常数，CT?pN，它的大小决定于电枢绕组导体总根数N、2?a主磁极对数p及并联支路数 2a，?是每个极下的磁通，Ia是电枢电流。
2-10 如何判断直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的功率关系有什么不同？
答：用感应电动势和端电压的大小来判断。当入的机械功率，空载损耗消耗后，转换为电磁功率后，以电功率UI的形式输出；当
Ea?U时为发电机状态，由原动机输
T???EaIa，再扣除电枢和励磁损耗
Ea?U时，为电动机运行状态，电源输入的功率UI，
EaIa?T??，再扣除空载损耗后，输出机械功
扣除电枢和励磁铜耗后，转变为电磁功率
率。
2-11 并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，电机会有什么后果？若在起动时就断线（电机有剩磁），又会有什么后果？
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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（
If?0），主磁
通将减小至剩磁通值，在断线瞬间，由于惯性，电机转速不会发生变化，则电枢电动势
Ea?Ce?n大大减小，从而电枢电流
于电磁转矩
Ia?U?EaRa急剧增大，电枢绕组可能被烧坏。对
TM?CM?Ia，当电枢电流Ia增大的速度大于主磁通减小的速度时，则也会
增大。 如果负载转矩不变，致使电机转速迅速升高，若在空载或轻载时，转速会剧增，致使电机受损、甚至会造成人身伤害事故。
2-12 试解释他激和并激发电机的外特性为什么是一条下倾的曲线？
答： 讨论他励和并励发电机
U?Ea?IaRa
他励发电机：稍下倾曲线（端电压U随负载电流I增大稍有下降），原因有：
①负载增大，电枢反应去磁效应增强，气隙磁
U 通减小，使电枢电动势Ea减小。
②负载增加，电枢绕组电阻压降IaRa增大。并
他 励发电机：下倾曲线（端电压U随负载电流增大下降UN 幅度较他励发电机大），原因是：除①、②两原因与并 他励发电机相同外，因并励发电机的If =U/Rf， 因此
I 由①、②原因引起U减小，致使If减小（他励发电机
IN If不变），磁通Φ减小，Ea进一步减小，致使端电压题图2-12 机械特性曲线 下降幅度较大。
第2章 练习题题解及答案
2-1 试判断下列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。 解：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：
1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转时，因为电刷与磁极相对运动，电刷两端电压为交流。 2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转，因为电刷与磁极相对静止，电刷两端电压为直流。
2-2 一台直流电动机，额定功率为PN=160千瓦，额定电压UN=220伏，额定效率ηN=85%，额定转速nN=1500转/分，求该电机的额定电流？
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