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第三章 直流电机
3-l．直流电机中为何要用电刷和换向器，它们有何作用？
答：在换向器的表面压着电刷，使旋转的电枢绕组与静止的外电路相通，其作用是将直流电动机输人的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，进而产生恒定方向的电磁转矩，或是将直流发电机电枢绕组中的交变电动势转换成输出的直流电压。
3-2．简述直流电动机的工作原理。
答：工作原理：当直流电动机电枢绕组接至电源上时，根据电磁力定律，载流导体在磁场中受电磁力的作用，产生了一个转矩，在转矩的作用下，电枢便按逆时针方向旋转起来。
3-3．直流电动机的励磁方式有哪几种？画出其电路。
按励磁方式分为有（1）他励；（2）并励；（3）串励；（4）复励等四种，如图3－7所示。
3-4．阐明直流电动机电磁转矩和电枢电动势公式T＝CtφIa、Ea＝Ceφn中各物理量的函义。 答：T＝CtφIa
式中 CT—与电动机结构有关的常数；
φ一每极磁通（Wb） Ia一电枢电流（A）； T一电磁转矩（N·m）。
Ea＝Ceφn
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式中 P一电动机轴上输出功率（kw）；
n一电动机转速（r／min）； T—电动机电磁转矩（N·m）。
3-5．直流电动机电枢电动势为何称为反电动势？
答：直流电动机电枢电动势的方向与电枢电流的方向相反，因而称为反电动势。 3-6．试写出直流电动机的基本方程式，它们的物理意义各是什么？ 答：U=Ea+IaRa （3－4）
式中 U—电枢电压（V）
Ia—电枢电流（A） Ra—电枢电阻（Ω）
3-7．何为直流电动机的机械特性，写出他励直流电动机的机械特性方程式。 答：直流电动机的机械特性：是在稳定运行情况下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即n=f(T)。
机械特性方程式
3-8．何为直流电动机的固有机械特性与人为机械特性？
答：当他励直流电动机的电源电压、磁通为额定值，电枢回路未接附加电阻Rpa时的机械特性称为固有机械特性。
人为机械特性：人为地改变电动机气隙磁通φ、电源电压U和电枢回路串联电阻Rpa等参数，获得的机械特性。
3-9．写出他励直流电动机各种人为机械特性方程式和人为机械特性曲线，并分析其特点。
答：1．电枢回路串接电阻Rpa时的人为特性
人为机械特性方程为
2．改变电源电压时的人为机械特性 人为机械特性方程为
3．改变磁通时的人为机械特性
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人为机械特性方程式为
3-10．直流电动机一般为什么不允许采用全压起动？
答：因为他励直流电动机电枢电阻Ra阻值很小，额定电压下直接起动的起动电流很大，通常可达额定电流的10－20倍，起动转矩也很大。过大的起动电流引起电网电压下降，影响其他用电设备的正常工作，同时电动机自身的换向器产生剧烈的火花。而过大的起动转矩可能会使轴上受到不允许的机械冲击。所以全压起动只限于容量很小的直流电动机。
3-11．试分析他励直流电动机电枢串电阻起动物理过程。
答：在电动机励磁绕组通电后，电动机再接上额定电压UN，此时电枢回路串人全部起动电阻起动，电动机从a点开始起动，转速沿特性曲线上升至 b点，随着转速上升，反电动势Ｅa＝Ceφn上升，电枢电流减小，起动转矩减小，当减小至Tst2时，短接第1级起动电阻Rst4,电动机由R4的机械特性切换到R3的机械特性。切换瞬间，由于机械惯性，转速不能突变，电动势Ea保持不变，电枢电流将突然增大，转矩也成比例突然增大，恰当的选择电阻，使其增加至Tst1，电动机运行点从b点过渡至C点。从C点沿Cd曲线继续加速到d点，切除第2级起动电阻Rst3，电动机运行点从d点过渡到e点，电动机沿ef曲线加速，如此周而复始，电动机由a点经b、c、d．e、f、g、h点到达i点。此时，所有起动电阻均被切除，电动机进人固有机械特性曲线运行并继续加速至k点。在k点T＝TL，电动机稳定运行，起动过程结束。
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3-12．他励直流电动机实现反转的方法有哪两种？实际应用中大多采用哪种方法？
答：直流电动机反转的方法有以下两种：
（1）改变励磁电流方向 （2）改变电枢电压极性
实际应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。 3-13．他励直流电动机电气制动有哪几种？
答：常用的电气制动方法有：能耗制动、反接制动和发电回馈制动。 3-14． 何为能耗制动？其特点是什么？
答：能耗制动是把正处于电动机运行状态的他励直流电动机的电枢从电网上切除，并接到一个外加的制动电阻Rbk上构成闭合回路。 其特点：（1）电枢电压U＝0；
（2）电枢电流为负值，其方向与电动状态时的电枢电流反向； （3）电磁转矩T与转速n方向相反成为制动转；
（4）电动机把拖动系统的动能转变为电能并消耗在电枢回路的电阻上。
3-15．试分析电枢反接制动工作原理。
答：制动原理：电枢反接制动是将电枢反接在电源上，同时电枢回路要串接制动电阻RBk。
3-16． 试分析倒拉反接制动工作原理。
答：制动原理：电动机运行在固有机械特性的a点下放重物时，电枢电路串入较大电阻Rbk，电动机转速因惯性不能突变，工作点过渡到对应的人为机械特性的b点上，此时电磁转矩T＜TL电动机减速沿特性曲线下降至c点。在负载转矩的作用下转速n反向，Ea为负值，电枢电流为正值，电磁转矩为正值与转速方向相
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反，电动机处于制动状态。称为倒拉反接制动。 3-17．何为发电回馈制动？其出现在何情况下？
答：1）发电回馈制动：当电动机转速高于理想空载转速，即n＞no时，电枢电动势Ea大于电枢电压U，电枢电流，Ia?U?Ea?0，电磁转矩RaT为制动性质转矩，
电动机向电源回馈电能，此时电机运行状态称为发电回馈制动。 2）其出现在位能负载高速下放和降低电枢电压调速情况下。 3-18．他励直流电动机调速方法有哪几种？各种调速方法的特点是什么？ 答：他励直流电动机的调速方法有：降压调速、电枢回路串电阻调速；、减弱磁通调速三种。
各种调速方法的特点是 1．电枢串电阻的特点：
l）是基速以下调速，且串人电阻越大特性越软； 2）是有级调速，调速的平滑性差； 3）调速电阻消耗的能量大，不经济； 4）电枢串电阻调速方法简单，设备投资少。 2．降压调速的特点：
1）调速性能稳定，调速范围广； 2）调速平滑性好，可实现无级调速； 3）损耗减小，调速经济性好； 4）调压电源设备较复杂。 3．减弱磁通调速的特点：
l）调速范围不大；2）调速平滑，可实现无极调速；3）能量损耗小； 4）控制方便，控制设备投资少。
3-19．试定性地画出各种电气制动机械特性曲线。
答：
a）降压调速时的发电回馈制动机械特性 b）到拉反接制动机械特性
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电机与电气控制技术 许翏 课后答案
