13. 直流电机的转子转向不可改变。 （ ） 答：错
14. 同一台直流电机既可作发电机运行，由可作电动机运行。 （ ） 答：对
15. 并励直流电电机不可轻载运行。 （ ） 答：错
四、简答（每题3分）
1. ★在直流电机中换向器-电刷的作用是什么？
答 在直流电机中，电枢电路是旋转的，经换向器-电刷作用转换成静止电路，即构成每条支路的元件在不停地变换，但每个支路内的元件数及其所在位置不变，因而支路电动势为直流，支路电流产生的磁动势在空间的位置不动。
2. ★直流电枢绕组元件内的电动势和电流是直流还是交流？若是交流，那么为什么计算稳态
电动势时不考虑元件的电感？
答 直流电枢绕组元件内的电动势和电流是交流的。直流电机电枢绕组是旋转的，经换向器-电刷的作用，变换成为静止电路，两电刷间的电路在空间位置是不变的，因而电刷电动势是直流的，所通过的电流也是直流的，电感不起作用。 3. ★何谓电机饱和现象？饱和程度高低对电机有何影响？
答 电机的磁路由铁心部分和空气隙部分组成，当铁心的磁通密度达到一定程度后，铁心部分的磁压降开始不能忽略，此时随着励磁磁动势的增加，主磁通的增渐渐变慢，电机进入饱和状态，即电机磁化曲线开始变弯曲。电机的饱和程度用饱和系数来表示，饱和系数的大小与电机的额定工作点在磁化曲线可以分为三段，如图2-1所示，a点以下为不饱和段，ab段为饱和段，b点以上为高饱和段。将电机额定工作点选在不饱和段有两个缺点：①材料利用不充分；②磁场容易受到励磁电流的干扰而不易稳定。额定工作点选在过饱和段，有三个缺点：①励磁功率大增；②磁场调节困难；③对电枢反应敏感。一般将额定工作点设计在ab段的中间，即所谓的“膝点”附近，这样选择的好处有：①材料利用较充分；②可调性较好；③稳定性较好。
图2-1
4. 直流电机电枢绕组型式由什么决定？
答 直流电机绕组型式由绕组和合成节距y决定。y??1为叠式绕组；y??K?1?/p为波绕组，其中K为换向器片数，p为极对数。 5. ★直流电机电枢绕组为什么必须是闭合的？
答 因为直流电枢绕组不是由固定点与外电路连接的，而是经换向器-电刷与外电路想连接的，它的各支路构成元件在不停地变化。为使各支路电动势和电流稳定不变，电枢绕组正常、安全地运行，此种绕组必须是闭合的。 6. 直流电机电刷放置原则是什么？
答 在确定直流电机电刷的安放原则上就考虑：（1）应使电机正、负电刷间的电动势最大：（2）应使被短路元件的电动势最小，以利于换向。两者有一定的统一性，一般以空载状态为出发点考虑电刷的安放。因此，电刷的合理位置是在换向器的几何中性线上。无论叠绕组还是波绕组，元件端接线一般总是对称的，换向器的几何中性线与主极轴线重合，此时电刷的合理位置是在主极轴线下的换向片上。
7. ★一台四极直流电动机，试分析下列情况下有无电磁转矩：
（1）有两个极的励磁绕组的极性接反，使主极变为N、N、S、S，如图2-2（a）所示； （2）主极极性和（1）相同，但将电刷B、D拿去，在电刷A、C两端加直流电压，如图2-2（b）所示。
答 （1）在四极电机中，A、C电刷的极性相同，如同为正，则B、D电刷同为负极性。由于电刷是电枢绕组电流的分界线，在电刷C、D之间的N极下的电枢导体电流的方向与电刷D、
A之间的N极下的电枢导体电流的方向是相反的，因此电刷C、A之间在N极下电枢导体所产生的总的电磁转矩为零。同理，在电刷A、C之间在S极下的电枢导体所产生的部电磁转矩亦为零，故此时无电磁转矩。
（2）此时对于电枢绕组的上层边而言，在电刷C、A之间，在N极下的上层边的电流方向是相同，因此，其电磁转矩的方向是一致的；在电刷A、C之间，在S极下的上层边的电磁转矩方向也是一致的，并与前者相同，故全部上层边所产生的电磁转矩为N极下（或S极下）上层边所产生的电磁转矩的两倍。但对电枢绕组的下层边而言，在电刷C、A之间，无论在N极下的下层边或在S极下的下层边均有两种不同的电流方向，而且导体数各占一半（假设原四极电机为整距绕组即y1??），故每极下的下层边所产生的电磁转矩刚好抵消为零，如图2-2（b）所示。实际上，这时相当于一个短了半个极矩的短距绕组的两极电机，其所产生的总电磁转矩，只有原来整距绕组四极电机电磁转矩的一半。
图2-2（a） (b)
8. ★一台六极直流电机原为单波绕组，如改制成单叠绕组，并保持元件数、每元件匝数、每
槽元件数不变，问该电机的额定容量是否改变？
答 单波绕组的并联支路数等于2，单叠绕组的并联支路数等于电机极数。电枢绕组由单波改成单叠后，并联支路数由2条变成了6条，每条支路的串联元件数变为原来的1/3，支路电阻也变为原来的1/3。因此，额定电压变为原来的1/3，而额定电流则变为原来的3倍，故电机的容量保持不变。
9. ★电枢反应的性质由什么决定？交轴电枢反应对每极磁通量有什么影响？直轴电枢反应的
性质由什么决定？
答 电枢反应的性质由电刷位置决定，电刷在几何中性线上时电枢反应是交轴性质的，它主要改变气隙磁场的分布形状，磁路不饱和时每极磁通量不变，磁路饱和时则还一定的去磁作用，使每极磁通量减小。
电刷偏离几何中性线时将产生两种电枢反应：交轴电枢反应和直轴电枢反应。当电刷在发电机中顺着电枢旋转方向偏离、在电动机中逆转向偏离时，直轴电枢反应是去磁的，反之则是助磁的。
10. ★在什么条件下电枢磁动势与磁场相互作用才产生电磁转矩？若电枢磁动势有交、直轴两
个分量，那么是哪个分量产生，哪个分量不产生？还是两个都产生？
答 产生直轴电枢磁动势的电流沿电枢表面对称分布在几何中性线两侧，受到异极性磁场的作用，合成电磁力为零，即不产生电磁转矩，产生交轴电枢磁动势的电流对称分布在主极轴线两侧，产生电磁转矩是同一方向的。可见，只有交轴电枢磁动势才产生电磁转矩。 11. 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？负载后电枢电动势应该用什
么磁通进行计算？
答 空载时的气隙磁场由励磁磁动势建立，负载时气隙磁场由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。负载后电枢绕组的感应电动势应该用合成气隙磁场对应的主磁通进行计算。 12. 一台直流电动机，磁路饱和。当电机负载后，电刷逆电枢旋转方向移动一个角度。试分析
在此种情况下电枢磁动势对气隙磁场的影响。
答 电刷移动后，电刷不在几何中性线上，同时存在交轴电枢磁动势和直轴电枢磁动势。交轴电枢磁动势使气隙磁场发生畸变，因磁路饱和，还有去磁作用，使每极磁通减少。对电动机而言，电刷逆旋转方向移动后，直轴电磁磁动势方向相反，电枢反应起去磁作用，使每极磁通减少。
13. 直流电机的感应电动势公式用机械角速度表示转速时，其结构常数和电磁转矩公式的结构
常数是统一的，试证明。 答 E?CE?n?pNpN60?pN?n??????CT?? 60a60a2?2?a14. 直流电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 直流电机励磁方式四种：①他励——励磁电流If由独立电源供给，与电枢电流Ia无
关；②并励——励磁电流并在电枢两端，励磁电压Uf等于电枢电压U；③串励——励磁绕组与电枢串联，If?Ia；④复励——既有并励绕组又有串励绕组，按两绕组磁动势方向的异同分成：积复励——串励与并励磁动势同向，差复励——串励与并励磁动势反向。
15. 直流电机空载和负载时有哪些损耗？各由什么原因引起？发生在哪里？其大小与什么有
关？在什么条件下可以认为是不变的？
答 电机空载运行时有机械损耗、铁耗和附加损耗。机械损耗由转子旋转时轴承摩擦、电刷摩擦以及通风引起，其大小与转速有关。铁耗是由转子旋转时主磁通在电枢铁心交变引起的，其大小与转速的?次方（1〈?〈2〉和铁心磁密的平方成正比。空载时的附加损耗包括转子旋转时电枢齿槽引起气隙磁通脉动，从而在铁心中产生脉振损耗，以及转子上的拉紧螺杆等结构件中的铁耗。以上三种损耗统称为空载损耗，其中附加损耗所占比例很小。在转速和主磁通不变的情况下，可以认为空载损耗不变。此外，在空载时还存在励磁功率，即励磁电路铜耗。
电机负载时除有机械损耗、铁耗、附加损耗和励磁损耗外，还存在电枢电路铜耗，它与电枢电流的平方成正比。在附加损耗中，除了空载时的两项外，还包括电枢反应使磁场畸变引起的额外电枢铁耗以及由换向电流产生的损耗。
16. ★他励直流发电机由空载到额定负载，端电压为什么会下降？并励发电机与他励发电机相
比，哪个电压变化率大？
答 他励直流发电机由空载到额定负载，电枢电流Ia由0增加到额定值IaN电枢回路电阻压降IaRa增加，且电枢反应的去磁作用使主磁通?下降，从而使感应电动势E下降。由公式
U?E?IaRa可知，端电压U随Ia的增加而下降。
对于并励发电机，除上面两个原因外，端电压下降，引起励磁电流If下降，使得?下降和E下降，所以并励发电机的电压变化率比他励发电机电压变化率要大些。
17. ★★做直流发电机实验时，若并励直流发电机的端电压升不起来，应该如何处理？
答 并励直流发电机的端电压升不起来，可按下述步骤进行处理，先检查一下线路和仪表接法是否正确，然后：①检查电机转速是否达到额定转速；②调节励磁回路所串电阻，使励磁回路电阻小于临界电阻；③把励磁绕组两端对调接在电枢绕组两端，使励磁磁通与剩磁磁通方向一致；④若电机没有剩磁，则应给电机充磁。