于空载运行状态，输出电流的有功分量为0。若在此时将原动机与发电机脱开，在摩擦转矩的作用下功角θ将变成负值，同步电机输出的有功功率变成负值，即不但不输出有功功率，反而从电网输入有功电功率。也就是说同步电机从发电机变成了电动机，此时同步电机工作在电动机空载状态。工作在电动机状态的同步电机，从电网输入有功电功率，则电枢电流有功分量的方向变反。产生的电磁转矩的方向也变反。若在轴上带上机械负载，则同步电机可以拖动机械负载转动，成为同步电动机正常运行。

综上所述，要使同步发电机从发电状态过渡到电动状态，可以将其轴上的驱动转矩变成负载阻转矩，同步电机就能够自动从发电机状态过渡到电动机状态。处于电动机状态运行的同步电机，与处于发电机状态时相比较，功角变成负值，电流的有功分量方向和产生的电磁转矩方向也都变反。

4-9、增加或减少同步电动机的励磁电流时，电动机内部磁场产生什么效应？

答：增加（或减少）同步电动机的励磁电流时，电动机内部的磁通增加（或减少），感应的电动势增大（或减小），为了使电动机电枢绕组感应的电动势与电源电压相平衡，电枢绕组的电流相位将发生变化，因此可以改变电动机从电网吸收电流的性质和大小。电动机电枢绕组的电流相位将发生变化后，将使电枢反应的去磁（或增磁）作用增加，从而使气隙合成的总磁通维持基本不变的状态。

也就是说，增加或减少同步电动机的励磁电流时，电动机内部磁场通过电枢反应，产生使磁势平衡的效应，从而达到磁势的新的平衡。

4-10、具有异步起动能力的同步电动机正常运行时，是否存在异步转矩，为什么？

答：具有异步起动能力的同步电动机之所以能够产生异步起动转矩是因为在其转子磁极上安装有象鼠笼异步电动机转子相似的短路绕组。在同步电动机转速还未达到同步转速时，电枢绕组产生的旋转磁场与转子磁极存在相对移动，因此能够感应电动势、感生电流、产生电磁转矩。而正常运行时，由于转子与电枢旋转磁场同步（没有相对移动），也就不会感应电动势、不会产生感生电流，因此也就不存在异步转矩了。

5-1、直流电机有哪些主要部件？各部件分别起什么作用？

答：直流电机的基本组成为定子和转子两部分。定子主要由主磁极、换向极、机座、端盖和电刷装置等组成，转子则由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。

定子上的主磁极是用来产生直流电机主磁场的；换向极则用于改善换向，减少因电磁原因而引起的电刷火花；机座和端盖是直流电机的固定支撑和防护部件，同时机座还是磁路的一部分。电刷装置是定子上的一个主要部件，其主要作用是将直流电机电枢绕组与外部电路连接起来。

转子的电枢铁心与主磁极铁心、机座等组成直流电机的磁路，且用于嵌放电枢绕组；电枢绕组的作用是用以感应电动势和通过电流，它是实现机电能量转换的重要部件；换向器是直流电机的一个典型部件，与电刷装置配合起“机械整流器”

的作用，可将电枢绕组中的交流电量（感应电动势、电流）变换为电刷两端的直流电量（电压、电流），或者将电刷两端的直流电量变换为电枢绕组中的交流电量。转子的转轴是支撑整个转子的部件，风扇则起通风散热的作用。 5-2、直流电机中感应电势与哪些因素有关？感应电势的性质与电机的运行方式有何关系？其方向如何判断？

答：由公式Ea=CeΦn可知，对已制成的直流电机，电枢电动势正比于每个极面下的磁通量Φ及电机的转速n。如果每个极面下的磁通量一定，则Ea∝n，故转速的快慢会影响电枢两端电动势大小；如果转速一定，则Ea∝Φ∝If。也就是说，调节励磁电流If，可改变每个主磁极产生的磁通Φ，从而可调节电枢电动势Ea的大小。

直流电机感应电势的性质有“正电势”和反电势之分。所谓“正电势”，就是电源的电动势，是表现将其它能量转换为电能具体的物理量。而反电势则是阻碍电流通过、与电源电压相平衡的电动势。感应电势的性质与电机的运行方式直接相关：对于直流发电机，轴上输入的机械能转换成电能后，在电枢绕组中就感应出电动势，当与负载连接，就可向外部电路提供电能，因此直流发电机电枢绕组的电动势是“正电势”，是电源的电动势。对于直流电动机，转子转动后也将在电枢绕组中感应电动势，它是消耗电能用于将电能转换成机械能的，它具有阻碍电流通过的特征，与电枢电流方向相反，因此直流电动机电枢绕组的电动势是反电势，是与电源电压相平衡的电动势。 要判断直流电机感应电势的性质，可以根据感应电势与电枢电流的方向进行判断：直流发电机，感应电势与电枢电流方向相同；直流电动机，感应电势与电枢电流方向相反。 5-3、直流电机中电磁转矩与哪些因素有关？电磁转矩的性质与电机的运行方式有何关系？

答：从电磁转矩公式T=CTΦIa可知，直流电机中电磁转矩与励磁If和电枢电流Ia有关。当电机励磁If不变，则每个主磁极产生的磁通Φ也不变，电磁转矩T与电枢电流Ia成正比；若电枢电流Ia不变，则电磁转矩T与励磁If或磁通Φ有关。励磁If越大，产生的主磁通Φ越大，电磁转矩T也越大。

直流电机中电磁转矩的性质可分为驱动转矩和制动转矩两种。如果电机作为电动机运行，直流电动机将电源提供的电能转换为机械能，因此电磁转矩是驱动性质的驱动转矩；如果电机作为发电机运行，直流发电机将机械能转换成电能，电磁转矩要与原动机提供的机械转矩相平衡，起阻碍电机转子转动的作用，因此其电磁转矩为阻碍性质的制动转矩。 5-4、直流电机的电磁功率是指什么？如何说明在直流电动机中由电能转换为机械

能？

答：直流电机是将直流电能和机械能相互转换的电气装置，其电磁功率就是指通过气隙进行转换的功率。从电能的角度看电磁功率为电枢绕组感应的电动势与电枢电流通过的电流的乘积，即为EaIa；从机械能的角度看电磁功率为电磁转与转子的角速度的乘积，即为TΩ。

当直流电动机接上直流电源后，将有电枢电流流过转子的电枢绕组，根据电动力定律电枢电流在定子主磁极产生主磁场的作用下将产生电磁转矩T，使转子转动，通过转轴向机械负载输出机械功率。转子转动后根据电磁感应定律电枢两端将感应电动势，从整个电路看，电枢通过电流Ia后，直流电动机感应的电动势Ea使电源提供的电压产生压降，因此，直流电动机用来进行机电转换的电磁功率为EaIa。而从机械角度看，转子受到电磁转矩T的驱动，产生角速度Ω，因此，直流电动机通过机电转换得到的电磁功率为TΩ，通过转轴的传送，就可向机械负载输出机械功率了。当然，电枢绕组通电后，也将消耗部分铜损耗；转子转动后，也将产生一定的机械损耗。因此可以这么说，电源向直流电动机提供直流电功率UIa，扣除电枢绕组等产生的损耗外，剩下的电功率转换成机械功率，即电磁功率：EaIa=TΩ，转换成的机械功率还要克服转子、转轴等消耗的摩擦损耗，然后才从轴上输出机械功率P2=T2Ω/这就是直流电动机中由电能（电功率）转换为机械能（机械功率）的过程。

5-6、试述发电机的空载特性曲线，它与磁极的磁化有何区别？又有何联系？ 答：直流电机磁路的磁化曲线是指电机主磁通与励磁磁动势的关系曲线Φ0=f(Ff)，电机的空载特性曲线是指电机在保持额定转速不变，空载电压与励磁电流的关系曲线U0=f(If)。由于U0=E=CeΦ0n∝Φ0，Ff=2NfIN∝If，因此，空载特性曲线的实质就是磁路的磁化曲线。即，两者的形状相似，只要选择合适的坐标量纲，两条曲线可以完全重合。它们的区别主要表现在具体所表示的含义上，磁化曲线的是电机磁路的磁性能，空载特性曲线则主要表示直流电机端电压调节的性能等。

5-7、何谓自励起压？直流发电机自励起压的条件是什么？

答：自励起压是指，自励发电机在没有外加励磁电源的情况下，原动机的拖动电枢转子转动，电枢绕组自动建立起电压。直流发电机自励起压的条件是：①发电机要有剩磁；②励磁电流磁场与剩磁场方向相同（或者说，电枢绕组与励磁绕组接线正确）；③励磁电路的电阻要小于建压临界电阻（或者说，励磁电路的电阻足够小）。

5-8、直流电机在各种不同励磁方式下，外部电流I、电枢电流Ia以及励磁电流If三者之间的关系如何？

答：直流电机的励磁方式一般有四种：他励、并励、串励和复励，如右图所示。其中，复励还可根据串励绕组的位置不同分为短复励和长复励。

他励：I=Ia，If由独立电源提供，与外部电流I、电枢电流Ia没有任何关系； 并励：对于直流电动机，I=Ia+If，外部电流I是电枢电流Ia与励磁电流If之和。对于直流发电机，I=Ia-If，外部电流I是电枢电流Ia与励磁电流If之差； 串励：I=If=Ia；外部电流I、电枢电流Ia以及励磁电流If完全相等；

短复励：对于直流电动机，Is=I=Ia+If，串励电流Is等于外部电流I是电枢电流Ia与并励电流If之和。对于直流发电机，Is=I=Ia-If，串励电流Is等于外部电流I是电枢电流Ia与并励电流If之差；

长复励：对于直流电动机，Is=Ia=I-If，串励电流Is等于电枢电流Ia是外部电流I与并励电流If之差。对于直流发电机，Is=I=Ia-If，串励电流Is等于电枢电流Ia是外部电流I与并磁电流If之和。

5-9、船用直流发电机的励磁方式一般采用何种方式？

答：船用直流发电机的励磁方式常采用复励方式，即可采用短复励接线，也可采用长复励接线。作为船舶主电源的直流发电机一般为平复励发电机。作为交流船上使用变流机组的直流发电机，一般要求具有软的或陡降的外特性，则应该采用差复励直流发电机（如起货机、舵机等使用的变流机组及船用直流电焊发电机）。

6-1、转子不动时，异步测速发电机为何没有电压输出？转动时，为何输出电压值与转速成正比，但频率却与转速无关？

答：当异步测速发电机的转子不动时，励磁绕组在其轴线方向上产生的脉振磁通与输出绕组的轴线方向垂直，因而不能在输出绕组中感应电势，也就无电压输出。转动时测速发电机（杯形）转子切割励磁绕组产生的脉振磁通，将在转子导体中感应电势、产生电流；此电流所产生的转子磁通与输出绕组轴线方向基本一致，输出绕组与转子这部分导体的关系就如变压器原副绕组的关系一样，因而输出绕