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同步发电机有功功率的输出当发电机空载时，定子绕组中的电流I=0，即电枢不会产生磁势。此时发电机中，只有由转子主磁的励磁磁势所建立的主磁场，如所示。这时发电机的端电压等于由主磁场产生的空载电势，原动机输给发电机的功率P1只要克服空载损耗就行了。同步发电机转子磁场与气隙磁场之间的夹角d（a）发电机空载时，d=0；（b）发电机带负荷时，d角的大小与负荷大小和性质有关当发电机定子绕组端接上负荷时（假定负荷是纯电阻性的），定子绕组中就出现了电流I，发电机向负荷输出有功功率，于是发电机转子受到一个制动转矩的作用
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空载特性发电机空载特性是指发电机以额定转速空载运行时其电势E0与励磁电流I1之间的关系曲线。当发电机处于空载运行状态，其端电压U就等于电势E0，因此该曲线也就是空载时端电压与励磁电流的关系曲线。电势决定于气隙磁通，空载时的气隙磁通决定于转子磁势，转子磁势又决定于励磁电流，所以这曲线表达了电机中“电”与“磁”的联系。做空载特性试验时，应维持发电机转速不变，逐渐增加励磁电流，直至端电压等于额定电压的130%时为止。在增加励磁电流的过程中，读取励磁电流值及与其对应的端电压值，便可以得到空载特性的上升分支。接着减小励磁电流，按上面方法读取数值，便得到下降分支。
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发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。后者又可分为同步发电机和异步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机。这种发电机的特点是由直流电流励磁，既能提供有功功率，也能提供无功功率，可满足各种负载的需要。
定子对称三相绕组通入对称三相交流电流，建立定子三相合成旋转电动势并产生旋转磁场。图中虚线表示某一瞬间定子旋转磁场的磁通，它以同步转速n1顺时针方向旋转，转子导体切割磁场产生感应电动势，感应电动势方向可用右手定则确定，电动势在闭路的转子绕组中产生电流。载流的转子绕组在旋转磁场中受到电磁力的作用，用左手定则可确定此时转子绕组受到一个顺时针方向电磁力和电磁转矩的作用，使转子以转速n随着定子旋转磁场的方向旋转。
换向用来改善直流电机的换向，又称附加，由铁芯和套在铁芯上的换向绕组组成，铁芯常用整块钢或厚钢板制成，匝数不多的换向绕组与电枢绕组串联，换向的数一般与主磁的数相同或减半，换向与电枢之间的气隙可以调整。功率很小的直流电机中，可以不装设换向。机座既是电机的外壳又是电机磁路的一部分，一般用低碳钢铸成或用钢板焊接而成，机座的两端有端盖。中小型电机前后端盖都装有轴承，用于支撑转轴。大型电机则采用座式滑动轴承。