同为这台模型电机,若将其两电刷端A和B接人直流电源,令直流电流经电刷和换向片进入绕组元件,则由式(1.2)可知,此时每个元件边都将受到电磁力F的作用,在图1.1(b)所示的电源极性下,F产生的电磁转矩T将推动电枢沿逆时针方向旋转,此时元件边虽交替轮换经过每一磁极下,但由于电刷和换向片的作用,每个磁极下的元件边中电流方向固定不变,因而F和T的作用方向亦不变,可以推动着电枢以一定转速持续运转。如果电机的转轴上带有机械负载,则轴上将有一定的机械功率输出,从而实现了电功率到机械功率之间的转换,此时的模型电机作直流电动机运行。
可见,直流发电机和直流电动机结构上无本质区别,电机实现机电能量转换的过程是可逆的。同一台直流电机,既可作直流发电机运行,也可作直流电动机运行,关键在于输入功率的性质。
进一步考察上述工作过程还可看出,当电机投入运行后,发电机原理和电动机原理总是同时出现的。当直流发电机向外部电路输出电功率时,处于主磁极下的绕组元件边必然变为载流导体并产生电磁转矩,其作用方向与发电机电枢的旋转方向相反,发电机中称为反转矩。正是由于反转矩对原动机拖动转矩的平衡作用,发电机转速才得以稳定在一定数值上,机电能量转换过程方能正常运行。同样,当电动机从轴上输出机械功率时,绕组元件边在主磁极下运动必然产生感应电动势,其作用方向与元件边中的电流方向相反,电动机中称之为反电动势。正是由于反电动势对外部电源电压的平衡作用,才得以将绕组元件中的电流限制在一定的数值上,从而也限制了电动机电磁转矩,使其与外部负载转矩保持平衡状态,机电能量转换过程才能正常进行。