第8章直流发电机

null第八章 直流发电机第八章 直流发电机null第一节 概述 供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和自励两大类，自励方式又分并励、串励和复励三种方式。1、他励发电机：直流发电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。如图所示。null2、并励发电机：发电机的励磁绕组与电枢绕组并联，由电机自身发出的端电压供给励磁电流。3、串励发电机：励磁绕组与电枢绕组串联。发电机的负载电流同时也是它本身的励磁电流。null4、复励发电机：并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。null第二节 直流发电机的运行原理运动方程式电动势平衡方程式（电气系统）转矩平衡方程式 （机械系统）功率方程式1、直流发电机稳态运行时的基本方程式 以他励直流电机为例 他励时，励磁电流由其他单独电源供给。稳态电路图如下所示。null电压平衡方程式null转矩平衡方程式null 2、稳态运行时的功率关系和电磁功率nullnull第三节 直流发电机的电枢反应 直流电机带上负载后，电枢绕组中有电流，电枢电流产生的磁动势称为电枢磁动势。 电枢磁动势的出现使电机的磁场发生变化。此时，电机中的气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立而产生的。所以，从空载到负载，气隙磁场变化了，即电枢磁动势对气隙磁场产生了影响。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。null 下图为一台电刷放在几何中性线的两极直流电机的电枢磁场分布情况。 假设励磁电流为零，只有电枢电流。由图可见电枢磁动势产生的气隙磁场在空间的分布情况。由于电刷和换向器的作用，尽管电枢在转动，但每个磁极下元件边中的电流方向还是不变的，所以电枢磁动势和它建立的电枢磁场是不动的，所以电枢磁动势的轴线与电刷轴线重合。 1、电枢磁动势的空间分布null 先讨论一个元件产生的电枢磁动势。null 如果每极下有4个元件边，均匀分布在电枢表面上，那么每个元件磁动势空间分布如右图所示，将4个矩形波叠加起来，就得到一个阶梯形波。null三角形波的幅值为：nullnull 1) 直轴电枢反应 2、发电机中的电枢反应电刷顺旋转方向转动，其直轴电枢反应磁势的方向与主极励磁磁动势方向相反，所以直轴电枢反应是去磁的；如果逆旋转方向移动，则是增磁的。 当励磁绕组中有励磁电流，电机带上负载后，气隙中的磁场是励磁磁动势与电枢磁动势共同作用的结果。null主磁场的磁通密度分布曲线电枢磁场磁通密度分布曲线两条曲线逐点叠加后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线2) 交轴电枢反应：null 空载时电机的物理中性线与几何中性线重合。负载后由于电枢反应的影响，每一个磁极下，一半磁场被增强，一半被削弱，物理中性线偏离几何中性线一个角度，磁通密度的曲线与空载时不同。 磁路不饱和时，主磁场被削弱的数量等于加强的数量，因此每极量的磁通量与空载时相同。电机正常运行于磁化曲线的膝部，磁路总是饱和的。主磁极增磁部分因磁密增加使饱和程度提高，铁心磁阻增大，增加的磁通少些，因此负载时每极磁通略为减少。即电枢反应为去磁性质。null 第四节 直流发电机的运行特性（一）空载特性 由于发电机的转速由原动机拖动产生，为一外施已知量，通常保持不变。null 直流发电机的空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。 空载特性表明直流发电机空载运行时，空载端电压与励磁电流的关系。实质上，表明直流电机的磁路的性质。null（二）外特性 即发电机端电压随负载变化的特性。外特性曲线如图所示。 由曲线可见，负载电流增大时，端电压有所下降。null 在并励发电机中，当端电压下降时，因为 ，所以励磁电流将减少，而励磁电流的减少引起气隙磁通以及感应电动势进一步减少，所以并励发电机的外特性比他励发电机的要低。null（三）短路电流（四）调节特性（五）效率曲线 直流发电机在正常运行时，如果电枢出线端发生短路，稳态短路电流将超过额定电流的十几倍或二三十倍，这样大的短路电流通常会引起换向器环火，对电机造成严重的损害。 当电机中的可变损耗等于不变损耗时，效率达到最大值。一般直流发电机在3/4额定负载时，效率最大。null 并励发电机是一种自励发电机，并励的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的条件称为自励条件。 并励发电机的自励条件 在直流电机的磁极铁心中，当励磁电流为零时，或多或少总有些剩磁存在。以此剩磁在电枢中感应微小的电压为基础，使直流发电机的电压逐渐上升至最后的稳定值，这一过程称为自励发电机的电压建起过程。null 由于电机磁路中总有一定剩磁，当发电机由原动机推动至额定转速时，发电机两端将发出一个数值不大的剩磁电压。而励磁绕组又是接到电枢两端的，于是在剩磁电压的作用下，励磁绕组将流过一个不大的电流，并产生一个不大的励磁磁动势。如果励磁绕组接法正确，即这个励磁磁动势的方向和电机的剩磁磁动势的方向相同，从而使电机内的磁通和由它产生的电枢端电压有所增加。在比较高的励磁电压作用下，励磁电流又进一步加大，导致磁通的进一步增加，继而电枢端电压又进一步加大。如此反复作用下去，发电机的端电压便自动建立起来。这就是发电机自励过程。null在自励过程中，发电机的电压是否会无限制地增长下去呢？ 曲线1为空载特性曲线 ，曲线2为励磁回路总电阻 特性曲线，也称场阻线 。 从图中可以清楚地看出，当发电机的电压上升到A点所对应的电压时，恰好等于励磁电流通过励磁回路所需的电阻压降，因此电枢电压和励磁电流都不会再增加，自励过程达到了稳定状态。null若再增加励磁回路电阻，发电机将不能自励。null可见，并励直流发电机的自励条件有：（1）电机的主磁路有剩磁（3）励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻（2）并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致