第二十三章__直流发电机

1、直流电机篇直流电机篇第 五 篇第二十三章第二十三章 直流发电机直流发电机本章节基本要求：本章节基本要求：掌握并励直流发电机的自励过程以及自励的条件；掌握并励直流发电机的自励过程以及自励的条件；理解直流发电机的电动势、功率和转矩这三个基本方程式，并理解直流发电机的电动势、功率和转矩这三个基本方程式，并能用相应的方程式解决相关的直流发电机的问题；能用相应的方程式解决相关的直流发电机的问题；掌握他励直流发电机的空载特性、外特性和调节特性；知道并掌握他励直流发电机的空载特性、外特性和调节特性；知道并励直流发电机的特性；了解复励直流发电机的外特性。励直流发电机的特性；了解复励直流发电机的外特性。本章节重

2、点和难点：本章节重点和难点：重点重点: :并励直流发电机的自励过程及条件；直流发电机的基本方并励直流发电机的自励过程及条件；直流发电机的基本方程式；直流发电机的运行特性。程式；直流发电机的运行特性。难点难点: :并励发电机的自励过程；转矩方程式的导出；空载特性和并励发电机的自励过程；转矩方程式的导出；空载特性和外特性。外特性。 直流发电机是把直流发电机是把机械能机械能转化为转化为直流电能直流电能的机器。它主要作为的机器。它主要作为直流电动机直流电动机、电解电解、电镀电镀、电冶炼电冶炼、充电充电及交流发电机的及交流发电机的励磁励磁等等所需的所需的直流电源直流电源。虽然在需要直流电的地方，也用电力

3、整流元件，。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电变成直流电，但从使用方便、运行的可靠性及某些工作把交流电变成直流电，但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看，性能方面来看，交流电整流交流电整流还不能和还不能和直流发电机直流发电机相比。相比。 直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电机即可作为直流电机是电机的主要类型之一。一台直流电机即可作为发发电机电机使用，也可作为使用，也可作为电动机电动机使用，用作直流发电机可以得到使用，用作直流发电机可以得到直流直流电源电源，而作为直流电动机，由于其具有，而作为直流电动机，由于其具有良好的调速性能良好的调速性能，在许多，在许多调速性能

4、要求较高的场合，仍得到广泛使用。调速性能要求较高的场合，仍得到广泛使用。 供给发电机励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为供给发电机励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励他励和和自励自励两大类，自励方式又分两大类，自励方式又分并励并励、串励串励和和复励复励三种方式。三种方式。aEaIUI+ +- -fIfU+ +- -aEaIUI+ +- -fIaEaIU+ +- -fIaEaIU2fI+ +- -1fIfaIII特点特点: :励磁磁场与励磁磁场与电枢电流无关，电枢电流无关，永永磁直流电机也属于磁直流电机也属于他励直流电机。他励直流电机。faIII特点特点: :励磁电压等于励磁电压等于电枢绕组

5、端电压，励电枢绕组端电压，励磁电流随电枢两端的磁电流随电枢两端的电压的变化而变化。电压的变化而变化。faIII特点特点: :励磁电励磁电流等于电枢电流等于电枢电流。流。2f2f1faIIIII;特点特点: :兼有并励兼有并励和串励。和串励。 他励他励直流发电机运行特性好，但励磁回路需一直流电源供直流发电机运行特性好，但励磁回路需一直流电源供电，若实际应用中没有条件，可采用电，若实际应用中没有条件，可采用并励并励，这样就不需设制专门，这样就不需设制专门的直流励磁电源了。的直流励磁电源了。并励发电机并励发电机是应用较为是应用较为广泛广泛的直流发电机，的直流发电机，因为它的因为它的励磁电流励磁电流取

6、自发电机本身而取自发电机本身而不需要不需要其他直流电源供给其他直流电源供给励励磁磁。第一节第一节 并励直流发电机的自励条件并励直流发电机的自励条件如图所示为一并励发电机的接线图。如图所示为一并励发电机的接线图。S-S-隔离开关；隔离开关；R RL L-负载；负载；r rj j-磁场调节电阻磁场调节电阻 并励发电机是一种电机并励发电机是一种电机直接反馈系统。就性质而言，直接反馈系统。就性质而言，并励发电机的并励发电机的自励是一种正自励是一种正反馈作用反馈作用，即输出量回授到，即输出量回授到输入端，以加强系统的输入输入端，以加强系统的输入量，使发电机的电压逐步建量，使发电机的电压逐步建立起来。立起

7、来。 问题：问题：在发电机投入运行时，励磁绕组中并无电流，电枢绕在发电机投入运行时，励磁绕组中并无电流，电枢绕组又如何能使发电机的电压逐步建立起来呢组又如何能使发电机的电压逐步建立起来呢? ? 并励发电机刚投入运行时，电压并励发电机刚投入运行时，电压尚未建立尚未建立，励磁电流，励磁电流I If f=0=0，此时要使旋转的电枢绕组能产生电动势并开始发电，则发电机的此时要使旋转的电枢绕组能产生电动势并开始发电，则发电机的铁芯必须要有铁芯必须要有剩磁剩磁，才能产生最初的电动势，从而获得最初的，才能产生最初的电动势，从而获得最初的励励磁电流磁电流。一般的说，电机的主磁极通常总有。一般的说，电机的主磁极

8、通常总有剩磁剩磁存在。存在。 当发电机在原动机带动下以恒定的当发电机在原动机带动下以恒定的额定转速额定转速n nN N运转时，在有运转时，在有剩磁剩磁条件下，电枢绕组切割条件下，电枢绕组切割剩磁剩磁，则电枢绕组中产生，则电枢绕组中产生感应电势感应电势ErEr（约为（约为2 25%UN5%UN），从而在发电机电枢两端建立），从而在发电机电枢两端建立剩磁电压剩磁电压UrUr，在剩，在剩磁电压磁电压UrUr作用下，产生一个不大的作用下，产生一个不大的励磁电流励磁电流I If f（I If f=Ur/R=Ur/Rf f），此电），此电流所产生的励磁磁势，如果其方向与剩磁方向相同而形成正反馈流所产生的励

9、磁磁势，如果其方向与剩磁方向相同而形成正反馈作用，则气隙磁场得以作用，则气隙磁场得以加强加强，使电枢的感应电势，使电枢的感应电势升高升高，端电压的，端电压的升高，又使升高，又使励磁电流增大励磁电流增大，回授进一步增大，气隙，回授进一步增大，气隙磁场更加强磁场更加强，如此反复，最终使如此反复，最终使电枢端电压建立电枢端电压建立。 直流发电机励磁回路的场阻线是直流发电机励磁回路的场阻线是: :励磁回路的电阻压降和励励磁回路的电阻压降和励磁电流成正比的关系曲线，即磁电流成正比的关系曲线，即U=IU=If fR Rf f。如图所示的。如图所示的曲线曲线2 2。 直流发电机的空载特性是直流发电机的空载特

10、性是: :空载时端电压空载时端电压U U和励磁电流和励磁电流I If f的关的关系曲线，即系曲线，即U=f(IU=f(If f) )。如图所示的。如图所示的曲线曲线1 1。fI0U12F 图中交点图中交点F F就是自励时发电机的就是自励时发电机的稳定运行工作点稳定运行工作点( (额定点额定点) )。NfINU 利用图象进一步分析并励发电利用图象进一步分析并励发电机的建压过程，如图所示。机的建压过程，如图所示。rUfrIabUabI 在自励过程中，发电机的电压在自励过程中，发电机的电压是否会无限制地增长下去呢？是否会无限制地增长下去呢？问题问题: :并励直流发电机的自励建压过程并励直流发电机的自

11、励建压过程说明说明 当励磁磁势建立的气隙磁场，感应产生的当励磁磁势建立的气隙磁场，感应产生的端电压端电压恰好等于该恰好等于该励磁电流通过励磁回路所需的励磁电流通过励磁回路所需的电阻压降电阻压降，励磁回路便没有了使励，励磁回路便没有了使励磁电流再增加的磁电流再增加的电压差电压差，自励将达到，自励将达到稳定值稳定值。 一般的说，电机的主磁极通常总有一般的说，电机的主磁极通常总有剩磁剩磁存在，原动机拖动存在，原动机拖动转子旋转，电枢绕组切割转子旋转，电枢绕组切割剩磁场剩磁场，产生一个不大的，产生一个不大的剩磁感应电剩磁感应电势势。 这一电势加到这一电势加到励磁绕组励磁绕组将产生一个不大的将产生一个不

12、大的励磁电流励磁电流。该励。该励磁电流产生的磁电流产生的磁势磁势如果和如果和剩磁剩磁同方向，将相互加强，会建立起同方向，将相互加强，会建立起稳定电压。稳定电压。 该励磁电流产生的该励磁电流产生的磁势磁势如果和如果和剩磁剩磁反方向，将相互减弱，反方向，将相互减弱，无法建立稳定电压。无法建立稳定电压。 可见可见励磁绕组的接线方式励磁绕组的接线方式对建立电压很重要。对建立电压很重要。 fI0U U12FNfINU 若空载特性曲线与励磁电阻线有确定的交点，就有确定的稳若空载特性曲线与励磁电阻线有确定的交点，就有确定的稳定空载电压。定空载电压。 若增大励磁电阻若增大励磁电阻R Rf f，励磁电阻线的，励

13、磁电阻线的斜率斜率增大，交点增大，交点F F左移，自励建立的空载端电压左移，自励建立的空载端电压降低降低，如图所示，如图所示曲线曲线3 3。3F F 若继续增大励磁电阻若继续增大励磁电阻R Rf f，励磁电阻线的，励磁电阻线的斜率继续增大，当斜率继续增大，当两线交点很低或无交点，两线交点很低或无交点，空载端电压就建立不起来，空载端电压就建立不起来，如图所示曲线如图所示曲线4 4。4 若励磁电阻若励磁电阻R Rf f增大到某一个数值时，励磁电阻线恰与空载特增大到某一个数值时，励磁电阻线恰与空载特性的直线部分相切时，性的直线部分相切时，两线无固定的交点。此时，自励建立的空两线无固定的交点。此时，自

14、励建立的空载端电压就不能稳定在某一数值上，载端电压就不能稳定在某一数值上，如图所示曲线如图所示曲线5 5。5 5 与空载特性曲线相切的电阻线称为临界场阻线与空载特性曲线相切的电阻线称为临界场阻线。对应的励磁对应的励磁电阻值称为临界电阻。电阻值称为临界电阻。 必须明确，必须明确，发电机的转速不同时，空载特性也不同。因此，发电机的转速不同时，空载特性也不同。因此，对应于不同的转速便有不同的临界电阻，转速降低，与之相对应对应于不同的转速便有不同的临界电阻，转速降低，与之相对应的临界电阻也随之减小。的临界电阻也随之减小。 如果励磁绕组本身的电阻即已超过所对应的临界电阻值，电如果励磁绕组本身的电阻即已超

15、过所对应的临界电阻值，电机是机是不可能自励不可能自励的，这时的，这时唯一的办法唯一的办法是提高电机的是提高电机的转速转速，从而，从而提提高高其临界其临界电阻值电阻值。 实际应用中，并励直流发电机自励而电压未能建立时，实际应用中，并励直流发电机自励而电压未能建立时，应先应先减小减小励磁回路的励磁回路的外串电阻外串电阻，看电压是否能建立，不行再，看电压是否能建立，不行再改变改变励磁励磁绕组与电枢绕组连接的绕组与电枢绕组连接的极性极性，若电压还不能建立，则应考虑，若电压还不能建立，则应考虑可能可能没有剩磁没有剩磁，充磁充磁后，再进行后，再进行自励发电自励发电。并励发电机自励建压条件：并励发电机自励建

16、压条件： 1.1.电机中要有剩磁电机中要有剩磁；2.2.励磁绕组与电枢绕组并接正确；励磁绕组与电枢绕组并接正确；3.3.励磁回励磁回路电阻应小于电机运行转速相对应的建压临界电阻。路电阻应小于电机运行转速相对应的建压临界电阻。 问题：问题：并励直流发电机能自励的基本条件是什么？若某台并并励直流发电机能自励的基本条件是什么？若某台并励发电机正转能自励，其他条件不变，以同样的速度反转能否自励发电机正转能自励，其他条件不变，以同样的速度反转能否自励？此时应如何处理？励？此时应如何处理？1.1.并励发电机自励建立稳定电压的条件：并励发电机自励建立稳定电压的条件：(1)(1)电机应有剩磁。电机应有剩磁。若

17、无剩磁，可用外加直流电源向励磁绕组通若无剩磁，可用外加直流电源向励磁绕组通电，即电，即“充磁充磁”，使电机剩磁得到恢复。，使电机剩磁得到恢复。(2)(2)励磁绕组与电枢的联接要与电枢转向正确配合，使励磁电流励磁绕组与电枢的联接要与电枢转向正确配合，使励磁电流产生的磁场与剩磁方向一致。产生的磁场与剩磁方向一致。若发现接法不对，只要将励磁绕组若发现接法不对，只要将励磁绕组并联到电枢的两端点对调一下即可。并联到电枢的两端点对调一下即可。(3)(3)励磁回路的总电阻应小于与发电机转速相对应的临界电阻。励磁回路的总电阻应小于与发电机转速相对应的临界电阻。电机转速越高，其临界电阻值越大。一般发电机都在额定

18、转速下电机转速越高，其临界电阻值越大。一般发电机都在额定转速下运行，故调节励磁回路总电阻小于此时的临界电阻即可。运行，故调节励磁回路总电阻小于此时的临界电阻即可。2.2.并励发电机正转能自励，其他条件不变，以同样的速度反转不并励发电机正转能自励，其他条件不变，以同样的速度反转不能自励能自励3.3.只要将励磁绕组并联到电枢的两端点对调一下即可。只要将励磁绕组并联到电枢的两端点对调一下即可。第二节第二节 直流发电机的基本方程直流发电机的基本方程 直流发电机稳定运行时，电动势、功率和转矩等方面分别存直流发电机稳定运行时，电动势、功率和转矩等方面分别存在一定的平衡关系，这些平衡方程式是表征发电机运行状

19、态的基在一定的平衡关系，这些平衡方程式是表征发电机运行状态的基本方程式，综合反映了电机内部基本的电磁关系。发电机的基本本方程式，综合反映了电机内部基本的电磁关系。发电机的基本方程式与其励磁方式有关。方程式与其励磁方式有关。 发电机在原动机驱动下旋发电机在原动机驱动下旋转，电枢绕组切割磁感线感应转，电枢绕组切割磁感线感应电动势，电动势方向可用右手电动势，电动势方向可用右手定则判断。发电机带上负载后，定则判断。发电机带上负载后，电动势决定了电枢电流的方向，电动势决定了电枢电流的方向，即电枢电流与电动势方向相同，即电枢电流与电动势方向相同，如图所示。如图所示。并励发电机并励发电机的示意图的示意图并励

20、发电机并励发电机的接线图的接线图 按示意图中规定的各物理量方向，由基尔霍按示意图中规定的各物理量方向，由基尔霍夫电压定律可得电枢回路的电动势方程式为夫电压定律可得电枢回路的电动势方程式为: :aaaRIUE 式中式中: :RaRa为电枢回路的总电阻，它包括电枢绕组、换向为电枢回路的总电阻，它包括电枢绕组、换向绕组、补偿绕组的电阻以及电刷和换向器间的接触电阻等。绕组、补偿绕组的电阻以及电刷和换向器间的接触电阻等。 由接线图可知，对于并励发电机，由基尔由接线图可知，对于并励发电机，由基尔霍夫电流定律可得霍夫电流定律可得: :faIIIffRUI式中式中: :I I为输出的负载电流，为输出的负载电流

21、，I If f为励磁电流。为励磁电流。 上式表明上式表明: :直流发电机的直流发电机的EaUEaU，这是判断直流这是判断直流电机运行在发电机状态的依据。电机运行在发电机状态的依据。且且EaEa决定了决定了IaIa的方的方向，即向，即EaEa与与IaIa同方向。同方向。1 1P PM MP P2 2P PP PF Fe eP PP PCuaCuaP PCufCufP P 并励发电机的功率流程图，并励发电机的功率流程图，如图所示。如图所示。 由流程图可得由流程图可得功率平衡方功率平衡方程式程式为为: :)(1pppPPFeM01pPPM)p(pPPCufCuaM2pPP12ppppFe0并励发电机

22、的总损耗。CufCuaFepppppp电磁功率电磁功率P PM M可用对应的可用对应的电磁转矩电磁转矩M M表示表示为为: :aaaaMIEnIaNpnIaNpMP606022aaaaMIEnIaNpnIaNpMP606022 由上式可知，由上式可知，电磁功率电磁功率P PM M一方面表现为一方面表现为电功率电功率E Ea aI Ia a，另一方，另一方面表现为面表现为机械功率机械功率MM。同时两者之间又存在相互转化。因此，。同时两者之间又存在相互转化。因此，电磁功率电磁功率P PM M表明了直流电机通过表明了直流电机通过电磁感应电磁感应实现了实现了机电能量机电能量的转化。的转化。01pPPM

23、01pPPM代代入入上上式式和和将将0011MpMPMPM，01MMM 式中式中:M:M1 1-原动机输入的转矩；原动机输入的转矩； M-M-发电机的电磁转矩；发电机的电磁转矩； M M0 0-发电机的空载转矩。发电机的空载转矩。 01MMM发电机转矩平衡关系图发电机转矩平衡关系图 由上式可知，当发电机转速由上式可知，当发电机转速 n n 为常数时，原动机输入的为常数时，原动机输入的驱动驱动转矩转矩M M1 1的一部分用来克服的一部分用来克服空载转空载转矩矩M M0 0，剩下的转换为发电机的，剩下的转换为发电机的电电磁转矩磁转矩M M , ,如图所示。如图所示。 从而说明了，原动机输入的从而说

24、明了，原动机输入的驱动转矩驱动转矩 M M1 1被被空载转矩空载转矩 M M0 0和和电电磁转矩磁转矩M M 这两个制动转矩所平衡。其中这两个制动转矩所平衡。其中空载转矩空载转矩在在空载空载时就存在，时就存在，而而电磁转矩电磁转矩只有有了只有有了电枢电流电枢电流才存在。才存在。%10012PP例题例题: :一台并励直流发电机数据为：一台并励直流发电机数据为：P PN N=82kW=82kW，U UN N=230V=230V，n nN N=970r/min=970r/min，电枢绕组总电阻，电枢绕组总电阻Ra=0.0259Ra=0.0259，并励绕组，并励绕组内阻内阻R Rf f=22.8=22

25、.8，额定负载时，并励回路串入的调节电阻，额定负载时，并励回路串入的调节电阻R Rff=3.5=3.5，p pFeFe+p+p=2.5kW=2.5kW，附加损耗，附加损耗p p=0.005PN=0.005PN，试求，试求额定负载时，发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩额定负载时，发电机的输入功率、电磁功率、电磁转矩和效率。和效率。（1 1）求电磁功率）求电磁功率励磁电流为：励磁电流为：)(75. 85 . 38 .22230ARRUIffNf额定负载电流为：额定负载电流为：)(52.35623010823AUPINNN电枢电流为：电枢电流为：电枢电势为：电枢电势为：电磁功率为：电磁功率为：)(

26、27.36575. 852.356AIIIfNa)(5 .239029. 027.365230VRIUEaaNa)(5 .8727.3655 .239kWIEPaaM（2 2）求输入功率）求输入功率)(4 .9082005. 05 . 25 .871kWpppPPFeM（3 3）求电磁转矩）求电磁转矩)(5 .861970105 .8755. 955. 93mNnPMNM（4 4）求效率）求效率%7 .90%1004 .9082%10012PP 直流发电机有直流发电机有四个基本物理量四个基本物理量：U U、I I、I If f、n n。（。（n n由原动机由原动机拖动，保持不变）拖动，保持不变

27、） 运行特性运行特性：在：在U U、I I、I If f 之间，保证其中一个量不变，另外之间，保证其中一个量不变，另外两个物理量之间的函数关系。两个物理量之间的函数关系。主要特性：主要特性：（1 1）n n常数，常数， I I常数，常数， U Uf f（I If f）；负载特性；负载特性（2 2）n n常数，常数， I If f常数，常数，U Uf f（I I）；外特性；外特性（3 3）n n常数，常数， U U常数，常数，I If ff f（I I）；调节特性；调节特性第三节第三节 直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性 运行特性与直流发电机的励磁方式有关运行特性与直流发电机的励磁方式有关

28、，在分析过程，可以，在分析过程，可以假定原动机的转速不变，即发电机的转速假定原动机的转速不变，即发电机的转速n=nn=nN N= =常数常数，且，且电刷处于电刷处于几何中性线几何中性线上。下面我们分别讨论上。下面我们分别讨论他励他励、并励并励和和复励复励发电机的运发电机的运行特性。行特性。负载特性负载特性U Uf(If(If f) )在负载电流在负载电流I I0 0时，时， 即为即为空载特性空载特性。空载时空载时aEU nCEea n n等于常数等于常数aE)()(0ffIfIfu空载特性实质即为磁化曲线空载特性实质即为磁化曲线确定磁路和运行点的饱和程度确定磁路和运行点的饱和程度 空载特性可以

29、由实验空载特性可以由实验测得，实验接线图如所示。测得，实验接线图如所示。调节调节R RffI If f单调单调增长增长U=1.1-1.3 UU=1.1-1.3 UN NI If f单调减小至单调减小至0 0I If f反向单调增长反向单调增长U=U=（1.1-1.31.1-1.3）U UN NI If f单调减小至单调减小至0 0 实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据，在测取实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据，在测取的数据中应包含额定点，电压可测取到的数据中应包含额定点，电压可测取到U U0 0= =（1.1-1.31.1-1.3）U UN N为止，为止，线性部分测取的数据可稀疏

30、一些，非线性部分测取的数据可密集线性部分测取的数据可稀疏一些，非线性部分测取的数据可密集一些，这样得到的曲线较准确。实验可测取上、下两个分支曲线，一些，这样得到的曲线较准确。实验可测取上、下两个分支曲线，一般取平均值作为空载特性曲线。另外，一般取平均值作为空载特性曲线。另外，特性曲线与转速有关，特性曲线与转速有关，实验时一定要保持额定转速。实验时一定要保持额定转速。 空载特性实验空载特性实验注意事宜注意事宜: : 空载特性曲线空载特性曲线空载特性曲线上升分支空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线平均空载特性曲线UfI 直流发电机的空载特性是非线直流发电机的

31、空载特性是非线性的的，上升与下降的过程是不相性的的，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同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。作为空载特性曲线。 空载特性曲线说明空载特性曲线说明: : 空载特性可以由实验测出空载特空载特性可以由实验测出空载特性曲线，它是电机最基本的特性曲线，性曲线，它是电机最基本的特性曲线，它反映了它反映了电机磁路的饱和电机磁路的饱和情况，发电情况，发电机额定电压工作点一般在曲线弯曲处，机额定电压工作点一般在曲线弯曲处，如图中如图中A A点。点。 图中可看出，随着图中可看出，随着I If f的增大的增大, , U U0 0将逐渐增大。但由于电机磁路磁

32、饱将逐渐增大。但由于电机磁路磁饱和的影响，空载特性曲线的形状与和的影响，空载特性曲线的形状与电机的磁化曲线形状相似。电机的磁化曲线形状相似。 若额定电压工作在若额定电压工作在A A点以下点以下，说明，说明磁路不饱和磁路不饱和，铁芯得不到，铁芯得不到充分利用，充分利用，不经济不经济；同时；同时很小的磁动势变化很小的磁动势变化，就会引起电动势，就会引起电动势和端电压的和端电压的较大变动较大变动，使，使电压不稳定电压不稳定。若额定电压工作在。若额定电压工作在A A点之点之上上，磁路过分饱和磁路过分饱和，要获得额定电压就需要，要获得额定电压就需要较多的励磁磁动势，较多的励磁磁动势，这样这样铜耗和用铜量

33、铜耗和用铜量都会都会增加增加，也，也不经济不经济。Nnn fNfII )(IfU 定义：当定义：当 、 时时， 外特性可以由实验测出，实验接线图外特性可以由实验测出，实验接线图如所示。如所示。调节调节R RL LI I从零增至额定值从零增至额定值n n不变不变I If f不变不变I IU U外特性曲线外特性曲线0 01 1 他励他励12 2 并励并励2N NU UNI问题问题: :外特性曲线外特性曲线是一条稍是一条稍略微下斜略微下斜的曲线原因的曲线原因? ?aaeaaaRInCRIEU 负载增大，电枢电流增大，负载增大，电枢电流增大，使电枢回路使电枢回路电阻压降电阻压降增大，则增大，则端电压下

34、降端电压下降；电枢电流增大，使电枢反应电枢电流增大，使电枢反应的的去磁作用增强去磁作用增强，电动势电动势( (端电端电压压) )进一步下降。进一步下降。 由于电枢反应的去磁作用和内部的由于电枢反应的去磁作用和内部的电压降，所以，随着负载电流电压降，所以，随着负载电流I I的增加，的增加，外特性曲线外特性曲线将会将会下降下降。曲线上。曲线上C C点点为为额定额定运行点运行点，如图所示。，如图所示。 I IU U0 01 1 他励他励12 2 并励并励2N NU UNIC CU U 发电机端电压随负载变化而变化的发电机端电压随负载变化而变化的程度，可用程度，可用电压变化率电压变化率UU来衡量。如来

35、衡量。如图所示图所示: : 发电机的端电压随负载的变化程度可用电压变化率（或称电发电机的端电压随负载的变化程度可用电压变化率（或称电压调整率）表示。电压变化率是指发电机在额定转速压调整率）表示。电压变化率是指发电机在额定转速n=nn=nN N下从额下从额定负载定负载（U=UU=UN N，I If f=I=IfNfN）过渡到空载（过渡到空载（U=UU=U0 0，I=0I=0）时，电压升高）时，电压升高的数值与额定电压的百分比，即：的数值与额定电压的百分比，即：%100%0NNUUUU 通常他励直流发电机的电压变化率通常他励直流发电机的电压变化率U%U%约为约为（5-105-10）% %，说明变化

36、不大，可认说明变化不大，可认为是为是恒压电源恒压电源。由于其励磁电流的调节不。由于其励磁电流的调节不受电枢电压限制，因此调节范围大，但需受电枢电压限制，因此调节范围大，但需要独立直流电源，要独立直流电源，设备复杂设备复杂。适用于要求。适用于要求电压可调范围大电压可调范围大，负载电流变化时电压又，负载电流变化时电压又比较稳定的比较稳定的中型中型和和大型大型机组。机组。 外特性曲线是一条重外特性曲线是一条重要的曲线，它是选用发电要的曲线，它是选用发电机的依据之一。机的依据之一。1Cn2CU )(IfIf定义：当定义：当 、 时时， 外特性曲线如图所示外特性曲线如图所示 他励发电机的调节他励发电机的

37、调节特性曲线特性曲线实验实验接线接线图如图如所示所示问题问题: :调节特性曲线是随着负载电流增大而调节特性曲线是随着负载电流增大而向上翘向上翘的曲线的曲线? ? 当负载电流增大时，必须增加励磁电流去当负载电流增大时，必须增加励磁电流去补偿补偿电枢反应的电枢反应的去磁作用去磁作用和和内部的电压降内部的电压降，才能保持端电压不变。，才能保持端电压不变。 并励发电机的空载特性与一般电机的空并励发电机的空载特性与一般电机的空载特性一样，也是磁化曲线。由于励磁电压载特性一样，也是磁化曲线。由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限，如图所示。象限，如图所

38、示。 并励发电机的空载运行时，并励发电机的空载运行时，Ia=IIa=If f，由于，由于励磁电流励磁电流I If f很小，很小，则电枢电流则电枢电流IaIa也很小，故电枢回路也很小，故电枢回路电阻压降电阻压降IaRaIaRa也很小，可以认也很小，可以认为为Ea=UEa=U0 0。因此，并励发电机的空载特性可用他励发电机接线图实。因此，并励发电机的空载特性可用他励发电机接线图实验测定。验测定。 并励发电机的外特性与他励发电机并励发电机的外特性与他励发电机相似，也是一条下降曲线，如图所示。相似，也是一条下降曲线，如图所示。 对并励发电机，除了像他励发电机对并励发电机，除了像他励发电机存在的存在的电

39、枢反应去磁作用电枢反应去磁作用和和电枢回路上电枢回路上的电阻压降使端电压下降外的电阻压降使端电压下降外，还有第三，还有第三个原因：由于上述两个原因使个原因：由于上述两个原因使 并励直流发电机的电压变化率并励直流发电机的电压变化率U%U%约为（约为（20-4020-40）% %。并励直。并励直流发电机的调整特性中的励磁电流的增加值需比他励直流发电机流发电机的调整特性中的励磁电流的增加值需比他励直流发电机更大些，因而并励直流发电机的调整特性曲线更高。更大些，因而并励直流发电机的调整特性曲线更高。 并励直流发电机通常只用于供电线路较短的场合，如同步电并励直流发电机通常只用于供电线路较短的场合，如同步

40、电机的励磁机和蓄电池充电电源等。机的励磁机和蓄电池充电电源等。 复励发电机的外特性界于并励发电机与串励发电机外特性之间。复励发电机的外特性界于并励发电机与串励发电机外特性之间。复励的程度决定于串联励磁与并联励磁的相对强度，并联励磁复励的程度决定于串联励磁与并联励磁的相对强度，并联励磁通常要比串联励磁强的多。通常要比串联励磁强的多。 有平复励（恰好补偿）、超复励（过补偿）、欠复励之分。有平复励（恰好补偿）、超复励（过补偿）、欠复励之分。三、复励发电机的外特性三、复励发电机的外特性 复励直流发电机中同复励直流发电机中同时有时有并励绕组并励绕组和和串励绕组串励绕组。若若并励绕组并励绕组磁通势与磁通势

41、与串励串励绕组绕组磁通势方向磁通势方向相反相反时，时，称称差复励差复励，这种直流发电，这种直流发电机的外特性如图中曲线机的外特性如图中曲线5 5所示所示, ,是一条颇陡的曲线，是一条颇陡的曲线，不难看到，即使负载短路，不难看到，即使负载短路，端电压等于零，电流也不端电压等于零，电流也不会太大，故适用于要求恒会太大，故适用于要求恒电流的场合，如电焊机等。电流的场合，如电焊机等。 若并励绕组磁通势与串励绕组磁通势方向若并励绕组磁通势与串励绕组磁通势方向相同时，称相同时，称积复励积复励。这时随着负载电流的。这时随着负载电流的增大，串励磁通势将促使电压上升，有抵增大，串励磁通势将促使电压上升，有抵消电枢电阻压降和电枢去磁的作用。