第8章直流发电机ppt课件

1、第一节第一节 概述概述 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 1、他励发电机：直流发、他励发电机：直流发电机的励磁电流由其它电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。如直流电源单独供给。如下图。下图。2 2、并励发电机：发电机、并励发电机：发电机的励磁绕组与电枢绕组并的励磁绕组与电枢绕组并联，由电机自身发出的端联，由电机自身发出的端电压供给励磁电流。电压供给励磁电流。3 3、串励发电机：励磁、串励发电机：励磁绕组与电枢绕组串联。绕组与电枢绕组串联。发电机的负载电流同发电机的负载电流同时也是它本身的励磁时也是它本身的励磁电流。电流。4 4

2、、复励发电机：并励和串励两种励磁方式的、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。组串联，一个与电枢绕组并联。第二节第二节 直流发电机的运行原理直流发电机的运行原理运动方程式运动方程式电动势平衡方程式电气系统）电动势平衡方程式电气系统）转矩平衡方程式转矩平衡方程式 （机械系统）（机械系统）功率方程式功率方程式1、直流发电机稳态运行时的基本方程式、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。fUfIaEaRaIU电压

3、平衡方程式电压平衡方程式aaaaaaadiEUI RLUI Rdt从方程式可见，直流发电机从方程式可见，直流发电机aEUaeECnfffUR I转矩平衡方程式转矩平衡方程式10dTTTJdt电磁转矩：电磁转矩：TaTCIT0T1T原动机输入给发电机的驱动转矩为原动机输入给发电机的驱动转矩为 ，电磁转，电磁转矩矩 为制动性质的，机械摩擦及铁损引起的空为制动性质的，机械摩擦及铁损引起的空载转矩载转矩 。平衡方程为：。平衡方程为：10TTT 2、稳态运行时的功率关系和电磁功率、稳态运行时的功率关系和电磁功率1PaaaEUI R22aaaaacuE IUIIRPp10TTT10TTT 10PTp 26

4、0260MaaaapzpznPE InIITaa电磁功率fp自励发电机中还应减去励磁损耗自励发电机中还应减去励磁损耗原动机输入给发电机的机械功率原动机输入给发电机的机械功率 ，有一部，有一部分为空载损耗，包括机械摩擦损耗、铁耗等，分为空载损耗，包括机械摩擦损耗、铁耗等，扣除空载损耗后的功率为电磁功率扣除空载损耗后的功率为电磁功率 。1PMP102MCumFePPppppP21pPp 第三节第三节 直流发电机的电枢反应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

5、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。电枢磁动势对气隙磁场的影响称为电枢反应。 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 先讨论一个元件产生的电枢磁动势。 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

6、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。 如果认为直流电机电枢上有无穷多整距元件分布，则电枢磁动势在气隙圆周方向空间分布呈三角波，如图中 所示。aF三角形波的幅值为：三角形波的幅值为：式中， 为线负荷。A4222aaazizAFipp 由于主磁极下气隙长度基本不变，而两个主磁极之间，气隙长度增加得很快，致使电枢磁动势产生的气隙磁通密度为对称的马鞍型，如图中 所示。axBaBaF0aaFB 1) 直轴电枢反应 2、发电机中的电枢反应当电刷不在几何中线而在电枢表面移动了一段距离当电刷不在几何中线而在电枢表面移动了一段距离时，每极电枢磁动势沿气隙可以分成两个分量：与时，每

7、极电枢磁动势沿气隙可以分成两个分量：与励磁磁动势轴重合的直轴磁势励磁磁动势轴重合的直轴磁势 和与电枢磁动势轴和与电枢磁动势轴重合的交轴磁势重合的交轴磁势 。 adFaqF电刷顺旋转方向转动，其直轴电枢反应磁势的方向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。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。xB0axBxB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

8、后得到负载时气隙磁场的磁通密度分布曲线2) 2) 交轴电枢反应：交轴电枢反应： 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。 第四节 直流发电机的运行特性（一空载特性（一空载特性1nC0I ()fUf I定义：当定义：当 、

9、时，时， 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。 空载时， 。由于 ，因此空载特性实质上就是 。由于 正比于 ，所以空载特性曲线的形状与空载磁化特性曲线相同。0UE0eECn0()fEf I0E 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。空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线UfI 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。（二外特性（二外特性NnnffNII( )Uf I定义：当定义：当 、 时，时， 即发电机端电压随负载变化的特性。

10、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。他励并励U0U0IeaaUCnI R 根据 可知，端电压下降有两个原因：一是在励磁电流一定情况下，负载电流增大，电枢反应的去磁作用使每极磁通量减少，使电动势减少；另一个原因是电枢回路上的电阻压降随负载电流增大而增加，使端电压下降。 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。fffIUR他励并励U0U0I（三短路电流（三短路电流（四调节特性（四调节特性（五效率曲线（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

11、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。U 常数( )fIf I定义：当定义：当 时，时， 当电机中的可变损耗等于不变损耗时，效率达到最大值。一般直流发电机设计在3/4额定负载时，效率最大。aI0 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，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

12、足建压的条件称为自励条件。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。 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

13、。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。fI0U10fIA20U在自励过程中，发电机的电压是否会无限制地增在自励过程中，发电机的电压是否会无限制地增长下去呢？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 。 0fffUI RfR 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。00()fUf IfI0U10fIA20U3增大增大 ，场阻线变为曲线，场阻线变为曲线3 3时，时， 称为临界电称为临界电阻阻 。如下图。如下图。fRfRcrR若再增加励磁回路电阻，发电