电机学22ch22直流发电机

1、第二十二章 直流发电机 主要内容他励直流发电机的运行特性 并励直流发电机的运行特性 复励直流发电机的运行特性 直流发电机的四个基本物理量： U、I、If、n。（n由原动机拖动，保持不变），运行特性指在U、I、If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。 空载特性：n常数， I常数， Uf（If）； 外特性：n常数， If常数，Uf（I）； 调整特性：n常数， U常数，Iff（I）。 第一节 他励直流发电机的运行特性 这一节介绍直流发电机的运行特性，先分析比较简单的他励式开路特性，又叫空载特性。一、空载特性 空载特性是指原动机的转速n=nN，输出端开路，负载电流I=0（Ia=0）

2、时，电枢端电压与励磁电流之间的关系，即：U0=E0=(If)。因为U0，IfFf，故本质上也就是发电机的磁化曲线。 空载特性可以由实验测出，接线图如图22-1所示，开关Q断开，试验中，使原动机转速保持n=nN，调节励磁回路电阻rj，使励磁电流If单调增加，直到使空载电压U0约为（1.11.3）UN为止，然后使 If逐步单调减小到零，记录79组下降分支的数据If和U0，即可作出关系曲线如图22-2所示，称为空载特性曲线。 图22-1 他励发电机特性实验接线图 图22-2 他励发电机空载曲线 注意到If 减小到零时，发电机有一个不大的电压，即为剩磁电压Ur。数值约为额定电压的2%4%。把曲线延长，

3、交横坐标于O点，并将纵轴左移 ，就得到使用的空载特性曲线， 为对应剩磁作用的励磁电流。 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，线性部分测取的数据可稀疏一些，非线性部分测取的数据需密集一些，这样得到的曲线较准确。 另外，励磁电流相同时，Ean，即空载特性曲线与转速有关，对于不同的给定转速，空载特性曲线将会与转速成正比地上、下移动，实验时一定要保持额定转速。空载特性曲线是电机最基本的特性曲线，它既是电机设计制造情况的综合反应，也可利用它来求出电机的其它特性，用途较广。但需要说明，无论是何种励磁方式的直流发电机，其空载特性均由他励接线方式测定。二、外特性外特性是指原

4、动机的转速n=nN，励磁电流If=IfN时，电枢端电压与负载电流之间的关系，即：U=(I)。 实验接线图仍采用图22-1，记录直流发电机的额定励磁电流I f N和额定转速nN。合上开关Q，调节负载电阻RL，使负载电流稍稍有些过载后逐渐减小到零，记录57组电压和负载电流值，画出对应的曲线即得外特性曲线，如图22-3所示，这是一条略微下垂的曲线，也就是直流发电机的端电压随负载电流增加而有所减小。 图22-3 他励直流发电机外特性试验时的接线图 根据直流发电机端电压方程式从空载到负载电压下降的原因有： 1）负载增大，电枢电流增大，使电枢回路电阻压降增大，则端电压下降； 2)电枢电流增大，使电枢反应的

5、去磁作用增强，端电压进一步下降。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从额定负载（U=UN，I=IN）过渡到空载（U=U0，I=0）时，电压升高的数值与额定电压的百分比，即：通常他励直流发电机的电压变化率u%约为（510）%。他励发电机在额定励磁下短路，短路电流 Ik=U0/Ra，由于Ra很小，短路电流大，可为额定电流的20-30倍，故他励发电机不允许在额定励磁下发生持续短路。 三、调整特性 调整特性是指原动机的转速n=nN，保持极端电压U=UN时，励磁电流与负载电流之间的关系，即If=(I)。调整特性曲线如图22-4。 图22-4 他励发电机

6、的调整特性 可见，在负载电流变化时，若保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对输出端电压的影响。 第二节 并励直流发电机的运行特性 他励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，可采用并励，这样就不需设制专门的直流励磁电源，并励发电机应用较多。与他励发电机相比，其运行特点主要是在自励过程（即建压过程）和外特性两方面。并励式直流发电机就是要将励磁绕组和电枢绕组并联，为了测量的需要，串入电流表和可调电阻，如图22-5所示。 图22-5 并励直流发电机试验接线图 一、建压过程与建压条件 励磁回路的伏安特性为Rf=Uf/If，也称磁场电阻线，如图

7、22-6所示，显然励磁回路电阻值增大，磁场电阻线斜率增大。发电机在自励过程中，端电压U0与励磁电流If的关系依然为发电机的空载特性，图22-6中的A点为空载特性曲线和磁场电阻线的交点。 图22-6 并励发电机的建压过程 当发电机在原动机带动下以恒定的额定转速nN运转时，在有剩磁条件下，电枢绕组切割剩磁，则电枢绕组中产生感应电动势Er（约为25%UN），从而在发电机电枢两端建立剩磁电压Ur，在剩磁电压Ur作用下，产生不大的励磁电流If1（If1=Ur/Rf）。此励磁电流通过励磁绕组会产生磁场，磁场的方向如果与剩磁方向一致，则主磁通得以加强，使电枢端电压进一步提高到U1，升高的端电压加在励磁回路，

8、又使励磁电流增大到If2，主磁通更加强。如此反复，最终增加到两曲线的交点A即为建立的电压稳定点，建压过程结束，这一过程如图22-6所示。 可见并励直流发电机的建压条件：1）电机必须有剩磁；2）励磁绕组与电枢绕组的接法要正确，即使励磁电流产生的磁通方向与剩磁方向一致；3）励磁回路总电阻应小于该转速下的临界电阻(即电阻线与空载特性线性段重合时对应的电阻，如图22-6中曲线3所示)。实际应用中，并励直流发电机自励而电压未能建立时，应先减小励磁回路的外串电阻；若电压不能建立，再改变励磁绕组与电枢绕组连接的极性；若电压仍不能建立，则应考虑可能没有剩磁，充磁后，再进行自励发电。 二、并励直流发电机的空载特

9、性并励直流发电机的励磁绕组和电枢绕组并联，空载时电枢电流等于励磁电流，而励磁电流只占额定电流的(13)%。因为If（13）IN，所以忽略电枢反应和电阻压降，故仍可认为 U0Ea，这样并励直流发电机的空载路特性曲线就和他直流发电机的相同。 三、并励直流发电机的外特性并励发电机的外特性不同于他励发电机，是指原动机的转速n=nN，Rf等于常数时，电枢端电压与负载电流之间的关系，即U=(I)。实验接线图如图22-5所示，保持转速恒定，调节励磁电阻rj，完成建压过程，合上开关Q，并逐步减小RL，记录端电压和负载电流的几组值，画出对应的曲线就是其外特性曲线，如图22-7所示。 图22-7 直流发电机的外特

10、性 图22-7说明并励发电机端电压比他励发电机端电压下降得快。因为他励发电机在负载电流增加时，使端电压下降得原因只是电枢回路的电阻压降和电枢反应的去磁作用，而并励发电机的励磁绕组与电枢绕组并联，当发电机端电压下降，导致励磁电流减少，使磁通变弱，则电枢电动势降低，从而使端电压进一步下降，它的电压变化率u%可达（2030）%。 并励发电机外特性的突出特点是负载电流有“拐弯”现象，这是由于在电枢回路I=U/RL，当电压下降不多时，电机的磁路比较饱和，励磁电流If的减小使电压U的减小不大，于是负载电流I随RL的减小而增大；当I增大到临界电流Icr（约为额定电流的23倍）后，电压U的持续下降，已使If的

11、取值进入低饱和或不饱和区，If的减小使电压U急速下降，从而使得I不断减小，直到短路，RL=0，U=0，If=0，短路电流为Ik0=Ur/Ra，其中Ur为剩磁电压，数值很小。所以，并励发电机的稳态短路电流Ik0不大。 第三节 复励直流发电机的运行特性 复励发电机有并励绕组和串励绕组两个励磁绕组，接线图如图22-8所示。若串励磁动势与并励磁动势方向相同，称为积复励。在积复励发电机中，并励绕组起主要作用，保证空载时产生额定电压，而串励绕组的作用是随着负载电流的增加而增磁，从而补偿了并励绕组的去磁作用。所以复励发电机能在一定范围内自动调整端电压的变化。 若能保证额定负载时的端电压仍为额定值，称为平复励；若串励绕组过度补偿，使额定负载时端电压高于