电机原理及拖动（第4版）课件：直流发电机

《电机原理及拖动》

第4版2024/12/272

直流发电机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。直流发电机的励磁方式按照励磁方式直流发电机的分类（1）他励发电机：励磁电源由其他独立直流电源提供（2）自励发电机：用发电机本身发出的电给励磁绕组供电（3）自励发电机又可以分为：并励发电机、串励发电机、复励发电机2024/12/273他励发电机：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。如图所示他励直流发电机的电枢电流和负载电流相同，即：一、直流发电机的分类2024/12/274并励发电机：发电机的励磁绕组与电枢绕组并联。如图所示并励直流发电机的电枢电流等于负载电流与励磁电流之和，即：一、直流发电机的分类2024/12/275串励发电机：励磁绕组与电枢绕组串联。如图所示串励直流发电机的电枢电流、负载电流、励磁电流三者相等，即：一、直流发电机的分类2024/12/276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。如图所示一、直流发电机的分类长分接法短分接法2024/12/277二、直流发电机的基本方程式（一）电压平衡方程式规定各物理量的参考方向如图－＋电枢电动势：为电枢回路总电阻，为正负电刷与换向器表面的接触压降。则电动势平衡方程为：从方程式可见直流发电机2024/12/278二、直流发电机的基本方程式（二）电磁转矩和转矩平衡方程直流发电机轴上有三个转矩：原动机输入的驱动转矩电磁转矩：机械摩擦及铁损引起的空载转矩为

转矩平衡方程为：2024/12/279二、直流发电机的基本方程式（三）功率平衡方程式将（1-23）式两边同乘旋转角速度：原动机输入给发电机的机械功率为输入直流发电机后扣除空载损耗，为电磁功率空载损耗包括：机械摩擦损耗铁损耗附加损耗2024/12/2710二、直流发电机的基本方程式（三）功率平衡方程式将（1-22）式两边同乘电枢电流：电磁功率是转换出的总功率，他与输出功率之间还差电枢回路的电阻铜损耗2024/12/2711二、直流发电机的基本方程式他励直流发电机功率流程图如果是自励发电机，还应考虑励磁功率2024/12/2712三、直流发电机运行特性（一）空载特性定义：当n=C1I=0U=f(If)时，空载时，U=Ea。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。直流发电机的空载特性是非线性的，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。2024/12/2713三、直流发电机运行特性（一）空载特性Uo＝f(If)

空载特性可以通过实验的手段得到。电位计接法平均空载特性曲线2024/12/2714三、直流发电机运行特性（二）外特性定义：当n=nNIf=IfN

U=f(I)时，负载电流增大时，端电压有所下降。外特性曲线2024/12/2715三、直流发电机运行特性（二）外特性根据以下公式可知，发电机端电压下降有两个原因：一、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；

二、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。对于并励电机：端电压下降使If下降，去磁作用更明显，端电压下降更多。2024/12/2716三、直流发电机运行特性（三）电压调整率从空载到负载，电压下降的程度由电压变化率来表示。U0是空载时的端电压，一般他励直流发电机的电压变化率约为5％--10%2024/12/2717三、直流发电机运行特性（二）外特性定义：当n=C1

U=C2

If=f(I)时，特性曲线如图所示转速一定，负载电流变化时，为维持他励直流发电机的端电压不变，需要调节励磁电流。负载电流增大，励磁电流也增大。2024/12/2718四、并励直流发电机（一）自励条件

原动机带动发电机旋转时，如果主磁极有剩磁，则电枢绕组切割剩磁通感应电动势。在电动势作用下励磁回路产生If

。如果励磁绕组和电枢绕组连接正确，If产生与剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，电动势增大，If增加。如此不断增长，直到励磁绕组两端电压与If

Rf相等时，达到稳定的平衡工作点A。2024/12/2719四、并励直流发电机自励过程

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。它的斜率就是在建立正常电压过程中励磁电流在上升：增大Rf

，场阻线变为曲线4时，Rf称为临界电阻，与空载特性直线部分重合电机没有稳定运行点。2024/12/2720四、并励直流发电机自励过程

若再增加励磁回路电阻，场阻线变为曲线3时，它可以在很低的稳定点上运行（见书上B点），不能建立正常输出电压，发电机将不能自励。2024/12/2721并励直流发电机自励的特征发电机自励时的稳定点为励磁回路场阻线与空载特性的交点。电机的转速发生变化，空载特性曲线改变，稳定工作点也改变。不同的转速，具有不同的临界电阻四、并励直流发电机2024/12/2722并励直流发电机自励条件（1）电机的主磁路有剩磁，可通过“充磁”获得（2）并联在电枢绕组两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致（3）励磁回路的总电阻小于该转速下的临界电阻四、并励直流发电机2024/12/2723并励直流发电机的空载特性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。但是由于励磁电压不能反向，所以它的空载特性曲线只在第一象限。四、并励直流发电机2024/12/2724并励直流发电机外特性并励发电机的外特性U=f(I)与他励相比，下降更快。因为除了有他励电机的两个下降因素外，还因为电压下降会导致励磁电流的降低，在电压下降较大时励磁电流明显减小磁路退出饱和，外特性出现“拐弯”（见书图中1-27）所以并励电机外特性有以下特点：(1)负载增大时，端电压下降较快；(2)外特性有拐弯现象;四、并励直流发电机2024/12/2725并励直流发电机外特性当负载电阻减到一定程度，由于励磁电流下降导致电