电机学课件-直流发电机

直流发电机欢迎来到直流发电机课程。本课程将深入探讨直流发电机的原理、结构和应用。我们将从基础知识开始，逐步深入了解这一重要的电力设备。引言定义直流发电机是将机械能转换为电能的装置，输出直流电。重要性在工业和日常生活中广泛应用，是电力系统的关键组成部分。课程目标理解直流发电机的工作原理、结构特点和性能特性。直流发电机的基本原理1电磁感应定律基于法拉第电磁感应定律，导体切割磁力线产生感应电动势。2磁场与导体相对运动通过旋转电枢或固定磁场，实现磁场与导体的相对运动。3换向与整流利用换向器将交变电动势转换为直流输出。电动势的产生磁场存在由永磁体或电磁铁提供稳定磁场。导体运动电枢绕组在磁场中旋转。切割磁力线导体切割磁力线，产生感应电动势。电动势累加多匝线圈中感应电动势叠加。磁通的形成永磁体磁通永磁体直接提供稳定磁场，磁通量恒定。适用于小功率发电机。电磁铁磁通通过励磁绕组产生磁场，磁通量可调。适用于大功率发电机。感应电动势的表达式基本公式E=K·Φ·n，其中E为感应电动势，K为常数，Φ为磁通量，n为转速。影响因素磁通量、转速和机器结构参数共同决定感应电动势大小。应用意义通过调节磁通量或转速可控制发电机输出电压。电磁转矩的产生1电流与磁场相互作用2洛伦兹力产生3力矩形成4电磁转矩作用于转子电磁转矩是发电机工作的基础，它源于电流与磁场的相互作用。直流发电机的结构定子包括机座、主磁极和换向极，提供稳定磁场。转子由电枢铁心、绕组和换向器组成，是发电的核心部件。电刷装置与换向器接触，收集和输出电流。发电机的主要组成部分电枢承载绕组，在磁场中旋转产生感应电动势。磁极提供磁场，可以是永磁体或电磁铁。换向器将交变电动势转换为直流输出。极片和换向器的作用极片集中和引导磁力线，增强磁场强度。形状设计影响磁场分布。换向器实现机械整流，将电枢绕组中的交变电动势转换为直流输出。由铜制扇形片组成。整流和换向的分析1电枢旋转导体切割磁力线产生交变电动势。2换向器分段换向器片与电刷接触，选择性导通。3电刷收集电刷在固定位置收集电流。4整流输出最终输出为脉动直流。直流发电机的特性曲线外特性曲线描述输出电压与负载电流的关系，反映发电机的调压性能。调节特性曲线表示保持输出电压不变时，励磁电流随负载电流的变化。空载特性曲线反映空载电压与励磁电流的关系，用于评估磁路饱和程度。电压方程和转矩方程电压方程U=E-IaRa，U为端电压，E为感应电动势，Ia为电枢电流，Ra为电枢电阻。转矩方程T=KΦIa，T为电磁转矩，K为常数，Φ为磁通量，Ia为电枢电流。馈入和流出功率的关系机械功率输入由原动机提供，等于电磁功率与机械损耗之和。电磁功率转换机械功率转换为电磁功率，考虑铁损。电气功率输出电磁功率减去电气损耗，得到最终输出功率。直流发电机的分类永磁式使用永磁体产生磁场，结构简单。他励式使用独立电源励磁，控制灵活。自励式包括串励、并励和复励型，利用自身输出进行励磁。永磁式直流发电机结构简单使用永磁体作为磁极，无需额外励磁电源。可靠性高无励磁绕组，减少故障点，维护简单。效率较高无励磁损耗，小功率应用中效率优势明显。输出稳定磁场强度恒定，输出电压相对稳定。励磁式直流发电机他励式使用独立电源提供励磁电流，控制灵活，适用于需要精确电压调节的场合。自励式利用自身输出进行励磁，包括串励、并励和复励型。结构简单，但输出特性各异。串励直流发电机1结构特点励磁绕组与电枢绕组串联。2工作原理负载电流即为励磁电流。3输出特性负载增加，输出电压降低。4应用场景适用于需要大启动转矩的场合。并励直流发电机结构特点励磁绕组与电枢绕组并联。工作原理利用输出电压进行自励磁。输出特性负载增加时，输出电压略有下降。应用场景适用于需要稳定电压输出的场合。复励直流发电机结构特点同时具有串联和并联励磁绕组。结合了串励和并励的优点。工作原理并励绕组提供基本磁场，串励绕组补偿负载变化。可实现较为理想的输出特性。直流发电机的损耗和效率1机械损耗2铁损3铜损4附加损耗5效率计算了解各类损耗对提高发电机效率至关重要。效率=输出功率/(输出功率+总损耗)。磁损耗和机械损耗磁损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。通过使用高质量硅钢片和增加层压厚度可以减少。机械损耗主要是轴承摩擦损耗和风损。可通过改进轴承设计和优化冷却系统来降低。电枢铜损和刷子接触损耗电枢铜损与电枢电流的平方成正比，可通过增大导线截面积减小。刷子接触损耗发生在电刷和换向器接触面，与电流和接触电阻有关。减少方法使用高质量电刷材料，优化电刷压力，保持换向器表面光滑。直流发电机的起动过程1检查准备检查机械连接、电气连接和冷却系统。2励磁建立对于他励式，接通励磁电源；自励式利用剩磁建立初始磁场。3速度提升原动机带动转子加速至额定转速。4电压建立感应电动势逐渐增加，输出电压上升。5负载接入达到额定电压后，逐步接入负载。发电机的并联运行目的提高供电可靠性，满足大功率负载需求，便于维护。条件电压相同，极性一致，特性曲线相近。操作步骤调整电压，检查相位，缓慢并入，调整负载分配。注意事项防止环流，保证负载均衡，监控运行状态。发电机的调速转速检测使用转速传感器实时监测。比较设定值将实际转速与设定值比较。控制信号生成根据偏差生成控制信号。调节原动机功率调整原动机输出以维持稳定转速。发电机的励磁调节电压反馈检测输出电压，与设定值比较。控制器根据偏差计算所需励磁电流。励磁系统调整励磁电流，控制磁场强度。发电机的应用领域发电机的维护和保养1定期检查检查轴承、电刷、换向器等关键部件的磨损情况。2清洁保养清除灰尘，保持通风良好，防止绝缘老化。3润滑按规定