電機(jī)原理及拖動（第4版）課件：直流發(fā)電機(jī)

《電機(jī)原理及拖動》

第4版2024/12/272

直流發(fā)電機(jī)供給勵磁繞組電流的方式稱為勵磁方式。分為他勵和自勵兩大類，自勵方式又分并勵、串勵和復(fù)勵三種方式。直流發(fā)電機(jī)的勵磁方式按照勵磁方式直流發(fā)電機(jī)的分類（1）他勵發(fā)電機(jī)：勵磁電源由其他獨立直流電源提供（2）自勵發(fā)電機(jī)：用發(fā)電機(jī)本身發(fā)出的電給勵磁繞組供電（3）自勵發(fā)電機(jī)又可以分為：并勵發(fā)電機(jī)、串勵發(fā)電機(jī)、復(fù)勵發(fā)電機(jī)2024/12/273他勵發(fā)電機(jī)：直流電機(jī)的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。如圖所示他勵直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：一、直流發(fā)電機(jī)的分類2024/12/274并勵發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。如圖所示并勵直流發(fā)電機(jī)的電樞電流等于負(fù)載電流與勵磁電流之和，即：一、直流發(fā)電機(jī)的分類2024/12/275串勵發(fā)電機(jī)：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。如圖所示串勵直流發(fā)電機(jī)的電樞電流、負(fù)載電流、勵磁電流三者相等，即：一、直流發(fā)電機(jī)的分類2024/12/276復(fù)勵發(fā)電機(jī)：并勵和串勵兩種勵磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。如圖所示一、直流發(fā)電機(jī)的分類長分接法短分接法2024/12/277二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式（一）電壓平衡方程式規(guī)定各物理量的參考方向如圖－＋電樞電動勢：為電樞回路總電阻，為正負(fù)電刷與換向器表面的接觸壓降。則電動勢平衡方程為：從方程式可見直流發(fā)電機(jī)2024/12/278二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式（二）電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩平衡方程直流發(fā)電機(jī)軸上有三個轉(zhuǎn)矩：原動機(jī)輸入的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩：機(jī)械摩擦及鐵損引起的空載轉(zhuǎn)矩為

轉(zhuǎn)矩平衡方程為：2024/12/279二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式（三）功率平衡方程式將（1-23）式兩邊同乘旋轉(zhuǎn)角速度：原動機(jī)輸入給發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率為輸入直流發(fā)電機(jī)后扣除空載損耗，為電磁功率空載損耗包括：機(jī)械摩擦損耗鐵損耗附加損耗2024/12/2710二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式（三）功率平衡方程式將（1-22）式兩邊同乘電樞電流：電磁功率是轉(zhuǎn)換出的總功率，他與輸出功率之間還差電樞回路的電阻銅損耗2024/12/2711二、直流發(fā)電機(jī)的基本方程式他勵直流發(fā)電機(jī)功率流程圖如果是自勵發(fā)電機(jī)，還應(yīng)考慮勵磁功率2024/12/2712三、直流發(fā)電機(jī)運行特性（一）空載特性定義：當(dāng)n=C1I=0U=f(If)時，空載時，U=Ea。由于因此空載特性實質(zhì)上就是。由于正比于，所以空載特性曲線的形狀與空載磁化特性曲線相同。直流發(fā)電機(jī)的空載特性是非線性的，上升與下降的過程是不相同的。實際中通常取平均特性曲線作為空載特性曲線。2024/12/2713三、直流發(fā)電機(jī)運行特性（一）空載特性Uo＝f(If)

空載特性可以通過實驗的手段得到。電位計接法平均空載特性曲線2024/12/2714三、直流發(fā)電機(jī)運行特性（二）外特性定義：當(dāng)n=nNIf=IfN

U=f(I)時，負(fù)載電流增大時，端電壓有所下降。外特性曲線2024/12/2715三、直流發(fā)電機(jī)運行特性（二）外特性根據(jù)以下公式可知，發(fā)電機(jī)端電壓下降有兩個原因：一、在勵磁電流一定情況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通量減少，使電動勢減少；

二、原因是電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓下降。對于并勵電機(jī)：端電壓下降使If下降，去磁作用更明顯，端電壓下降更多。2024/12/2716三、直流發(fā)電機(jī)運行特性（三）電壓調(diào)整率從空載到負(fù)載，電壓下降的程度由電壓變化率來表示。U0是空載時的端電壓，一般他勵直流發(fā)電機(jī)的電壓變化率約為5％--10%2024/12/2717三、直流發(fā)電機(jī)運行特性（二）外特性定義：當(dāng)n=C1

U=C2

If=f(I)時，特性曲線如圖所示轉(zhuǎn)速一定，負(fù)載電流變化時，為維持他勵直流發(fā)電機(jī)的端電壓不變，需要調(diào)節(jié)勵磁電流。負(fù)載電流增大，勵磁電流也增大。2024/12/2718四、并勵直流發(fā)電機(jī)（一）自勵條件

原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，如果主磁極有剩磁，則電樞繞組切割剩磁通感應(yīng)電動勢。在電動勢作用下勵磁回路產(chǎn)生If

。如果勵磁繞組和電樞繞組連接正確，If產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使主磁路磁通增加，電動勢增大，If增加。如此不斷增長，直到勵磁繞組兩端電壓與If

Rf相等時，達(dá)到穩(wěn)定的平衡工作點A。2024/12/2719四、并勵直流發(fā)電機(jī)自勵過程

曲線1為空載特性曲線，曲線2為勵磁回路總電阻特性曲線也稱場阻線。它的斜率就是在建立正常電壓過程中勵磁電流在上升：增大Rf

，場阻線變?yōu)榍€4時，Rf稱為臨界電阻，與空載特性直線部分重合電機(jī)沒有穩(wěn)定運行點。2024/12/2720四、并勵直流發(fā)電機(jī)自勵過程

若再增加勵磁回路電阻，場阻線變?yōu)榍€3時，它可以在很低的穩(wěn)定點上運行（見書上B點），不能建立正常輸出電壓，發(fā)電機(jī)將不能自勵。2024/12/2721并勵直流發(fā)電機(jī)自勵的特征發(fā)電機(jī)自勵時的穩(wěn)定點為勵磁回路場阻線與空載特性的交點。電機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，空載特性曲線改變，穩(wěn)定工作點也改變。不同的轉(zhuǎn)速，具有不同的臨界電阻四、并勵直流發(fā)電機(jī)2024/12/2722并勵直流發(fā)電機(jī)自勵條件（1）電機(jī)的主磁路有剩磁，可通過“充磁”獲得（2）并聯(lián)在電樞繞組兩端的勵磁繞組極性要正確，使勵磁電流產(chǎn)生的磁場方向與剩磁方向一致（3）勵磁回路的總電阻小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻四、并勵直流發(fā)電機(jī)2024/12/2723并勵直流發(fā)電機(jī)的空載特性并勵發(fā)電機(jī)的空載特性與一般電機(jī)的空載特性一樣，也是磁化曲線。但是由于勵磁電壓不能反向，所以它的空載特性曲線只在第一象限。四、并勵直流發(fā)電機(jī)2024/12/2724并勵直流發(fā)電機(jī)外特性并勵發(fā)電機(jī)的外特性U=f(I)與他勵相比，下降更快。因為除了有他勵電機(jī)的兩個下降因素外，還因為電壓下降會導(dǎo)致勵磁電流的降低，在電壓下降較大時勵磁電流明顯減小磁路退出飽和，外特性出現(xiàn)“拐彎”（見書圖中1-27）所以并勵電機(jī)外特性有以下特點：(1)負(fù)載增大時，端電壓下降較快；(2)外特性有拐彎現(xiàn)象;四、并勵直流發(fā)電機(jī)2024/12/2725并勵直流發(fā)電機(jī)外特性當(dāng)負(fù)載電阻減到一定程度，由于勵磁電流下降導(dǎo)致電