電機(jī)學(xué)課件-直流發(fā)電機(jī)

直流發(fā)電機(jī)歡迎來(lái)到直流發(fā)電機(jī)課程。本課程將深入探討直流發(fā)電機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。我們將從基礎(chǔ)知識(shí)開始，逐步深入了解這一重要的電力設(shè)備。引言定義直流發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，輸出直流電。重要性在工業(yè)和日常生活中廣泛應(yīng)用，是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。課程目標(biāo)理解直流發(fā)電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能特性。直流發(fā)電機(jī)的基本原理1電磁感應(yīng)定律基于法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2磁場(chǎng)與導(dǎo)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)電樞或固定磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)與導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3換向與整流利用換向器將交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為直流輸出。電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生磁場(chǎng)存在由永磁體或電磁鐵提供穩(wěn)定磁場(chǎng)。導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)電樞繞組在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)。切割磁力線導(dǎo)體切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)累加多匝線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)疊加。磁通的形成永磁體磁通永磁體直接提供穩(wěn)定磁場(chǎng)，磁通量恒定。適用于小功率發(fā)電機(jī)。電磁鐵磁通通過(guò)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁通量可調(diào)。適用于大功率發(fā)電機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式基本公式E=K·Φ·n，其中E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，K為常數(shù)，Φ為磁通量，n為轉(zhuǎn)速。影響因素磁通量、轉(zhuǎn)速和機(jī)器結(jié)構(gòu)參數(shù)共同決定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小。應(yīng)用意義通過(guò)調(diào)節(jié)磁通量或轉(zhuǎn)速可控制發(fā)電機(jī)輸出電壓。電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生1電流與磁場(chǎng)相互作用2洛倫茲力產(chǎn)生3力矩形成4電磁轉(zhuǎn)矩作用于轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩是發(fā)電機(jī)工作的基礎(chǔ)，它源于電流與磁場(chǎng)的相互作用。直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子包括機(jī)座、主磁極和換向極，提供穩(wěn)定磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子由電樞鐵心、繞組和換向器組成，是發(fā)電的核心部件。電刷裝置與換向器接觸，收集和輸出電流。發(fā)電機(jī)的主要組成部分電樞承載繞組，在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。磁極提供磁場(chǎng)，可以是永磁體或電磁鐵。換向器將交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為直流輸出。極片和換向器的作用極片集中和引導(dǎo)磁力線，增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度。形狀設(shè)計(jì)影響磁場(chǎng)分布。換向器實(shí)現(xiàn)機(jī)械整流，將電樞繞組中的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為直流輸出。由銅制扇形片組成。整流和換向的分析1電樞旋轉(zhuǎn)導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)。2換向器分段換向器片與電刷接觸，選擇性導(dǎo)通。3電刷收集電刷在固定位置收集電流。4整流輸出最終輸出為脈動(dòng)直流。直流發(fā)電機(jī)的特性曲線外特性曲線描述輸出電壓與負(fù)載電流的關(guān)系，反映發(fā)電機(jī)的調(diào)壓性能。調(diào)節(jié)特性曲線表示保持輸出電壓不變時(shí)，勵(lì)磁電流隨負(fù)載電流的變化。空載特性曲線反映空載電壓與勵(lì)磁電流的關(guān)系，用于評(píng)估磁路飽和程度。電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程電壓方程U=E-IaRa，U為端電壓，E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，Ia為電樞電流，Ra為電樞電阻。轉(zhuǎn)矩方程T=KΦIa，T為電磁轉(zhuǎn)矩，K為常數(shù)，Φ為磁通量，Ia為電樞電流。饋入和流出功率的關(guān)系機(jī)械功率輸入由原動(dòng)機(jī)提供，等于電磁功率與機(jī)械損耗之和。電磁功率轉(zhuǎn)換機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電磁功率，考慮鐵損。電氣功率輸出電磁功率減去電氣損耗，得到最終輸出功率。直流發(fā)電機(jī)的分類永磁式使用永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。他勵(lì)式使用獨(dú)立電源勵(lì)磁，控制靈活。自勵(lì)式包括串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)型，利用自身輸出進(jìn)行勵(lì)磁。永磁式直流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用永磁體作為磁極，無(wú)需額外勵(lì)磁電源?？煽啃愿邿o(wú)勵(lì)磁繞組，減少故障點(diǎn)，維護(hù)簡(jiǎn)單。效率較高無(wú)勵(lì)磁損耗，小功率應(yīng)用中效率優(yōu)勢(shì)明顯。輸出穩(wěn)定磁場(chǎng)強(qiáng)度恒定，輸出電壓相對(duì)穩(wěn)定。勵(lì)磁式直流發(fā)電機(jī)他勵(lì)式使用獨(dú)立電源提供勵(lì)磁電流，控制靈活，適用于需要精確電壓調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。自勵(lì)式利用自身輸出進(jìn)行勵(lì)磁，包括串勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)型。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出特性各異。串勵(lì)直流發(fā)電機(jī)1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。2工作原理負(fù)載電流即為勵(lì)磁電流。3輸出特性負(fù)載增加，輸出電壓降低。4應(yīng)用場(chǎng)景適用于需要大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合。并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。工作原理利用輸出電壓進(jìn)行自勵(lì)磁。輸出特性負(fù)載增加時(shí)，輸出電壓略有下降。應(yīng)用場(chǎng)景適用于需要穩(wěn)定電壓輸出的場(chǎng)合。復(fù)勵(lì)直流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)同時(shí)具有串聯(lián)和并聯(lián)勵(lì)磁繞組。結(jié)合了串勵(lì)和并勵(lì)的優(yōu)點(diǎn)。工作原理并勵(lì)繞組提供基本磁場(chǎng)，串勵(lì)繞組補(bǔ)償負(fù)載變化?？蓪?shí)現(xiàn)較為理想的輸出特性。直流發(fā)電機(jī)的損耗和效率1機(jī)械損耗2鐵損3銅損4附加損耗5效率計(jì)算了解各類損耗對(duì)提高發(fā)電機(jī)效率至關(guān)重要。效率=輸出功率/(輸出功率+總損耗)。磁損耗和機(jī)械損耗磁損耗包括磁滯損耗和渦流損耗。通過(guò)使用高質(zhì)量硅鋼片和增加層壓厚度可以減少。機(jī)械損耗主要是軸承摩擦損耗和風(fēng)損。可通過(guò)改進(jìn)軸承設(shè)計(jì)和優(yōu)化冷卻系統(tǒng)來(lái)降低。電樞銅損和刷子接觸損耗電樞銅損與電樞電流的平方成正比，可通過(guò)增大導(dǎo)線截面積減小。刷子接觸損耗發(fā)生在電刷和換向器接觸面，與電流和接觸電阻有關(guān)。減少方法使用高質(zhì)量電刷材料，優(yōu)化電刷壓力，保持換向器表面光滑。直流發(fā)電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程1檢查準(zhǔn)備檢查機(jī)械連接、電氣連接和冷卻系統(tǒng)。2勵(lì)磁建立對(duì)于他勵(lì)式，接通勵(lì)磁電源；自勵(lì)式利用剩磁建立初始磁場(chǎng)。3速度提升原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子加速至額定轉(zhuǎn)速。4電壓建立感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)逐漸增加，輸出電壓上升。5負(fù)載接入達(dá)到額定電壓后，逐步接入負(fù)載。發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行目的提高供電可靠性，滿足大功率負(fù)載需求，便于維護(hù)。條件電壓相同，極性一致，特性曲線相近。操作步驟調(diào)整電壓，檢查相位，緩慢并入，調(diào)整負(fù)載分配。注意事項(xiàng)防止環(huán)流，保證負(fù)載均衡，監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電機(jī)的調(diào)速轉(zhuǎn)速檢測(cè)使用轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。比較設(shè)定值將實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定值比較。控制信號(hào)生成根據(jù)偏差生成控制信號(hào)。調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)功率調(diào)整原動(dòng)機(jī)輸出以維持穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)電壓反饋檢測(cè)輸出電壓，與設(shè)定值比較。控制器根據(jù)偏差計(jì)算所需勵(lì)磁電流。勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)整勵(lì)磁電流，控制磁場(chǎng)強(qiáng)度。發(fā)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)電機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)1定期檢查檢查軸承、電刷、換向器等關(guān)鍵部件的磨損情況。2清潔保養(yǎng)清除灰塵，保持通風(fēng)良好，防止絕緣老化。3潤(rùn)滑按規(guī)定