直流发电机无功摆动原因分析及对策.doc

摘 要 随着社会的不断进步，工业技术的不断发展，在工业应用中，直流发电机可以在不同的工作环境中连续运行，因此也会出现多种问题。因此对于直流发电机常见问题的研究在生产生活中具有重要的现实意义。 其中直流发电机无功摆动现象就是常见的问题之一针对此问题，在此次设计中，通过查阅资料和网络，以及相关的手册，得到了一些所需要的内容。 本文简单介绍了直流发电机的工作原理，直流发电机的结构，直流发电机的特点，直流发电机的工作特性，直流发电机无功摆动现象的原因以及对策，并总结了常见直流发电机不发电的原因。 关键词：直流发电机 工作原理 结构 无功摆动 ABSTRACT With the constant progress of the society, the continuous development of industrial technology, in industrial applications, DC generator can work in different environments in continuous operation, so there will be a variety of problems. So for DC generator common research problem in production and life has important practical significance. The DC generator reactive power oscillation phenomenon is the common problem of the pin to this problem, in this design, through access to information and network, as well as related to the manual, obtained some of the required content. This paper briefly introduces the working principle of the DC generator, DC generator structure, the characteristics of DC generator, DC generator operating characteristics, DC generator reactive power oscillation phenomenon and countermeasure, and summarizes the common causes of DC generator power.KEY WORDS: DC generator the working principle structure reactive power swing 目 录摘要1ABSTRACT2目录3前言41.直流发电机工作原理42.直流发电机结构72.1 直流发电机的静止部分72.2 直流发电机的转动部分83.直流发电机的特点94.直流发电机的工作特性105.直流发电机无功摆动现象原因分析及对策135.1直流发电机无功摆动摆动现象及原因135.2直流发电机输出电压波动的原因145.3直流发电机输出电压不稳的解决办法156. 常见直流发电机不发电的原因16小结17 结束语18致谢19参考文献20 前 言随着科学的不断进步，工业技术的不断发展，直流发电机可以在不同的工作环境中连续运行，因此也会出现多种问题。其中直流发电机无功摆动现象就是常见的问题之一针对此问题，本文通过简单介绍直流发电机的工作原理，结构，工作特点以及工作特性对直流发电机无功摆动现象原因进行了简单的分析，并提出来相应的对策来解决此问题。通过对直流发电机系统的研究和学习，使我较熟练的掌握了直流发电机的相关知识，并能在实际中实际应用，加强了对直流发电机的了解，增加了直流发电机方面的知识，对于直流发电机无功摆动的这一问题有了更加清晰地认识和了解，拓宽了我的知识面，使我的知识不再局限于课本，能从实例中发现问题、解决问题、学习问题。通过本课题我认识到了所学的局限性，使我真正地了解到了自己所学知识的不足，文中有各种不足之处，还望批评指正。1 直流发电机的工作原理 直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。发电机无功摆动现象及原因主要有励磁机的输出电压不稳定造成发电机的无功摆动，系统电压变化时发电机之间无功的分配。 直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要作为直流发电机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电机。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电变成直流电，但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看，交流电整流还不能和直流发电机相比。 图 1.1 直流发电机工作原理图用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边 a b 和 c d 分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势 因为电刷 A 通过换向片所引出的电动势始终是切割N 极磁力线的线圈边中的电动势。所以电刷 A 始终有正极性，同样道理，电刷 B 始终有负极性。所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势。 线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷 A B 端的电动势却是直流电动势。当发电机的电枢被其他机器带动以均匀速逆时针旋转时，线圈abcd作切割磁感线运动。线圈转到图1.1.B所示位置时，用右手定则可以判断出ab段导体产生的感应电动势方向为ba；cd段导体产生的感应电动势方向为dc，则与滑片1接触的电刷A为正极，与滑片2接触的电刷B为负极。当线圈转到中性面（与磁感线相垂直的平面）时，感应电动势从最大值逐渐减小到零。当线圈转过中性面后，ab段导体产生的感应电动势方向由ab；cd段导体的感应电动势方向由cd。此时，电刷A改为与换向器的滑片2接触，电刷B与滑片1接触。随着线圈在磁场中的不断转动，换向器滑片1和2间的感应电动势是大小和方向都随时间变化的交变电动势，但电刷A与B交替地接触与线圈同时转动的换向器滑片1和2，因此在电刷A与B间产生的是脉动直流电动势，从A与B输出的就是直流电了。 图 1.2 直流发电机 2 直流发电机的结构 旋转电机结构形式 , 必须有满足电磁和机械两方面要求的结构, 旋转电机必须具备静止和转动两大部分 。 1.直流电机静止部分称作定子作用-产生磁场。由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成 。 2.直流电机转动部分称作电枢。作用-产生电磁转矩和感应电动势，由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成。 图 2.1 直流电机结构图2.1直流发电机的静止部分1. 主磁极是一种电磁铁，用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心。2. 换向极（又称附加极或间极）。作用 - 改善换向，换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成。铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联 。3. 机座。机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个作用：固定主磁极、换向极和端盖 作为磁路的一部分。机座中有磁通经过的部分称为磁轭4. 电刷装置。作用-把直流电压、直流电流引入或引出。由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成 。 图 2.2电机的主极、换向极和机座2.2直流发电机的转动部分 1.电枢铁心 。两个用处：作为主磁路的主要部分。嵌放电枢绕组，通常用0。5mm厚的硅钢片冲片叠压而成。 2.电枢绕组。直流电机的主要电路部分， 用以通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换，由许多按一定规律联接的线圈组成。 3.换向器 。直流电机的重要部件，作用-将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流或将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势 。3直流发电机的特点 直流电机主要是有电流的换向问题，成本高，运行中的维护检修比较麻烦。故相关行业正在努力改善交流电动机的调速性能，并且大量代替直流电动机。不过，近年来在利用可控硅整流装置代替直流发电机方面，已经取得了很大进展。包括直流电机在内的一切旋转电机，实际上都是依据我们所知道的两个基本原则制造的。第一个是导线切割磁通产生感应电动势；第二个是载流导体在磁场中受到电磁力的作用。因此，从结构上来看，任何电机都包括磁场部分和电路部分。由此可见，任何电机都体现着电和磁的相互作用，是电，磁这两个矛盾者的对立面的统一。我们我们在讨论直流电机的结构和工作原理，就是讨论直流电机中的磁和电如何相互作用，相互制约，以及体现两者之间相互关系的物理量和现象（电枢电动势，电磁转矩，电磁功率，电枢反应等）。 直流电机实际上就是直流发电机，励磁方式可分为自励和他励两种方式。一般情况下采用并激方式，原理就是利用磁极中的剩磁作用，在发电机的转动下，使直流电机的电枢绕阻切割磁力线产生励磁电流，此电流加强了磁极的磁场，使励磁电压及励磁电流增加，如此循环，直至建立额定电压。因此，自励过程的建立必须具备三个条件：第一个条件是主磁极铁芯中必须有剩磁；第二个条件是磁场回路接线必须正确，也就是说极性正确；第三个条件是磁场回路电阻小于临界电阻。4直流发电机的工作特性物理量有：发电机端电压 ，电枢电流 ，励磁电流 ，转速 等。有四种特性曲线：空载特性负载特性外特性调节特性(1) 、他励发电机特性： 1、他励发电机空载特性：当电机 时，调节使发电机空载端电压 ， 然后使 逐渐回到零，测空载端电压 与 关系即为空载特性曲线 。分析：A、空载特性表明电机磁路的性质。即当一定时，电机绕组感应电势与其对应磁动势的关系。B、改变励磁电流 的方向，可测出反方向的空载特性曲线。C、改变电机转速，可得不同的空载特性曲线。D、并励、复励直流发电机的空载特性都以他励形式测取。 图 4.1 空载特性曲线2、负载特性：当 ， 时，端电压 曲线。与空载特性比较：当 上升时，两曲线都上升。当 一定时，两特性的电压不同。 图 4.2 负载特性曲线3、外特性：当 ， 时，端电压曲线。当负载电流及电枢电流增大时，曲线略为下垂。 图 4.3 外特性曲线4、调节特性：当 ， 时，端电压 曲线。当电枢电流增大时，曲线往上翘。 图 4.4 调节特性曲线(二)、并励直流发电机空载电压的建立：并励和复励直流发电机均为自励发电机，首先应在空载时建立电压，然后再带负载。自励电压建立的三个条件： 必须有剩磁；励磁绕组与电枢并联的极性正确；励磁回路中电阻小于临界电阻。电机有剩磁，极性正确气隙磁场得到加强电枢绕组电势增加励磁电流增加电枢端电压建立起来如何稳定呢？空载电压建立能否稳定？励磁绕组端电压 与励磁电流 ：在磁路上满足空载特性 ，在电路上满足伏安特性 。当 时 ，达稳定点A。即两曲线的交点。 图 4.5 空载电压稳定曲线(三)、并励、复励直流发电机负载运行：当 ，建立自励电压后，保持 ，接入负载 ，逐渐减小 ，测取 与的曲线。下垂原因：电枢反应； 电枢绕组压降； 并励直流电机随的减小，电枢感应电势 大大减小；串励电机 随负载变化，使 不稳定，可安自动装置。5 直流发电机无功摆动现象原因分析及对策5.1直流发电机无功摆动摆动现象及原因 直流发电机无功摆动的现象和原因主要有两点：1) 直流电机的输出电压不稳定造成发电机的无功摆动： 由于直流电机的输出电压无法稳定，造成发电机转子电压和电流波动，从而引起发电机的无功大幅度摆动。2) 系统电压变化时发电机之间无功的分配： 系统电压发生微小的变化时，发电机的无功也会发生较大的变化，这是由发电机的电压和无功的关系决定的。发电机具有如下的调节特性，由发电机的调节特性可知：当发电机的励磁电流不变时，发电机的出口电压即系统电压的变化会引起发电机无功电流的变化，电压升高时无功电流减小，电压降低时无功电流将增大。当多台发电机并列运行且励磁电流不变时，系统电压或无功变化引起的发电机的无功变化量由发电机的调差特性决定，系统无功波动时，调差系数小的发电机承担较多的无功分配。5.2直流发电机输出电压波动的原因 1)励磁机及二次回路缺陷造成输出电压的波动：励磁机励磁绕组及电枢匝间的不稳定短路及开路，以及二次回路、元器件虚接等不可靠因素，都有可能引起励磁机输出电压的不稳定，可以通过停机检查、紧固二次回路、试验，排除励磁机及二次回路缺陷可能造成的输出电压波动。 2)励磁机的空载和负载特性： 通过励磁机的空载和负载特性可以得出如下结论： a、励磁机空载特性在电压低于某一电压时曲线基本为一条直线段，只有当电压高于某一电压以后，曲线才发生拐头现象，即空载特性曲线在电压高于一定电压以后才发生饱和。 b、一般情况下，可以通过试验测得励磁机负载工作在特性曲线的起始段部分，即工作在直线部分。 c、负载曲线比空载曲线略低，即同样的励磁电流输出电压略低，电压越高负载特性偏离空载特性越远。这是由于电流越大，电枢压降越大，同时电枢反应也越强烈，因此电越大，空载曲线和负载曲线偏离也越大。 d、由空载和负载特性试验数据可以看出，由于励磁回路电阻很小，这就是说，发电机带较大无功时，励磁回路电阻的较小变化就有可能引起发电机无功的较大变化。 3)发电机无功摆动的原因分析:从励磁机的负载特性曲线可以看到，励磁机带负载时的工作特性段是在励磁特性的起始段，而励磁机的励磁特性起始部分是直线段，此时场阻线与励磁特性曲线有一部分重合，没有明显交点，是励磁机的不稳定区，励磁回路的任何扰动造成励磁电流的变化都将引起励磁机电流的这一变化进一步增大。因此在励磁特性的直线区域，输出的电压总会有2030v的波动，从而引起无功的大幅度变化。 当励磁机的工作点在励磁特性的饱和区时励磁电流的任何微小变化不会引起电枢电压的变化，从而不会使这一变化放大，因此励磁机的输出电压是相对稳定的。 4)结论：一般直流发电机在6070额定电压下稳定工作是不可能的。如励磁机电压是230V，70额定电压是161V，由上面的分析可知，励磁电压只有达到200v以上时才开始饱和，而励磁机的的实际工作电压范围不超过160v，因此励磁机的电压有2030v的摆动是正常的，正是由于这一电压的摆动造成发电机的无功大幅度摆动。5.3 直流发电机输出电压不稳的解决办法 1)磁极垫片：在励磁机的磁极极靴下垫入良性导磁材料，减小励磁磁场间隙，可以使励磁机在较小的励磁电流时就使输出特性饱和，从而使励磁机的输出电压达到稳定。 2)在励磁回路的磁场调节电阻两端并联一个合适的阻性负载如白炽灯泡，利用阻性负载在发热后的阻值变得到非线性的电阻特性，使场阻线与励磁特性起始段有较大的交角，得到一个与空载特性曲线明显的交点，从而使励磁机在较低电压时也会有稳定的工作点。 3)采用发电机自动励磁调节装置：发电机自动励磁调节装置具有良好的励磁特性，具有恒无功、恒功率因数等多种调节方式，对提高系统的稳定和暂态反应能力非常有效，同时能解决因励磁机输出电压不稳及系统电压波动造成的发电机无功摆动问题。6 常见直流发电机不发电的原因汽车、拖拉机用直流发电机，如不发电或发电很弱可根据情况从下列几方面找原因：(1) 驱动胶带过松或因有油污使胶带打滑，导致发电机达不到规定转速。(2) 发电机旋转方向不对。(3) 表面油污影响电流输出。(4) 整流子脱焊，造成电枢线圈断路。脱焊线头往往发生在烧得最严重的整流片上。(5) 整流子烧蚀严重，出现黑色斑迹，影响电流输出。(6) 电刷磨损过甚，或电刷弹簧弹力减弱，使电刷与整流子的接触压力减小。影响 电流输出。(7)磁场线圈绝缘受潮，绝缘失效，造成搭铁短路或者线圈断路。(8)电枢线圈受潮，造成连线短路。(9)电枢或磁场接线柱绝缘损坏，与发电机外壳搭铁。(10)电刷架与发电机外壳搭铁。(11)接线柱锈蚀。(12)接线错误，绝缘电刷未与电枢接线柱连接+，搭铁电刷却与其连接。(13)发电机磁场剩磁消失。可用蓄电池接于激磁线圈两端。通以14安电流重新 充磁，但通电时间要尽量短暂。 小 结 本次设计的是浅析直流发电机无功摆动原因分析及对策。本文主要简单介绍了直流发电机的工作原理，直流发电机的结构，直流发电机的特点和工作特性，直流发电机无功摆动的原因分析及对策，常见直流发电机不发电的原因。通过此次毕业设计，使我对直流发电机有了更深入的了解，对直流发电机的工作原理以及常见的问题有了一个更全面的认识。在此次设计中，通过查阅资料和网络，以及相关的手册，得到了一些所需要的内容。但是，由于经验不够丰富，基础知识的不够扎实等等一系列原因，之中也存在很多不足之处，也暴露了不少的缺点和问题：对于所学的知识没有做到仔细，认真的消化吸收；很多方面还只是一个大概的认识，没有深入地探讨，对实际事物了解的不够深刻等等。本次设计毕竟是自己做的第一次比较完整的设计，因而难免存在许多缺点和不足之处，还有待于