电机学课件第8章直流发电机

第八章直流发主要内容：直流电机的励磁方式；直流发电机的基本方程式；直流电机的电枢反应；直第八章直流发概直流发电机的基本方直流电机的电枢第八章直流发基本要掌握电掌握并作业:概除永磁式直流微电机外，绝大多数直流电机的磁场都是。励磁绕组的供电方式称为励磁方式直流电机的励磁方式不同时，其运行特性有很大差直流发

自励直流

复励直他励直Ia

GG+ 自励直流1）IaII

G+IG+IFIIaIf If

II G II

If G短复流发电

If

长复流发

If 基本方程式：（1）电枢电 和电势平衡方程式（2）电磁转 和转矩平衡方程式；（3）电磁功和功率各物理量的

EaIEaa

G EaI F

I + I

电枢电势

EaCeIa电枢回路的电势平衡

II +EaUIaRa

2UUIa式中，Ra：串联于电枢回路中的各种绕组的总电阻2U：一对电刷上的接触电R：电枢回路的总电阻，R

2UI aIaEaUIa

直流发电I励磁回路的电势平衡方程式 I UfIf(rfrj)IfRf rf—励磁绕组本身的rj励磁绕组的调节Uf IaII

GEaIF IaII

IIFIIF G电磁转矩和转矩平衡方程作用在直流发电机转轴上的转原动机输入给发电机的驱动转矩电磁转矩电磁转矩：TCtIa稳态运行时的转矩平衡方程T1TT

制动GIII +电磁功率电磁功 pznC TpZI CI

TpZI pZ

2nE

电磁功率PMTEaI物理意义：直流发电机转子旋转时克服制动性质的电磁转矩所消耗的机械功率转换为等量的电枢回路中的电功率I。·并励直流发

T1TT

T1TT0

P1

p0

I F ,1p0直流发电机的空载损p0pmpFepapa—直流电机的附加损耗， 绕组的按PN的0.5%，无补偿绕组的按PN的1%估算。·并励直流发PMEaI

IEaUIaIIaII UIUI

I2R P2pf 式中 P2UI—直流发电机的输出功率p I2

—电枢回GGEIF ·并励直流发1PM

GEIF M2pfPP

2式中 p—并励直流发电机的总损耗ppcupfpmpFe·并励直流发GEIF PP GEIF

I2I p I2fp0pmpFe p I2ff PMTEaI P2 并励直流发电机的功他励直流发PMEaIa

GEaUIaIa

UII2R

II+ 式中 P2UI—直流发 I2

—电枢回路GG

1M

III12pcupmpFe 2 式中 p—他励直流发电机的总损耗ppcupmpFe他励直流发1P2pcu

pa

G

I2IPTI

TE P 他励直流发电机的功【例题8-1电枢 生的磁场，称为电枢磁场负载时电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应电枢磁1）电枢转 电枢转

N S N SNSNS76543211 76543211

982 982

15-FxFox·将电枢外表面从几何中心线处展开成直线，并设主极轴-FxFox 1(

Zi)

xAx[ 2 2式中，A—电枢的线负荷A 2F-x·电刷位于几何中性线上时的电F-x·在几何F1A[·电枢

2

b势Faq和直轴电枢磁势Fad电刷势Faq和直轴电枢磁势FadF2bA(b)[交轴电枢磁势的幅值 直流电机的电枢反1）交轴电枢使气隙磁场发生畸B

使物理中性线偏移几何中性线一个角度（发电机：顺电枢旋转 向偏移）

x磁路不饱和时，每极磁通不变；如果考虑磁路饱和的影响，则交轴电枢反应有去磁作用。即电刷在几何中性线时的。交轴电枢直轴电

电刷顺转向偏电刷逆直流发去助直流电助去 电刷在几何中性电刷顺转向偏电刷逆转向直流发交交轴和直轴去交轴和直轴直流电交交轴和直轴助交轴和直轴电流I、励磁电流If3个物理量其中1个保持不变，另外2个量之间的关系就构成发电机的一种运行直流发电机的运空载特性：当n=常数且I=0时，U=f(If)外特性：当n=常数且If=常数（或励磁回路总电阻常数）时，U=f(I)©调节特性：当n=常数且U=常数时，If=f(I)他励直流空载定义：当n=常数且I=0时，U=f(If)空载特或磁路计算求得 UU0EaCe0nN0If

ErE I外特·定义：当n=常数且If=常数（或励磁回路总电阻Rf=数）时，U=f(IUEaIaRaCenIa 电枢反应

UC C 去磁作用增 Ia IaRa U

I CUC·电压调整率：发电机从额定 U载（U=UNI=IN）过渡到空载（U=U0，I=0）时，端电压升高的数值对额定电压的百分比，U

UN

I UN通常他励直流发电机的电压变化率约为(510)%调节CICIIf 效率(2P21 P2ppcupmpFepapcu

I2RI

可变损 p0pmpFepa• P2UIa

UIa I2R

ddIa

I2R

0

当不变损耗=可变损耗时发生最并励直流并励直流发电机建立电压的过程称为自励。

空载特性曲线

f(If

U

Uff(If FU0

Ia

U0f(IfE0IfRa励磁回路的电阻特UfIfRff(If I在发电机自励过程中，励磁回路的电压方程U0if

L

di

if

U

临界电

Uff(If发电机的稳定工作点为空载特性曲线和励磁回路电阻线的交点3·临界电阻Rcr定时，与磁化曲线的直 部分重合的励磁回路电 线对应的电阻。

Lf i i

1U0f(IfI·实际应用：实际应用中，并励直流发电机自励而电压未并励直流空载并励发电机的空载特性和他励直流发电机相U外特 ·定义：当n=常数且励磁回 并总电阻Rf=常数时，U=f(I) ·并励直流发电机外特性下垂的原因 ©负载电流增大时，电枢反应 去磁作用增强，使每极磁通少，从而使电枢电动＠电枢回路中的电阻压降随负电流的增大而增加，使端电压 降

调节IIIf0

复励直流积复励直流发电机：串励绕组的磁势和并励绕组的磁势方向相同差复励直流发电机：串励绕组的磁势和并励绕组的磁势IfG+IfG+IfI 积复励直流发电 平复励:U 过复励U欠复励U

各种直流发电机的他励直流发他励直流发电机的电压变化率小，且其励磁电流能在相当大的范围内调节。他励直流发电机适用于需要大幅度调压的大型电机。如：电机和超过的高压直流发电机也采用他励，因为如果。并励直流发并励直流发电机不需要另外的励磁电源，使用较方便，用途比他励直流发电机广泛，常用于发电机和负载之间的供电线路较短的场合，如：同步发电机的励磁机、蓄电池的升压机。复励直流发过复励直流发电机：用得较少，通常用于需要补偿发电机与平复励直流发电机：同步发电机的励磁机、船舶电源差复励直流发电机：直流电焊发电机（恒流源）小直流电机的励磁励、复励。不同励磁方式的直流发电机，运行特性存在很他励直流发电

Ia并励直流发电

IaII直流发电机的基电势平衡方程EaUIa转矩平衡T1TT电磁功率电磁功 PMTEaI·并励直流发1PM1

PMP2pfpmpFepaP2·他励直流发1PM PMP212pcupmpFepa2负载时电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢电刷在交轴电枢反应：＠使气隙磁场发生畸变。©使物理中性线移几何中性线一个角度；＠当磁路饱和时有去电刷不当电刷不在几何中性线上，除了交轴电枢反应外还有直枢反应电刷在几何中性电刷顺转向电刷逆转向偏直流发电交交轴和直轴交轴和直轴助直流电动交交轴和直轴交轴和直轴去调节特性。其中外特性=I是最重要的一种特性，它反映U他励直流发电机的外特性是一条下垂的曲线，其原因有：1)电枢反应的去磁作用；2)电枢回路的电阻压降。对于并并励直流发电机电机必须励磁绕励磁回例题8-1一台并励直流发电机数据为：PN=82kW，励绕组的内阻rf=22.8Ω，额定负载时，励磁回路串入的调电阻rj=3.5Ω，一对电刷上的压降2ΔU=2V，额定负载时，解：励磁 U

额定电IN