华北电力大学电机学87讲直流电机(13)直流发电机

第二十四章直流发电机第四篇直流电机直流发电机的用途及分类直流发电机稳态运行时的基本方程式他励直流发电机的运行特性并励直流发电机的自励条件和特性复励直流发电机的特性主要内容直流发电机24.1直流发电机的用途及分类直流发电机一、用途：1、直流电动机的电源；2、同步电机的励磁机；3、电镀、电解等的低压大电流直流电源；4、飞机、火车、轮船等运输工具的电源。二、分类：按励磁方式分1．励磁方式：直流电机的励磁绕组的供电方式。2．分类：（1）他励直流电机；（2）并励直流电机；（3）串励直流电机；（4）复励直流电机。24.1直流发电机的用途及分类直流发电机二、分类：他励式积复励差复励1.串励式2.并励式3.复励式自励式直流电机的励磁方式24.1直流发电机的用途及分类直流发电机二、分类：24.1直流发电机的用途及分类直流发电机二、分类：1、他励直流发电机励磁电流由其他电源单独供给。特点：①励磁电压Uf与电枢电压U无关。②励磁电流If=Uf/RfRf=rf+rfj③电枢电流(Ia)=负载电流(I)即Ia=IaIIGUfUfIF24.1直流发电机的用途及分类直流发电机二、分类：2、自励直流发电机励磁由本身发出的电能供给，据励磁绕组与电枢绕组的连接方式进行分类。⑴并励直流发电机:励磁绕组与电枢绕组并联特点:①Uf=U②If=Uf/Rf③Ia=If+IfIFIGUaI24.1直流发电机的用途及分类直流发电机二、分类：2、自励直流发电机⑵串励直流发电机:励磁绕组与电枢绕组串联特点:Ia=I=If⑶复励直流发电机:既有并励绕组又有串励绕组差复励:磁场相减积复励:磁场相加GIaIfIFU24.1直流发电机的用途及分类直流发电机二、分类：2、自励直流发电机2fIFGIaI1fIFUIGUaI1fI2fIF⑶复励直流发电机24.2直流发电机稳态运行时的基本方程式直流发电机一、电动势平衡方程式各物理量的正方向采用发电机惯例aEGUaI1T0TMTnfIfU电枢电动势：nCEeaaR为电枢回路总电阻，为正负电刷与换向器表面的接触压降。bU2•直流发电机:UEaaaaRIUE电动势平衡方程为：)2(2abaabaaaaIUrIUrIRI•适用于其他励磁方式的直流发电机24.2直流发电机稳态运行时的基本方程式直流发电机二、功率平衡方程式1、空载：femppPP012、负载：aaaaaaaaMRIUIIRIUIEP2)(他励：pPppppPppPPpPRIUIPIIadfemCuaadMCuaaaMa22012224.2直流发电机稳态运行时的基本方程式直流发电机二、功率平衡方程式2、负载：并励：pPpppppPppPPppPRIUIUIRIIIUPIIIadfemCuafadMCuafaafaafMfa2201222)(24.2直流发电机稳态运行时的基本方程式直流发电机二、功率平衡方程式3、效率%100)1(%100%10021112pPpPpPPP不变损耗=可变损耗时，效率最大（适用于所有电机）三、转矩平衡方程式260260011aMaaaaMMMadfemMICIapNnnIapNIEPTTTTpppPP24.2直流发电机稳态运行时的基本方程式直流发电机直流发电机的方程式0121TTTICTppPIEPpppPPnCERIUEMaMMfCuaaaMadfemMeaaaa）（并励24.3他励发电机的运行特性直流发电机直流发电机的四个基本物理量：U、I、If、n（n由原动机拖动，保持不变）运行特性：在U、I、If之间，保证其中一个量不变，另外两个物理量之间的函数关系。主要特性：（1）空载特性：n＝常数，I＝0，U0＝f（If）；（2）外特性：n＝常数，If＝常数（或rj＝常数），U＝f（I）；（3）调节特性：n＝常数，U＝常数，If＝f（I）。24.3他励发电机的运行特性直流发电机一、空载特性定义：n＝const＝nN，I＝0，U0＝f（If）。分析：aEU0nCEean等于常数aE)()(0ffIfIfU空载特性实质即为磁化曲线确定磁路和运行点的饱和程度直流发电机的空载特性为非线性，上升与下降的过程不同。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。24.3他励发电机的运行特性直流发电机一、空载特性空载特性可以通过实验得到。空载特性曲线上升分支空载特性曲线下降分支平均空载特性曲线UfI结论：①空载曲线反映了磁化曲线的关系。②不同的转速有不同的空载曲线，而磁化曲线反映了电机的磁路，只有一条。③电机通常运行于膝点。④有剩磁电压Ur=(2~4)%UN⑤其他方式发电机由他励方式测得24.3他励发电机的运行特性直流发电机二、外特性（电压调整特性）定义：n＝const＝nN，If＝const＝IfN，U＝f（I）。IU外特性下降的原因:①U=Ea-IaRa,Ia=I↑→IaRa↑→U↓②Ea=CenΦ,Ia↑→电枢反应附加去磁作用↑→Φ↓→Ea↓→U↓电压调整率:0100%NNUUUUU0是空载时的端电压，一般他励直流发电机的电压变化率约为5％～10%。24.3他励发电机的运行特性直流发电机三、调整特性（励磁电流调整特性）定义：n＝const＝nN，U＝const＝UN，If＝f（I）。调整特性上翘的原因:在负载电流变化时，若保持端电压不变，必须改变励磁电流，补偿电枢反应及电枢回路电阻压降对输出端电压的影响。负载电流增大，电枢反应的去磁作用及电枢回路电阻压降增加，为维持端电压不变，励磁电流增大。IIfINIfN24.4并励直流发电机的自励条件和运行特性直流发电机一、自励过程和条件自励过程：并励发电机建立电压的过程。自励条件：满足建压的条件。过程分析：•剩磁：励磁磁场与剩磁方向一致。Φr→Er→If→Φ与Φr方向一致→Φ↑→Ea↑→If↑→Φ↑↑•U和If同时满足空载特性曲线U0＝f（If）和场阻线U＝RfIf。•临界电阻：tgα＝U0/If=Rf•电机的转速发生变化，场阻线发生移动，稳定工作点发生改变。不同的转速，具有不同的临界电阻24.4并励直流发电机的自励条件和运行特性直流发电机一、自励过程和条件IfUfI0U10fIA20U324.4并励直流发电机的自励条件和运行特性直流发电机一、自励过程和条件自励条件：（1）电机必须有剩磁。可通过“充磁”获得（2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致（3）励磁回路的电阻应小于与电机转速相对应的临界电阻。改变并励发电机的极性，励磁绕组连接及转向要同时改变；若转向不能变，改变剩磁方向，即反向充磁。若励磁绕组本身的电阻已超过所对应的临界电阻值，电机不可能自励，唯一的办法是提高电机的转速，从而提高其临界电阻值。24.4并励直流发电机的自励条件和运行特性直流发电机二、并励发电机的运行特性1、空载特性和调整特性：用他励接法测取。2．外特性：n＝const＝nN，Rf＝const，U＝f（I）。IU1他励12并励224.4并励直流发电机的自励条件和运行特性直流发电机二、并励发电机的运行特性2．外特性：•特点：①随着负载电流I增加，并励的电压比他励的下降的多。②有拐弯现象。③稳定短路电流小。•原因：1）外特性下降的多的原因：除了他励发电机存在的电枢反应去磁作用和电枢回路上的电阻压降使端电压下降外，还有第三个原因，即由于上述两个原因使端电压下降，引起励磁电流减小，引起主磁通、感应电动势和端电压进一步下降。24.4并励直流发电机的自励条件和运行特性直流发电机二、并励发电机的运行特性2．外特性：•原因：2）外特性拐弯的原因：负载电阻减小后，一方面使负载电流增加，端电压下降；另一方面，端电压下降后，使励磁电流减小，电势下降，使负载电流下降。当电压较高时，磁路饱和，励磁电流对电势影响不大；（负载电流随电阻下降而增大）当电流达到临界值时，磁路退出饱和，励磁电流的微小变化引起感应电势的较大变化，使端电压下降的幅度大于负载电阻减小的幅度，（负载电流下降）24.4并励直流发电机的自励条件和运行特性直流发电机二、并励发电机的运行特性2．外特性：•原因：3）稳定短路电流小的原因：短路时，端电压U=0，励磁绕组电压等于0。励磁电流为零，感应电势仅为剩磁电动势，并引起短路电流，而剩磁电动势不大，故稳定短路电流也不大。24.5复励直流发电机特性直流发电机并励发电机比他励发电机电压调整率大，复励可改善发电机的性能外特性：