西安交大的电机学课件3第一篇、第3章直流发电机
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励磁回路 场阻线 方程：U 0 R f I f 电枢回路空载曲线方程：U 0 f
I
f
•稳定点：以上两条曲线的交点。 •建压临界电阻：场阻线与空载特性曲线相切时对应的励磁回路电阻。
建压条件： 1.电机内部要有剩磁； 2.励磁电流产生的磁通 与剩磁同方向； 3.励磁回路总电阻应小 于建压时的临界电阻。
•结论：经过一定比例转换后， 开路特性 U0= f ( If ) 曲线与电机的 磁化曲线Φ =f ( Ff ) 形状完全相同。
U0
UN
气隙线
一般电机的工作点位于开 路特性上曲线开始弯曲的 膝点附近。据此可以判断 电机的饱和程度。
A
开路特性
O
If
3
二、外特性 U = f ( I ) 改变负载后， U f I n 常数，I f 常数，
UN
一般他励直流发电机
U 5 ~ 10% O
IN
I
4
三、调整特性
If = f ( I )
改变负载后， I f f I n 常数，U 常数，
If
负载电流增加时，有两种因素引起端电 压下降。为了维持端电压不变，励磁电 流应该略微增大。
O
I
5
3-2 并励直流发电机的特性
一、建压过程及建压条件 自励：励磁绕阻并接于电枢绕组两
1
3-1 他Hale Waihona Puke Baidu直流发电机的特性
他励发电机励磁回路与电枢回路互不连接，励磁电流不随负 载电流的变化而改变。
Rf
Ia
If
U
I
rf
n
Ea
RL
他励式直流发电机
2
一、开路特性
U0= f ( If )
n 常数，I 0， 改变励磁电流， U0随I f 变
U0 Ea Ra Ia 2U s Ea Ce n
并励发电机的开路特性曲线与他励时相同，一般试验时仍按他励 方式做较好。
U0 Ea Ia Ra 2U s Ce n Ia Ra 2U s
8
三、外特性 U = f ( I ) 引起端电压随负载电流增加而下降的因素：
电阻Ra上的压降； 电枢反应的去磁作用； 以上2因素引起励磁电流的进一步减少。 从而导致端电压再下降。 一般电压调整率为：
4、差复励发电机的串励为一个去磁磁势， 则负载增大时端电压迅速下降。
本章作业： p36 题2—1; p43 题3--2
U
UN
4 2 1 3
O
IN
I
11
本 章 小 结
主要分析了他励、并励、复励式直流发电机空载特性、外特性。
着重讨论了并励直流发电机的电压建立条件， 他励和并励式直流发电机的外特性曲线随负载 电流增加而下降的原因及其区别。重点是：
I
Ia
Rf c
Ea
If
U
n
Rf
10
二、外特性 U = f ( I )
负载时，串励绕组产生磁势将影响主磁通的大小和电机性能。 对加复励发电机来说串励磁势起增磁作用即升压作用，而电阻压降和电枢 反应的去磁作用起降压作用，二者的相对影响了外特性曲线形状。
1、若串励作用适当，在额定电流时端电压等于额定电压，则为平复励。 2、串励补偿作用较强，在额定电流时端电压超过额定电压，为过复励。 3、串励的作用较弱，在额定电流时端电压小于额定电压，则为欠复励。 注：以上1、2、3、均为加复励！
U0
U 0 i f
Rf I f
U sc
O
If
7
二、开路特性 U0= f ( If )
并励发电机的励磁电流很小，只占额定电流的（1~3）%。 这样微小的电流在电枢绕组中引起的电压降和电枢反应的影响很小， 可以忽略不计。所以并励发电机的开路电压也就是电枢中的感应电势。
U0 Ea Ia Ra 2U s Ea Ce n
1．并励直流发电机的建压条件； 2．并励式直流发电机负载时电压随电流增加而下降的原因。
12
U0
UN
U
并励发电机 他励
ΔU=（10~30）%。
I kr
O
IK
IN
I
9
3-3 复励直流发电机的特性
复励发电机有两个励磁绕组即串励和并励绕组。 如果串励与并励绕组的磁势方向相同,则称为加复励（或叫 积复励）,反之为差复励（或叫减复励）。
一、开路特性 U0 = f ( If )
开路时串励绕组不起作用， 则其开路特性同并励发电机 的开路特性。
第 3 章 直流发电机
(DC Generator)内 容 简 介 •本章介绍直流发电机的特性。 •发电机的转速由原动机决定，一般认为转速恒定。 •除转速n外，发电机的外部可测量出3个电量，即端电压U、 负载电流 I 和励磁电流 If 。 •当发电机正常稳态运行时，3个物理量中1个保持不变，另外2 个之间的关系称为直流发电机的特性。 •不同励磁方式的发电机，其运行特性有所不同，本章将分别 讨论之。
U0 Ea Ra I 2U s Ce n 2U s Ra I
负载电流增加时, 两种因素引起端电压下 降：即电阻压降和电枢磁势的去磁效应增 大, 外特性U=f(I) 是略微下垂的曲线。 电压调整率：从空载到满载电压变 化的程度。
U
U0
A
U0 U N U 100% UN
端，由发电机本身的端电压提供励 磁，必须具备一定的条件才可。并 励发电机由初始的U=0到正常运行时 的U值，有一个自己建立电压的过程， 这一过程称为自励过程。
Ia
I
n
Ea
If
U
Rf
•电机的主磁极通常总有剩磁存在。 •原动机拖动转子旋转，电枢绕组切割剩磁场，产生一个不大的剩磁感应 电势，加到励磁绕组将产生一个不大的励磁电流。 •励磁电流产生的磁势若与剩磁同方向，相互加强，会建立起稳定电压。 •建压时的励磁回路总电阻应小于临界电阻值。
励磁回路 场阻线 方程：U 0 R f I f 电枢回路空载曲线方程：U 0 f
I
f
•稳定点：以上两条曲线的交点。 •建压临界电阻：场阻线与空载特性曲线相切时对应的励磁回路电阻。
建压条件： 1.电机内部要有剩磁； 2.励磁电流产生的磁通 与剩磁同方向； 3.励磁回路总电阻应小 于建压时的临界电阻。
•结论：经过一定比例转换后， 开路特性 U0= f ( If ) 曲线与电机的 磁化曲线Φ =f ( Ff ) 形状完全相同。
U0
UN
气隙线
一般电机的工作点位于开 路特性上曲线开始弯曲的 膝点附近。据此可以判断 电机的饱和程度。
A
开路特性
O
If
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二、外特性 U = f ( I ) 改变负载后， U f I n 常数，I f 常数，
UN
一般他励直流发电机
U 5 ~ 10% O
IN
I
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三、调整特性
If = f ( I )
改变负载后， I f f I n 常数，U 常数，
If
负载电流增加时，有两种因素引起端电 压下降。为了维持端电压不变，励磁电 流应该略微增大。
O
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3-2 并励直流发电机的特性
一、建压过程及建压条件 自励：励磁绕阻并接于电枢绕组两
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3-1 他Hale Waihona Puke Baidu直流发电机的特性
他励发电机励磁回路与电枢回路互不连接，励磁电流不随负 载电流的变化而改变。
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Ia
If
U
I
rf
n
Ea
RL
他励式直流发电机
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一、开路特性
U0= f ( If )
n 常数，I 0， 改变励磁电流， U0随I f 变
U0 Ea Ra Ia 2U s Ea Ce n
并励发电机的开路特性曲线与他励时相同，一般试验时仍按他励 方式做较好。
U0 Ea Ia Ra 2U s Ce n Ia Ra 2U s
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三、外特性 U = f ( I ) 引起端电压随负载电流增加而下降的因素：
电阻Ra上的压降； 电枢反应的去磁作用； 以上2因素引起励磁电流的进一步减少。 从而导致端电压再下降。 一般电压调整率为：
4、差复励发电机的串励为一个去磁磁势， 则负载增大时端电压迅速下降。
本章作业： p36 题2—1; p43 题3--2
U
UN
4 2 1 3
O
IN
I
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本 章 小 结
主要分析了他励、并励、复励式直流发电机空载特性、外特性。
着重讨论了并励直流发电机的电压建立条件， 他励和并励式直流发电机的外特性曲线随负载 电流增加而下降的原因及其区别。重点是：
I
Ia
Rf c
Ea
If
U
n
Rf
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二、外特性 U = f ( I )
负载时，串励绕组产生磁势将影响主磁通的大小和电机性能。 对加复励发电机来说串励磁势起增磁作用即升压作用，而电阻压降和电枢 反应的去磁作用起降压作用，二者的相对影响了外特性曲线形状。
1、若串励作用适当，在额定电流时端电压等于额定电压，则为平复励。 2、串励补偿作用较强，在额定电流时端电压超过额定电压，为过复励。 3、串励的作用较弱，在额定电流时端电压小于额定电压，则为欠复励。 注：以上1、2、3、均为加复励！
U0
U 0 i f
Rf I f
U sc
O
If
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二、开路特性 U0= f ( If )
并励发电机的励磁电流很小，只占额定电流的（1~3）%。 这样微小的电流在电枢绕组中引起的电压降和电枢反应的影响很小， 可以忽略不计。所以并励发电机的开路电压也就是电枢中的感应电势。
U0 Ea Ia Ra 2U s Ea Ce n
1．并励直流发电机的建压条件； 2．并励式直流发电机负载时电压随电流增加而下降的原因。
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U0
UN
U
并励发电机 他励
ΔU=（10~30）%。
I kr
O
IK
IN
I
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3-3 复励直流发电机的特性
复励发电机有两个励磁绕组即串励和并励绕组。 如果串励与并励绕组的磁势方向相同,则称为加复励（或叫 积复励）,反之为差复励（或叫减复励）。
一、开路特性 U0 = f ( If )
开路时串励绕组不起作用， 则其开路特性同并励发电机 的开路特性。
第 3 章 直流发电机
(DC Generator)内 容 简 介 •本章介绍直流发电机的特性。 •发电机的转速由原动机决定，一般认为转速恒定。 •除转速n外，发电机的外部可测量出3个电量，即端电压U、 负载电流 I 和励磁电流 If 。 •当发电机正常稳态运行时，3个物理量中1个保持不变，另外2 个之间的关系称为直流发电机的特性。 •不同励磁方式的发电机，其运行特性有所不同，本章将分别 讨论之。
U0 Ea Ra I 2U s Ce n 2U s Ra I
负载电流增加时, 两种因素引起端电压下 降：即电阻压降和电枢磁势的去磁效应增 大, 外特性U=f(I) 是略微下垂的曲线。 电压调整率：从空载到满载电压变 化的程度。
U
U0
A
U0 U N U 100% UN
端，由发电机本身的端电压提供励 磁，必须具备一定的条件才可。并 励发电机由初始的U=0到正常运行时 的U值，有一个自己建立电压的过程， 这一过程称为自励过程。
Ia
I
n
Ea
If
U
Rf
•电机的主磁极通常总有剩磁存在。 •原动机拖动转子旋转，电枢绕组切割剩磁场，产生一个不大的剩磁感应 电势，加到励磁绕组将产生一个不大的励磁电流。 •励磁电流产生的磁势若与剩磁同方向，相互加强，会建立起稳定电压。 •建压时的励磁回路总电阻应小于临界电阻值。