电机学13

直流发电机第四篇 直流电机第二十四 直流发 发电机 第二十四章 直流本章基本要求1.了解直流发电机的励磁方式 2.掌握直流发电机的基本方程式（电压、功 率和转矩） 3.掌握直流发电机的运行特性 4.掌握并励直流发电机的自励条件直流发电机 主要内容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直流发电机 24.1 直流发电机的用途及分类一、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。

直流发电机直直直直直他直直他直流发电机他他他自他他1.串 他 他 2.并 他 他 3.积 他 他积积他差积他1直流发电机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 /Rf Rf = rf+rfj ③电枢电流(Ia)=负载电流(I ) 即Ia = I直流发电机+I = IaUG−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=U ②If =Uf /Rf ③Ia=If+I+UG−IIaIf F + Uf −FIf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=If ⑶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:磁场相加直流发电机⑶复励直流发电机+U−+FUG−+IIaUGIIaIfGIIaIf1− I f1 FIf2FIf2 F直流发电机 24.2 直流发电机稳态运行时的基本方程式一、电动势平衡方程式各物理量的正方向采用发电机惯例 电枢电动势：直流发电机二、功率平衡方程式1、空载：P1 = P0 = p m + p feEa = C eΦ n+U−2、负载： 他励：PM = E a I a = (U + I a R a ) I a = UI a + I a2 Ra电动势平衡方程为： E a = U + I a R aI a R a = I a ra + 2 ∆ U b = I a ( ra +2∆U b ) IaIaT1器表面的接触压降。

•直流发电机:Ra为电枢回路总电阻，2∆Ub为正负电刷与换向IfT0 n G TM + −EaIa = I2 PM = UI + Ia Ra = P2 + pCuaP 1 =P M + p0 + pad =P 2 + pCua + pm + p fe + pad = P 2 +∑p•适用于其他励磁方式的直流发电机Ea > U+Uf−2直流发电机2、负载： 并励：直流发电机3、效率η=Ia = I + I f2 2 PM = U (I + I f ) + I a Ra = UI + UI f + I a Ra = P2 + p f + pCuaP −∑ p P2 ∑ p ) × 100 % × 100 % = 1 × 100 % = (1 − P1 P1 P2 + ∑ p不变损耗=可变损耗时，效率最大（适用于所有电机）P 1 =P M + p0 + pad = P2 + p f + pCua + pm + p fe + pad = P2 + ∑ p三、转矩平衡方程式p + p fe + pad P P 1 = M+ m T1 = TM + T0 Ω Ω Ω pN ΦnIa P EI pN TM = M = a a = 60a = ΦI a = CM ΦI a 2π Ω Ω 2πa n 60直流发电机直流发电机的方程式直流发电机 24.3 他励发电机的运行特性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）。

Ea = U + Ia Ra Ea = CeΦn P 1 =P M + pm + p fe + pad PM = Ea Ia = P （并励 ） 2 + pCua + p f TM = CM ΦIa T1 = TM +T0直流发电机一、空载特性定义：n＝const＝nN， I＝0， U0＝f（If）。

分析：直流发电机空载特性可以通过实验得到。

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) % UN ⑤其他方式发电机由他励方式测得 平均空载特性曲 线空载特性曲线上升分支U 0 = Ea E a = Ce Φ nn 等于常数UU 0 = f (I f ) ∝ Φ = f (I f )确定磁路和运行点的 饱和程度Ea ∝ Φ空载特性实质即为磁化曲线If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。

空载特性曲线下降分 支3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）。

外特性下降的原因: ①U =Ea-IaRa , Ia=I↑→ IaRa↑→U↓ ②Ea =Cen Φ, Ia↑→电枢反应附加去磁 作用↑→ Φ↓→Ea ↓→ U↓ 电压调整率: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 ＝ U N ，If ＝f（I）。

调整特性上翘的原因: U 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。

If IfN∆U =U0 −U N ×100% UNU0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%。

IINI直流发电机 24.4并励直流发电机的自励条件和运行特性一、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。

直流发电机UU03 2 A 1UΦr →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If0If 0 I f直流发电机自励条件： （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。

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）。

U 1 2 1 他励 2 并励 I4直流发电机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。

直流发电机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 使负载电流增加， 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。

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） 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。

直流发电机 24.5 复励直流发电机特性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：5。