电机第八章-直流发电机课件

第第 八八 章章 直直 流流 发发 电电 机机教学目的和要求教学目的和要求:1、掌握直流、掌握直流发电机工作原理；发电机工作原理；2、掌握直流、掌握直流发电机基本方程式；发电机基本方程式；4、了解他励发电机特性；、了解他励发电机特性；5、掌握、掌握并并励发电机特性及自励条件。励发电机特性及自励条件。3、了解直流、了解直流发电机电枢反应；发电机电枢反应；8-2 8-2 直流发电机的方程式直流发电机的方程式一、电动势平衡方程式一、电动势平衡方程式二二、转矩平衡方程式转矩平衡方程式三三、功率平衡方程式、功率平衡方程式直流发电机直流发电机 同一方同一方向向RLIaUErjrf1、直流发动机稳态运行时的、直流发动机稳态运行时的电动势平衡方程式电动势平衡方程式RLIaUErjrfUUbIa+-是电枢回路串联各绕组是电枢回路串联各绕组 是一对电刷下接触电是一对电刷下接触电阻的电压降阻的电压降是是电枢回路的电感电枢回路的电感稳定运行：稳定运行：谨记：谨记：2、转矩平衡方程式、转矩平衡方程式根据受力平衡原理得：根据受力平衡原理得：原动机驱动旋转矩原动机驱动旋转矩 T T1 1与与 n n 同方向。同方向。SN n电磁转矩电磁转矩 为制动转矩为制动转矩 为为空载阻转矩空载阻转矩 谨记：谨记：是发电机转动惯量是发电机转动惯量稳态运行稳态运行3 3、功率平衡方程式、功率平衡方程式电磁功率电磁功率机械角速度：机械角速度：杂散损耗：杂散损耗：励磁功率：励磁功率：电磁功率的四种计算方法：电磁功率的四种计算方法：小结：直流发电机的基本方程式小结：直流发电机的基本方程式8-3 直流发电机的电枢反应直流发电机的电枢反应电枢电流磁场对励磁磁电枢电流磁场对励磁磁场的反应，称为场的反应，称为电枢反电枢反应应主磁极磁密分布：主磁极磁密分布：1、电枢磁动势的空间分布、电枢磁动势的空间分布电刷位置正确电刷位置正确电负荷：电负荷：每极电枢最大磁动势：每极电枢最大磁动势：马鞍形的电枢磁密波形马鞍形的电枢磁密波形几何中心线处磁密不为零几何中心线处磁密不为零2 电枢电流磁密波形电枢电流磁密波形主磁极磁密波形主磁极磁密波形电枢磁密波形电枢磁密波形电枢反应前电枢反应前电枢反应后电枢反应后几何中性线即是几何中性线即是物理中性线物理中性线3 电枢反应磁密合成波形电枢反应磁密合成波形前极尖磁密削弱前极尖磁密削弱后极尖磁密增强后极尖磁密增强 交轴电枢反应交轴电枢反应1 1、磁场发生了畸变、磁场发生了畸变 2 2、物理中性线偏离几何中性线、物理中性线偏离几何中性线3 3、是否去磁？、是否去磁？饱和状态时去磁饱和状态时去磁 （电刷不偏移）电刷不偏移）谨谨记记4电刷偏移时的电枢反应电刷偏移时的电枢反应 bd轴q轴电枢表面电流流向的分界线也随电刷同时移动。电枢表面电流流向的分界线也随电刷同时移动。发电机发电机：逆时针转动，逆时针转动，Ea与与I a方向方向相同，电刷顺相同，电刷顺 n 转转 。将电枢磁动势分为两部分：将电枢磁动势分为两部分：F a d N2b直直轴轴电电枢枢磁磁动动势势 d N d F a q交交轴轴电电枢枢磁磁动动势势2b 范围范围-2b 范围范围直轴电枢反应：去磁或助磁直轴电枢反应：去磁或助磁谨记：谨记：电刷不偏移：交轴电枢反应电刷不偏移：交轴电枢反应电刷偏移：交轴电枢反应电刷偏移：交轴电枢反应+直轴电枢反应直轴电枢反应没有直轴电枢反应时，饱和状态下没有直轴电枢反应时，饱和状态下 负载时合成的每极磁通负载时合成的每极磁通 将小于空将小于空载时的每极气隙磁通载时的每极气隙磁通电枢感应电动势：电枢感应电动势：8-4 直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性一、他励发电机运行特性一、他励发电机运行特性二、并励发电机运行特性二、并励发电机运行特性三、复励发电机运行特性三、复励发电机运行特性1、空载特性、空载特性一一 他励发电机运行特性他励发电机运行特性2、外特性外特性3、调节特性、调节特性1、空载特性、空载特性怎样测取空载特性怎样测取空载特性?空载特性测取目的空载特性测取目的1、空载特性、空载特性 怎样测取空载特性怎样测取空载特性?实验线路怎样连接？需要什么仪表？实验步骤？VARLK1K2空载，开关空载，开关 k k1 1 打开，使打开，使I=0I=0；调节调节:使使:原动机拖动发电机，观看速原动机拖动发电机，观看速度表，使度表，使；-I-If fU U0 0=-1.3U=-1.3UN N-I-If fI If f=0=0 I If fU U0 0=1.3U=1.3UN N01 2345U UI If f1.3U1.3UN N-1.3U-1.3UN N空载实验步骤：空载实验步骤：纵坐标纵坐标 U=U=C Ce ennN N 换为换为=U/=U/C Ce en nN N横坐标横坐标 I If f 换为换为 N Nf fI If f空载特性测取目的空载特性测取目的 空载特性曲线类似电机的磁化曲线空载特性曲线类似电机的磁化曲线空载特性曲线：空载特性曲线：空载特性曲线的纵横空载特性曲线的纵横 坐标换个比例常数坐标换个比例常数就是电机的磁化曲线。就是电机的磁化曲线。电机的磁化曲线：电机的磁化曲线：01 2345U UI If f1.3U1.3UN N-1.3U-1.3UN N所有空载磁化特性曲线中所有空载磁化特性曲线中的磁滞、剩磁有所反应的磁滞、剩磁有所反应如果改变转速如果改变转速 ，空载特性曲线也成正比空载特性曲线也成正比的变化。的变化。从空载特性可以判断该电从空载特性可以判断该电机磁路的饱和程度。机磁路的饱和程度。一般设计电机时，使额一般设计电机时，使额定电压工作点位于空载特性定电压工作点位于空载特性曲线开始弯曲的膝点附近。曲线开始弯曲的膝点附近。膝点I If f0UNU U怎样测取外特性？2 外特性外特性什么是外特性？测外特性目的外特性下降的原因他励发电机短路电流2、外特性、外特性当当 n=nn=nN N，I If f=I=IfnfnU=f(I)U=f(I)的关系曲线的关系曲线为他励发电机外特性。为他励发电机外特性。什么是外特性？U U0U U0 0U UN NICI IN N电枢电流电枢电流 I I 变化导致电枢电压变化导致电枢电压 U U 变化。变化。实验线路、仪表、步骤是什么实验线路、仪表、步骤是什么？VAAI Ia a测外特性的步骤：保持保持n=n=n nN N，调节调节I If f，直到直到U=UU=UN N，I=II=IN N时对应的时对应的 励磁电流励磁电流I IfNfN，此后保持此后保持I IfNfN不变。不变。RL调到最大，调到最大，I0I0读出读出U0 RL逐渐调小，调出逐渐调小，调出I I和和U值，值，直到直到U=UN，C点为额定运行点。点为额定运行点。U U0U U0 0U UN NICI IN NVAAI Ia a 可看出随着可看出随着 I I 变化变化 U U 的变化规律。若曲线太的变化规律。若曲线太陡，陡，则电机发电质量不好。则电机发电质量不好。可通过外特性算出电压调整率可通过外特性算出电压调整率U%U%U%=(UU%=(U0 0-U-UN N)/U)/UN N100100%他励发电机的他励发电机的 U U%在在 5%5%10%10%是允许的，可是允许的，可当作一个恒电压源使用。当作一个恒电压源使用。测外特性目的测外特性目的 外特性下降的原因外特性下降的原因U U0U U0 0U UN NIC CI IN N II电枢反应电枢反应EE根据：根据：因为：因为：I Ia a=(E-U)/R=(E-U)/Ra a短路电流：短路电流：I Ia a=E/R=E/Ra a，电机会被烧坏。电机会被烧坏。他励发电机短路电流他励发电机短路电流 当当 U=0U=0时，他时，他励励发电机短路发电机短路电流很大，是额定值的电流很大，是额定值的3030倍。倍。所以发电机必须安装过电流保护装置，当负所以发电机必须安装过电流保护装置，当负载电流超过允许值时，保护装置立即快速地切断载电流超过允许值时，保护装置立即快速地切断电路，以保护电机。电路，以保护电机。U UI I0 0 要保持端电压不变，必须增加励磁电流，以要保持端电压不变，必须增加励磁电流，以补偿电枢反应的去磁作用和电枢回路总电阻压降补偿电枢反应的去磁作用和电枢回路总电阻压降的增大。的增大。3、调节特性、调节特性通常指通常指 n=nn=nN N ，U=UU=UN N 时，时，I If f=f(I)=f(I)的关系曲线。的关系曲线。当 RLI U=CenN IaRa ，U 将减小。调节调节 R Rr r I If fUU 或或 R RL LIIUUIfIf0IfN0I IINCVAAI Ia a教学目的和要求：教学目的和要求：1 1、熟练掌握并励发电机能自励建压的原理熟练掌握并励发电机能自励建压的原理 和条件。和条件。2 2、掌握并励直流发电机的的外特性、调节掌握并励直流发电机的的外特性、调节 特性及空载特性。特性及空载特性。3 3、了解并励发电机与他励发电机外特性的了解并励发电机与他励发电机外特性的 主要差别。主要差别。二、并励发电机的自励二、并励发电机的自励二、并励发电机的自励二、并励发电机的自励1、空载特性和励磁回路场阻线空载特性和励磁回路场阻线2 2、并励发电机的自励过程、并励发电机的自励过程3、励磁回路的临界励磁电阻。励磁回路的临界励磁电阻。4 4、并励发电机建立稳定电压的条件、并励发电机建立稳定电压的条件5 5、并励发电机无法建立电压的原因、并励发电机无法建立电压的原因If 取决取决 U0=CEnN取决取决并励发电机的并励发电机的特点特点是：不提供励磁电源，由电枢是：不提供励磁电源，由电枢电压提供励磁电源。电压提供励磁电源。但是产生电枢电动势（但是产生电枢电动势（U U0 0=C Ce en nN N）以存在以存在励磁电流为条件。励磁电流为条件。怎样自励？怎样自励？1、并励发电机的自励、并励发电机的自励 开关开关 K K 断开，原动机拖动发电机在额定转速断开，原动机拖动发电机在额定转速n nN N 空载运行，此时电枢电压没有自励起来。空载运行，此时电枢电压没有自励起来。空载时：空载时：I Ia a=0=0，n n=n=nN NAR Rf fAV+-K KRrI If fU U0 0R RL L直流发电机直流发电机：空载曲线：空载曲线：场阻线为：场阻线为：空载特性空载特性 U U0 0=f(I=f(If f)和励和励磁回路电阻压降或场阻线磁回路电阻压降或场阻线 U=U=I If fR Rcr cr 均与均与 I If f 相关相关空载特性场阻线U=U=I If fR Rcrcr空载曲线：空载曲线：E=UE=U0 0=C Ce ennN NU U0 0=I If fR Rcrcr +L+Lf f(di(dif f/dtdt)场阻线：场阻线：U=U=I If fR Rcrcri if fR Rcrcr0 If U0 若若极性正确极性正确，则，则 r与与 1方向方向相同，或相同，或I If0f0产生产生 1 1是是助磁的。助磁的。剩磁剩磁 r Er I If0f0 1 E1 I If1f1 2 E2 I If2f2 3助磁助磁E 1 E r 则电压不能自则电压不能自励励 一般直流电机磁路中，总存在一一般直流电机磁路中，总存在一定的定的剩磁剩磁。实验时电压表指示出较小。实验时电压表指示出较小的电压，表明电机存在剩磁的电压，表明电机存在剩磁。当发电机由原动机驱动为额定当发电机由原动机驱动为额定转速时，电枢产生不大的剩磁电动转速时，电枢产生不大的剩磁电动势势E Er r，E E r r在励磁回路在励磁回路产生励磁电流产生励磁电流I If0f0。若极性不正确，若极性不正确，1对对 r是去磁是去磁的。的。2 2、并励发电机的自励过程并励发电机的自励过程E E0 0If0If1I If f rErIf2If3E1 E2 E4E3U U0 00 0 3、励磁回路的总电阻、励磁回路的总电阻 Rf 应小于与发电机运行应小于与发电机运行 转速相对应的转速相对应的临界电阻。I If f 继续增加，最后发电继续增加，最后发电机可自励地建立稳定电压机可自励地建立稳定电压U0。U0=if Rcr +P P点是稳定点点是稳定点，U=U0在在P P点，点，U0=if Rcr，0 If ifRcr U0 P R Rcr2cr2 是转速为是转速为 n n 空载特空载特性对应的临界电阻性对应的临界电阻。左图各场阻线对应的励磁电阻 Rcr2Rcr3Rcr4 R Rcr4cr4 是转速为是转速为 n nN N 的空载特的空载特性对应的性对应的临界电阻。临界电阻。U0 If 0123 4n Nnn NR Rcr4cr4ErR Rcr2cr2 临界电阻场阻线与对应空临界电阻场阻线与对应空载特性的稳定点建立的电压略载特性的稳定点建立的电压略大于剩磁电动势大于剩磁电动势 E Er r。电机应有剩磁剩磁 r 产生 Er0。4、并励发电机建立稳定电压的条件 励磁回路的总电阻Rf必须小小 于于一定转速下的的临界电阻临界电阻 值。励磁绕组并联于电枢的极极 性正确性正确。励磁绕组并联于 电枢两端的极性与剩磁方 向一致。E E0 0If0If1I If f rEr0If2If3E1 E2 E4E3U U0 00 0 电压表指针反向电压表指针反向 可能是电枢与励磁极性不正确，将励磁绕组并 联到电枢的两端对调一下。5 5、并励发电机电压无法建立的原因、并励发电机电压无法建立的原因 没有剩磁没有剩磁（电压表指针为零）可用其他直流电源向励磁绕组励磁一次。电压表指针指向较小的电压电压表指针指向较小的电压 可能是励磁电阻太大，可减小Rr 或增高转速n。但要保证n=nN。可用以下几种方法解决问题：可用以下几种方法解决问题：6 6、并、并 励励 直直 流流 发发 电电 机机 外外 特特 性性1 1、实验求取外特性、实验求取外特性2、并励发电机电压变化率比他励大并励发电机电压变化率比他励大3、并励发电机短路电流比他励小并励发电机短路电流比他励小1 1、实验求取实验求取 n=n=n nN N，调节调节 R Rr r，电压自励电压自励 后合上开关后合上开关K K。调节调节R RL L，使使 U=UU=UN N，I=II=IN N，R Rr r=R=RrNrN，保持保持 R RrN rN 不变。不变。调节调节 R RL LIUIU。并励发电机的外特性并励发电机的外特性AR Rf fAV+-K KRrI If fU U0 0RL指指:n n=n=nN N，R Rf f=常数，常数，U=f(I)U=f(I)。2、并励时电压变化率比他励大、并励时电压变化率比他励大因为因为：并励发电机的磁通 会因电枢电压U变化而受到影响。而他励发电机的励磁电压是恒定值，磁通 不受电枢电压变化的影响。0 IN并励并励 U 他励他励U0I3并励发电机短路电流比他励小并励发电机短路电流比他励小并励并励他励他励U00 U 小结：直流发电机的运行特性小结：直流发电机的运行特性空载特性：空载特性：外特性：外特性：调整特性：调整特性：三、复励直流发电机三、复励直流发电机长复励短复励复励发电机的外特性复励发电机的外特性平复励平复励0 U U0过复励过复励欠复励欠复励差复励差复励差复励：差复励：过复励：过复励：电焊电源利用差复励，改变串励绕组的匝数用于焊接电焊电源利用差复励，改变串励绕组的匝数用于焊接时所需的电流。时所需的电流。平复励：平复励：本章小结：本章小结：1 1 直流发电机的三大平衡方程直流发电机的三大平衡方程2 2 直流发电机的电枢反应直流发电机的电枢反应3 3 直流发电机的运行特性直流发电机的运行特性4 4 并励发电机的自励并励发电机的自励习题：习题：思考题：思考题：习题：习题：(只作只作1 1，2 2，3 3问）问）