第8章 直流发电机

U0 UN
C
U Ea I a Ra Cen I a Ra
Ia
Ia
电枢反应的 去磁作用增强
O
IN
I

Ea
U
I a Ra
U
电压调整率：发电机从额定负载 (U=UN ， I=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，即
8-1 概 述
•励磁磁场：励磁绕组通以直流电流建立的磁场，也称为主 磁场。
•励磁方式：励磁绕组的供电方式。
直流电机的励磁方式不同时，其运行特性有很大差别。
他励直流发电机 直流发电机
并励直流发电机
自励直流发电机
串励直流发电机
复励直流发电机
1.他励直流发电机

U
+
I
Ia I

Uf
G +
Ia
If
•并励直流发电机

U
Ea
+
I
PM Ea I a
Ea U I a Ra

T1
T
+
n
Ia
Ia I I f
PM UI UI f I Ra
2 a
T0
If
rj
P2 p f pcu
式中, P2 UI — 直流发电机的输出功率；
p f UI f —直流电机的励磁损耗；
2 pCu I a Ra —电枢回路的铜耗。
•并励直流发电机
P 1 P M p0
PM P2 p f pcu
P 1P 2 pcu p f pm pFe pa
P2 p
p0 pm pFe pa
式中, p pcu p f pm pFe pa — 并励直流发电机的总损耗。
F
+
2.自励直流发电机 1）并励直流发电机

U
+
I
Ia I I f
G
+
Ia
If
F

2）串励直流发电机
U
+
F
Ia I f I
3）复励直流发电机

I
U
I
If

G
U
+
Ia
+
+
If2

G
F2
+
Ia
I
If2

G
F2
+
Ia
I f1
F1
I f1
F1
短复励直流发电机
长复励直流发电机
8-2 直流发电机的运行原理
直流发电机：Ea>U 励磁回路的电压方程式：


U
Ea
+
I

T1
+
n
Ia
U f I f (rf rj ) I f R f
式中， Rf =rf+rj — 励磁回路的总电阻； rf — 励磁绕组本身的电阻；
Uf
+
T0
T
If
rj
rj — 励磁绕组的调节电阻。

U
Ea
+
I
2）并励直流发电机
U f U
2.直流电机的电枢反应 1）交轴电枢反应
nG

N


S


b ( x)
ba ( x)
nM
b0 ( x)
使气隙磁场发生畸变。 使物理中性线偏移几何中性线一个角度。 考虑磁路饱和的影响，具有去磁作用。
物理中性线
交轴去磁电 枢反应
1.他励直流发电机
1）空载特性
定义：当n=常数且I=0时，U0=f(If)。 空载特性可通过空载实验或 磁路计算求得。
U0
平均空载特性 曲线
U0 Ea Ce0nN 0
I f F0
空载特性曲线的形状与磁化 特性曲线相同。
Er O
O
If
2）外特性
定义：当 n=nN且If =IfN（对并励直流发电机，指励磁回路 总电阻Rf =常数）时，U=f( I )。 U 他励直流发电机外特性下垂的原因： 电枢反应的去磁作用。 电枢回路电阻压降的存在。
P2 p
UI I Ra P2 pcu
2 a
式中,流发电机的总损耗。

U
Ea
+
I
p0 pm pFe pa
2 pCu I a Ra

T1
+
n
Ia

P 1 T 1
PM T Ea I a P 2 UI
U
U0 UN
C
U0 U N U 100% UN
他励直流发电机，U(510)%。
O
IN
I
If
3）调节特性
I fN
If0
定义：当 n=nN 且 U=UN 时， If =f(I) 。
O
IN
I
4）效率特性
定义：当n=常数且U=常数时，=f(P2) 。

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2

U
Ea
+
I

T1
+
n
Ia
Ea U I a Ra Ub

Uf
+
T0
T
If
U I a Ra
Ub为一对电刷上的接触电压降；
rj
式中，Ra 为串联于电枢回路中的各种绕组的总电阻；
U b Ra为电枢回路的总电阻，Ra Ra 。 Ia
Ea U I a Ra
第八章 直流发电机
8-1 概 述
8-2 直流发电机的运行原理
8-3 直流电机的电枢反应
8-4 直流发电机的运行特性
第八章 直流发电机
基本要求：
1. 掌握直流发电机的基本方程式，并会利用这些方程式进
行计算。
2. 掌握电枢反应的概念，了解电枢反应的性质。 3. 了解各种励磁方式的直流发电机外特性曲线的形状，以 及影响电压变动的因素。 4.掌握并励直流发电机自励建压的条件。

U
Ea
+
I
T Ct I a

T1
稳态运行时的转矩平衡方程式：
+
n
Ia
T1 T T0

Uf
+
T0
T
If
rj
3.电磁功率和功率平衡方程式
1）电磁功率
电磁功率：机电能量转换过程中的转换功率。
pz Ea n Ce n 60a
pZ T I a Ct I a 2 πa

1.0 0.8 0.6
d 0 dI a
2 Ia Ra p0
0.4 0.2
O
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
P2 PN
当不变损耗=可变损耗时发生最大效率。

U
+
I
2.并励直流发电机
并励直流发电机建立电压的过程称为自励 过程，满足建压的条件称为自励条件。

G
+
Ia
1）并励直流发电机的自励
空载特性曲线 U0 f (I f )
交轴
8-4 直流发电机的运行特性
发电机运行时转速一般保持为额定值，这时端电压 U 、负 载电流 I 、励磁电流 If 3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特性。
直流发电机的运行特性：
空载特性：当n=常数且I=0时，U0=f(If)。 外特性：当n=常数且If =常数（或励磁回路总电阻Rf=常数） 时，U=f(I)。 调节特性：当n=常数且U=常数时，If =f(I) 。
N
S

-x
0 f b
x
fa ( x)
0
x
取原点o在主极轴线与电枢表面的交点处，则当磁路不饱和 时，在距原点x处每个气隙的电枢磁动势为
Zia 1 2x x Ax[ A] f a ( x) ( Zia ) 2 p 2 2 p


2
x

2
Zia 式中，A—电枢的线负荷(A/m)，A 。 2 p
2）空载特性
并励发电机的空载特性和他励直流发电机相同。
3）外特性
定义：当n=nN且励磁回路总电阻 Rf =常数时，U=f(I)。
U
并励直流发电机外特性下垂的原因： 电枢反应的去磁作用。 电枢回路电阻压降的存在。 端电压下降，引起励磁电流减小。

T1
T
+
n
Ia
Ia I I f
3）串励直流发电机
T0
If
Ia I I f
注意：电枢回路的电压方程式中应 加入串励绕组的电阻压降。
I
rj

U
+
F
If

G
Ea
+
Ia
2. 转矩平衡方程式
作用在直流发电机转轴上的转矩： •原动机输入给发电机的驱动转矩T1； •电磁转矩T； •机械摩擦及铁耗引起的空载转矩T0。 电磁转矩： 制动转矩
2）电刷不在几何中性线上
N S

Fad
Faq
f
Fad
Fa
Faq
0
b 2
x
b
电刷偏离几何中性线时，电枢磁动势可分解成交轴电枢磁 动势和直轴电枢磁动势。
2b •交轴电枢磁动势的最大值 Faq Fa A( b)[ A] 2 2b •直轴电枢磁动势的最大值 Fad Fa Ab[ A]