电机学 教学课件 作者 曾令全 李书权 编 第25章.ppt

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1、第25章直流发电机直流发电机的电压平衡方程直流发电机的功率平衡方程直流发电机的转矩平衡方程直流发电机的特性25-1直流发电机的电压平衡方程以并励发电机为例建立直流发电机的基本方程。并励发电机稳态运行时的等效电路如图25-1所示。其中电枢绕组电动势为，电枢绕组电阻为，励磁绕组电阻为，励磁回路调节电阻为，发电机端电压为，输出电流为，电枢电流为，励磁电流为。图25-1并励直流发电机等效电路根据图25-1，电枢回路的电压平衡方程式为式中，为正、负一对电刷上的接触电压降，其大小与电刷型号有关，一般=0.5~2V。为电枢回路的总电阻，包括电枢绕组

2、的电阻和电刷接触电阻。励磁回路的电压方程为式中，为励磁回路总电阻。电流方程为定义直流电机的电磁功率为电枢绕组感应电动势与电枢电流的乘积，即式中，为转子的机械角速度。在电压平衡方程式两边同乘以，考虑到，有即式中，为发电机输出的电功率，为励磁铜耗，为电枢回路的总铜耗。直流发电机的功率平衡方程机械功率的一部分被用于平衡转子转动和实现能量转换所必然产生的损耗，这些损耗有：（1）机械损耗，包括轴承、电刷摩擦损耗，空气摩擦损耗以及通风损耗等。（2）铁耗，电枢铁心中磁场交变产生的磁滞损耗和涡流损耗。（3）杂散损耗，又称附加损耗，包括主磁场脉动和畸变

3、引起的铁耗、漏磁场在金属紧固件中产生的铁耗和换向元件内的附加损耗等。因此有发电机的功率平衡方程为式中：——为空载损耗——为并励发电机的总损耗根据功率平衡方程，可画出直流发电机的功率图，如图25-2所示。图25-2直流发电机的功率图直流发电机的转矩平衡方程式两边同除以角速度得即这就是直流发电机的转矩平衡方程。式中，是输入转矩，为拖动性质；是电磁转矩，为制动性质；为空载转矩，也是制动性质。25-2直流发电机特性直流发电机的稳态运行特性包括：表征输出电压质量的外特性、励磁调节用的调整特性和表征力能指标的效率特性。空载特性是指转速常值，输出电

4、流时，电枢的空载端电压与励磁电流之间的关系。电机空载时，电枢电流为零或很小，可以认为发电机的空载端电压就是空载感应电动势，因此正比于主磁通，所以空载特性与磁化曲线的纵坐标之间仅相差一个比例常数，空载特性实质上就是电机的磁化曲线。空载特性常用来确定磁路的饱和程度。空载特性可以用实验方法来求取，图25-3为空载实验的接线图。实验时，发电机空载，保持转速，调节励磁电流，使空载电压，然后将逐步减小到零，再将反向，并逐步增加，直到反向时的与正向时的相等为止，记录每次的和相应的值。由于铁心有磁滞现象，所得到的相当于整个磁滞回线的左半边。根据对称关

5、系，可画出磁滞回线的另外半边，然后找出整个磁滞回线的平均曲线，如图25-4中虚线所示，此虚线即为电机的空载曲线。直流电机励磁后，再将励磁切断，磁路中就会有剩磁，此后即使，电枢仍会出现由剩磁所感应的剩磁电压，通常。图25-3空载实验接线图图25-4空载特性他励发电机的外特性外特性是当常值、励磁电流常值时，发电机的端电压与输出电流之间的关系，如图25-5所示。外特性是一条随负载电流增大而下降的曲线。发电机端电压随负载电流变化而变化的程度可用额定电压调整率来衡量，定义为：当、时，发电机从额定负载过渡到空载时的电压变化率，即图25-5他励发电

6、机的外特性他励发电机的调节特性调节特性是指常值时，随着负载电流的变化，保持常值时励磁电流的调节规律。调节特性表征负载变化时如何调节励磁电流才能维持发电机端电压不变。如图25-6所示，调节特性随负载电流增大而上翘。图25-6他励发电机的调节特性他励发电机的效率特性效率特性是指在常值，常值时，效率与输出功率之间的关系，如图25-7所示。损耗分为两大类，一类是随负载变化很小的损耗，包括机械损耗、铁耗，称为不变损耗；另一类是随负载变化较大的损耗，包括电枢回路损耗、电刷接触损耗、励磁绕组铜耗（负载变化时励磁电流也要调整）和杂散损耗，称为可变损耗

7、。图25-7他励发电机的效率特性25-3并励发电机的自励与运行特性并励发电机的自励并励发电机的接线图如图25-8所示。由于磁极铁心中存在剩磁，电枢在剩磁磁场内旋转时，就会产生剩磁电动势。剩磁电动势由电枢端点输出，加到励磁绕组上，产生一个较小的励磁电流，其磁动势方向既可能与剩磁方向相同而形成正反馈作用，也可能与剩磁方向相反而形成负反馈作用。负反馈时，剩磁磁场被抑制，电压建立不起来；正反馈时，气隙磁场加强，使电枢的感应电动势升高，从而使励磁电流和气隙磁场进一步加强，如此往复，发电机的端电压将逐步建立起来。要实现励磁电流的正反馈，励磁绕组端

8、点与电枢绕组端点的连接要正确。并励发电机的自励与运行特性图25-8并励发电机的接线图图25-9并励发电机自励时的稳态空载电压从空载时励磁回路的电压方程和图25-9可知，自励时发电机的空载运行点应由空载特性和励磁回路的伏安