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1、第 四 章,直 流 发 电 机,基 本 方 程,他 励 发 电 机 特 性,并 励 发 电 机,直 流 发 电 机,第四章 直 流 发 电 机,本 章 要 求：,熟练掌握直流发电机的基本方程，并能正确使用。,掌握基本概念：物理量的正方向，电机的稳态运行。直流发电机的空载特性、负载特性、外特性以及调节特性。,掌握直流并励发电机自励条件，并能正确判断直流并励发电机无法自励原因。,熟练掌握直流发电机的空载特性和外特性，其它特性一般掌握。,第 一 节 直流发电机的基本方程,以电路、力学、能量守恒的基本定律为基础，建立直流电机电压、转矩、功率三个平衡方程（稳态）。,一、电压平衡方程,正方向规定如图示：,
2、电刷压降,绕组内阻,包括绕组内阻和电刷接触电阻的电枢总内阻,上,下,Cen,二、转矩平衡方程,当发电机输出功率增加时，输出电流Ia增大、Tem增大，必须加大外力矩T1才能维持正常运转。,1、当发电机空载运行时，其转子的阻转矩只有T0。转矩平衡方程：T1=T0。,2、当发电机负载运行时，其转子的阻（制动）转矩有T0和电磁转矩Tem。转矩平衡方程为：T1=T0+Tem,发电机必须有外力矩T1，才能维持正常运转。,上,下,其中：,三、功率平衡方程,RL,1、机械功率平衡方程,摩擦损耗,铁损耗,附加损耗,上,下,其中：,2、电功率平衡方程,P2：输出功率,pcu：电枢铜耗,上,下,外力矩为了克服制动转
3、矩（电磁和空载转矩）提供机械力矩（功率）；它部分转换成了电磁功率传给了电枢。,3、机电能量转换关系,发电机将从转轴上输入的克服电磁转矩的机械功率转换成电功率。该电功率为Ea Ia,电磁功率：Pem=Ea Ia=Tem,上,下,4、功率分配,5、效率,6、功率流程,上,下,电势：Ea=IaRa+U,转矩：T1=T0+Tem,功率：P1=p0+pcu+P2,上,下,Ia,第二节 他 励 发 电 机 特 性,直流发电机中，物理量：U（端电压）、Ia（电枢电流）、If（励磁电流）两两间的变化关系称为发电机特性。它们包括,空载特性：U=f(If)，Ia=0，n N=C,外特性：U=f(Ia)，If=C，
4、n N=C,调节特性：If=f(Ia)，U=C，n N=C,上,下,一、空载特性U=f(If),当n=nN且Ia=0时，U与If关系也等于Ea与If关系，即 Ea=f(If),Ea，Ea=f(If)曲线与电机磁化曲线=f(If)相似,Ea=f(If)曲线也有磁滞现象,注意：空载实验时，If只能单方向调节。,上,下,二、外特性U=f(Ia),当If=IfN，n=nN时，U与Ia的关系,曲线下降原因：U=Ea-IaRa,1、电枢反应去磁，使Ea减小。,2、内阻Ra有压降。(主要),电压变化大小用U表示，称为电压变化率,他励U=（510）%,上,下,三、调节特性If=f(Ia),当n=nN,U=C时
5、，If与Ia关系,上,下,第三节 并 励 发 电 机,并发电机：Ia=IL+If Uf=U,一、空载电压建立的物理过程,有剩磁r,Ea,If,正反馈,上,下,发电机何时建立起一个稳定的直流电压？该电压为多大？,并励发电机的稳定空载电压必须同时满足两个方程（两条曲线），即空载曲线U0=f(If)和励磁回路电阻线U0=Uf=IfRf总。,A,上,下,二、并励发电机的自励条件,1、有剩磁；,2、励磁绕组极性正确；,3、励磁回路的总电阻必须小于相应转速下的临界电阻,当n不变时，Rf总增加，励磁回路电阻线斜率会增加。当电阻线与空载曲线直线段重合时，无固定交点，U0不稳定，此状态叫临界状态。此时Rf总叫临
6、界电阻。,Ea=Cen，n不同空载曲线高度不同，临界电阻也不同,n2,上,下,三、外特性U=f(I),当Rf总=C，n=nN时，U与I关系,并励U=（2030）%,他励U=（510）%,1、U下降原因,1）Ra压降,2）电枢反应去磁,上,下,并励U=（2030）%,他励U=（510）%,2、拐弯原因,当RL较大时，I小,Ea基本不变,I=（Ea-IaRa）/RL,I=（Ea-IaRa）/RL,上,下,当RL=0时，Ea=剩磁电势，I达到最小。,注意：虽然并励直流发电机稳态短路电流小，但不能突然短路，因为暂态冲击电流会很大。,作业：3-14；3-15；3-19；3-21；,思 考 题,1、一台四级直流发电机（单叠绕组），如果一个电刷脱落，绕组内部是否有环流出现？刷间电势大小是否会改变？电枢电流大小是否受到影响？,2、如何改变直流发电机电枢电势的大小的极性？,3、并励直流发电机能自励的基本条件是什么？,上,
