東北電力電機學ppt講義第25章

1、25-1 直流發(fā)電機的電壓平衡方程,以并勵發(fā)電機為例建立直流發(fā)電機的基本方程。并勵發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的等效電路如圖25-1所示。其中電樞繞組電動勢為 ，電樞繞組電阻為 ，勵磁繞組電阻為 ，勵磁回路調節(jié)電阻為 ，發(fā)電機端電壓為 ，輸出電流為 ，電樞電流為 ，勵磁電流為 。圖25-1 并勵直流發(fā)電機等效電路,,,,,,,,,根據圖25-1，電樞回路的電壓平衡方程式為 式

2、中， 為正、負一對電刷上的接觸電壓降，其大小與電刷型號有關，一般 =0.5 ~ 2 V。 為電樞回路的總電阻，包括電樞繞組的電阻 和電刷接觸電阻。勵磁回路的電壓方程為 式中， 為勵磁回路總電阻。 電流方程為,,,,,,,,,定義直流電機的電磁功率 為電樞繞組感應電動勢 與電樞電流 的乘積，即 式中，

3、 為轉子的機械角速度。在電壓平衡方程式兩邊同乘以 ，考慮到 ，有 即 式中， 為發(fā)電機輸出的電功率， 為勵磁銅耗， 為電樞回路的總銅耗。,,,,,,,,,,,,,,,,,,直流發(fā)電機的功率平衡方程,機械功率 的一部分被用于平衡轉子轉動和實現(xiàn)能量轉換

4、所必然產生的損耗，這些損耗有： （1）機械損耗 ，包括軸承、電刷摩擦損耗，空氣摩擦損耗以及通風損耗等。 （2）鐵耗 ，電樞鐵心中磁場交變產生的磁滯損耗和渦流損耗。 （3）雜散損耗 ，又稱附加損耗，包括主磁場脈動和畸變引起的鐵耗、漏磁場在金屬緊固件中產生的鐵耗和換向元件內的附加損耗等。 因此有,,,,,,,,,,發(fā)電機的功率平衡方程為 式中：

5、 ——為空載損耗 ——為并勵發(fā)電機的總損耗 根據功率平衡方程，可畫出直流發(fā)電機的功率圖，如圖25-2所示。 圖25-2直流發(fā)電機的功率圖,,直流發(fā)電機的轉矩平衡方程,式 兩邊同除以角速度 得 即這就是直流發(fā)電機的轉矩平

6、衡方程。式中， 是輸入轉矩，為拖動性質； 是電磁轉矩，為制動性質； 為空載轉矩，也是制動性質。,,,,,,25-2 直流發(fā)電機特性,直流發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)運行特性包括：表征輸出電壓質量的外特性、勵磁調節(jié)用的調整特性和表征力能指標的效率特性?？蛰d特性是指轉速 常值，輸出電流 時，電樞的空載端電壓與勵磁電流之間的關系

7、 。電機空載時，電樞電流為零或很小，可以認為發(fā)電機的空載端電壓 就是空載感應電動勢 ，因此 正比于主磁通，所以空載特性 與磁化曲線 的縱坐標之間僅相差一個比例常數(shù)，空載特性實質上就是電機的磁化曲線?？蛰d特性常用來確定磁路的飽和程度。,,,,,,,,空載特性可以用實驗方法來求取，圖25-3為空載實驗的接線圖。實驗時，

8、發(fā)電機空載，保持轉速 ，調節(jié)勵磁電流 ，使空載電壓 ，然后將 逐步減小到零，再將 反向，并逐步增加，直到反向時的 與正向時的 相等為止，記錄每次的 和相應的 值。由于鐵心有磁滯現(xiàn)象，所得到的 相當于整個磁滯回線的左半邊。根據對稱關系，可畫出磁滯回線的另外半邊，然后找出整個磁滯回線的平均曲線，如圖25-4中虛線所示，此虛

9、線即為電機的空載曲線。,,,,,,,,,,直流電機勵磁后，再將勵磁切斷，磁路中就會有剩磁，此后即使 ，電樞仍會出現(xiàn)由剩磁所感應的剩磁電壓 ，通常 。圖25-3 空載實驗接線圖 圖25-4空載特性,,,,,,他勵發(fā)電機的外特性,外特性是當 常值、勵磁電流 常值時，發(fā)電機的端電壓與輸出電流之間的關系

10、 ，如圖25-5所示。 外特性是一條隨負載電流增大而下降的曲線。發(fā)電機端電壓隨負載電流變化而變化的程度可用額定電壓調整率 來衡量，定義為：當 、 時，發(fā)電機從額定負載過渡到空載時的電壓變化率，即 圖25-5 他勵發(fā)電機的外特性,,,,,,,,他勵發(fā)電機的調節(jié)特性,調節(jié)特性是指 常值時，隨著負載電流

11、 的變化，保持 常值時勵磁電流的調節(jié)規(guī)律 。調節(jié)特性表征負載變化時如何調節(jié)勵磁電流才能維持發(fā)電機端電壓不變。如圖25-6所示，調節(jié)特性隨負載電流增大而上翹。 圖25-6 他勵發(fā)電機的調節(jié)特性,,,,,他勵發(fā)電機的效率特性,效率特性是指在 常值， 常值時，效率與輸出功率之間的關系

12、 ，如圖25-7所示。損耗分為兩大類，一類是隨負載變化很小的損耗，包括機械損耗、鐵耗，稱為不變損耗；另一類是隨負載變化較大的損耗，包括電樞回路損耗、電刷接觸損耗、勵磁繞組銅耗（負載變化時勵磁電流也要調整）和雜散損耗，稱為可變損耗。 圖25-7 他勵發(fā)電機的效率特性,,,,,,,,25-3 并勵發(fā)電機的自勵與運行特性,并勵發(fā)電機的自勵 并勵發(fā)電機的接線圖如圖25-8所示。由于磁極

13、鐵心中存在剩磁，電樞在剩磁磁場內旋轉時，就會產生剩磁電動勢 。剩磁電動勢由電樞端點輸出，加到勵磁繞組上，產生一個較小的勵磁電流，其磁動勢方向既可能與剩磁方向相同而形成正反饋作用，也可能與剩磁方向相反而形成負反饋作用。負反饋時，剩磁磁場被抑制，電壓建立不起來；正反饋時，氣隙磁場加強，使電樞的感應電動勢升高，從而使勵磁電流和氣隙磁場進一步加強，如此往復，發(fā)電機的端電壓將逐步建立起來。要實現(xiàn)勵磁電流的正反饋，勵磁繞組端點與電樞繞組端點的

14、連接要正確。,,,并勵發(fā)電機的自勵與運行特性,圖25-8 并勵發(fā)電機的接線圖 圖25-9并勵發(fā)電機自勵時的穩(wěn)態(tài)空載電壓,從空載時勵磁回路的電壓方程 和圖25-9可知，自勵時發(fā)電機的空載運行點應由空載特性 和勵磁回路的伏安特性 （勵磁電阻線）的交點A來確定。與空載特性相切的電阻線，稱為臨界電阻線，對應的電阻稱為臨界電阻。綜上所述，并勵發(fā)電機的自

15、勵條件是：1）氣隙中必須有剩磁；2）勵磁磁動勢與剩磁磁場的方向必須相同；3）勵磁回路的總電阻必須小于臨界電阻。,,,,并勵發(fā)電機的運行特性（調整特性和效率特性與他勵發(fā)電機相似） 并勵發(fā)電機的外特性是指 ， 常值時，發(fā)電機的端電壓與負載電流間的關系 。由于并勵發(fā)電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，勵磁電流 與負載電流 互相影響，導致其外特性與他勵發(fā)電機有明顯的差別，如圖25-1

16、0所示。 圖25-10 并勵發(fā)電機的外特性,,,,,,并勵發(fā)電機的外特性有以下三個特點：負載增大時，端電壓下降較快 在同一負載下，并勵發(fā)電機的端電壓要比他勵時下降得多。 外特性有拐彎現(xiàn)象 當負載電阻 減小，負載電流增大，端電壓下降到一定值時，磁路將處于不飽和狀態(tài)，此時若進一步減小 ，端電壓的下降使勵磁電流下降，而勵磁電流的下降將導致氣隙磁通和感應電動勢較大幅度的下降，結果使端電壓的下降比負

17、載電阻減小得更快，于是外特性就出現(xiàn)“拐彎”現(xiàn)象，即端電壓下降，負載電流亦下降。穩(wěn)態(tài)短路（端電壓等于零）時，電流較小,,,,,,復勵發(fā)電機的運行特性,復勵發(fā)電機的勵磁繞組包括并勵和串勵兩部分，其接線圖如圖25-11所示。 復勵發(fā)電機中，若串勵磁動勢與并勵磁動勢方向相同，稱為積復勵；若串勵磁動勢與并勵磁動勢方向相反，稱為差復勵。常用的復勵發(fā)電機都是積復勵。 圖25-11 復勵

18、發(fā)電機的接線圖,復勵發(fā)電機的外特性可出現(xiàn)三種情況，如圖25-12所示。若電機額定負載時串勵繞組恰好能補償電樞反應的去磁作用以及電樞回路的壓降，則額定電壓等于空載端電壓，這種情況稱為平復勵。若串勵磁動勢的作用較強，補償作用有余，外特性就會上翹，這種情況稱為過復勵。若補償作用不足，外特性仍下降，稱為欠復勵。 圖25-12 積復勵發(fā)電機的外特性,精品課件！,精品課件！