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第8章 直流发电机.ppt

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第八章 直流发电机,§8-1 概述,现代的电力系统大多数是交流电,但有些场合还需要用直流电。这时可用电力电子整流装置将交流电变为直流电,也可直接由发电机得来。,直流发电机种类很多,按励磁方式可分为:他励发电机和自励发电机,其中自励发电机又分为并励、串励和复励三种。,§8-2 直流发电机的运行原理,1、直流发电机稳态运行时的基本方程式,以他励式为例,如右图,根据基尔霍夫电压定律得:,为电枢回路各绕组总电阻,为一对电刷下接触电阻的电压降,1、直流发电机稳态运行时的基本方程式,则方程式可改写为:,式(8-1)中 ,此式即为直流发电机的电压平衡方程式。,实际一般不用 ,而是用一个等效电阻 ,它是电枢回路总电阻。,1、直流发电机稳态运行时的基本方程式,T1 = T + T0 (8-2),根据受力平衡原理得:,原动机驱动转矩 T1与 n同方向;T与n方向相反,为制动转矩。,上式即为直流发电机的转矩平衡方程式,其中T 为电磁转矩,T0 为空载阻转矩。,当发电机接上负载,电枢电流 Ia与气隙磁场互相作用产生制动性电磁转矩 T。,2、稳态运行时的功率关系和电磁关系,式(8-1)两边同乘Ia得:,式中 为包括电枢回路串联各绕组中的铜损耗和各电刷接触电阻损耗的总损耗功率,简称铜耗; 是发电机的输出功率。,把式(8-2)两边同乘机械角速度Ω得:,2、稳态运行时的功率关系和电磁关系,为电磁功率,即:,式中P1为原动机输入的机械功率; 是发电机空载损耗功率, ,其中pm是机械损耗功率,pFe是铁损耗功率,pa附加损耗功率。,把式(8-3)代入式(8-4)得:,2、稳态运行时的功率关系和电磁关系,式(8-5)即为发电机的功率平衡方程式,由此式可画出功率流程,如下图所示:,总损耗为:,2、稳态运行时的功率关系和电磁关系,发电机的效率为:,流程图中还画出了励磁功率pf ,在他励时该功率由直流电源供给,并励时该功率为内部损耗。,§8-3 直流发电机的电枢反应,直流电机电枢绕组中有负载电流时,它所产生的磁动势对励磁绕组磁场的影响,称为电枢反应。,电枢反应对气隙磁通的大小和分布、电机的运行性能、换向的好坏都有影响。,1、电枢磁动势的空间分布,电枢磁动势的空间分布只决定于电枢绕组中电流的分布,以电刷为界的电枢表面电流在空间上是不变的,因此其产生的磁场和磁动势的分布也是固定不变的。,1、电枢磁动势的空间分布,下图为电刷在几何中线上时电枢磁场的空间分布:,1、电枢磁动势的空间分布,由磁场分布图可知,磁极中心线下的气隙处电枢磁动势为零,在几何中性线处达到最大值。,如何计算电枢磁动势Fax?,① 计算电枢线负荷A,② 计算经过距原点±x处的闭合回路磁动势,④ 磁动势方向规定,⑤ 计算 Fax,③ 计算每个气隙段磁动势,1、电枢磁动势的空间分布,① 计算电枢线负荷A,当 ia(支路电流)一定时,A是常数。,又称电枢表面单位周长上的电流。,② 计算经过距原点±x处的闭合回路磁动势,根据安培环路定律,忽略铁芯中的磁压降进行计算,注意 A 是常数,x是变量。,1、电枢磁动势的空间分布,在一个极距范围内,距原点x处,每个气隙段的电枢磁动势为:,正磁动势方向从电枢到主极,负磁动势方向从主极到电枢。,③ 每个气隙段磁动势计算,④ 磁动势方向规定,1、电枢磁动势的空间分布,⑤ 计算Fax,电枢磁动势沿空间呈三角形分布(实际电枢有齿槽,呈阶梯形波)在磁极中心线处为零,几何中心线处达最大值Fa 。,Fax=A x,A为常数。x变化范围是:0→/2,- /2→0,Fa= A · /2,1、电枢磁动势的空间分布,1、电枢磁动势的空间分布,⑥ 电枢磁通密度的空间分布,1、电枢磁动势的空间分布,极间范围内:气隙增大,Bax削弱,呈下凹形。,极靴下:气隙均匀,′为常值,Bax随Fax变化线性变化。,1、电枢磁动势的空间分布,当电刷不在几何中性线而在电枢表面移动了一段距离b时,电枢表面电流分布的分界线也随电刷同时移动,此时可将电枢磁动势分为两个分量:与主极轴线重合的直轴磁势Fad和与主极轴线垂直的交轴磁势Faq。,1、电枢磁动势的空间分布,交轴电枢磁动势:,直轴电枢磁动势:,1、电枢磁动势的空间分布,曲线3 表示交轴分量Faq 。,曲线1 表示电刷移动b时电枢磁动势空间分布曲线仍呈三角形波,整个波形也随电刷偏移b,曲线1由曲线2和曲线3合成。,曲线2 表示直轴分量Fad 。,2、发电机中的电枢反应,若将电刷逆旋转方向移动,则直轴电枢反应是增磁的 。,由右图可知电刷顺旋转方向转动b时,直轴反应磁势Fad的方向与电枢磁动势Ff的方向相反,即直轴电枢反应是去磁的。,1)直轴电枢反应,2、发电机
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