東北電力電機學(xué)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(diào)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(jù)圖25-1，電樞回路的電壓平衡方程式為 式

2、中， 為正、負(fù)一對電刷上的接觸電壓降，其大小與電刷型號有關(guān)，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(yīng)電動勢 與電樞電流 的乘積，即 式中，

3、 為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動和實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換

4、所必然產(chǎn)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(fēng)損耗等。 （2）鐵耗 ，電樞鐵心中磁場交變產(chǎn)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(chǎn)生的鐵耗和換向元件內(nèi)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(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩平

6、衡方程。式中， 是輸入轉(zhuǎn)矩，為拖動性質(zhì)； 是電磁轉(zhuǎn)矩，為制動性質(zhì)； 為空載轉(zhuǎn)矩，也是制動性質(zhì)。,,,,,,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(zhì)量的外特性、勵磁調(diào)節(jié)用的調(diào)整特性和表征力能指標(biāo)的效率特性?？蛰d特性是指轉(zhuǎn)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(guān)系

7、 。電機空載時，電樞電流為零或很小，可以認(rèn)為發(fā)電機的空載端電壓 就是空載感應(yīng)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(biāo)之間僅相差一個比例常數(shù)，空載特性實質(zhì)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(zhuǎn)速 ，調(diào)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(yīng)的 值。由于鐵心有磁滯現(xiàn)象，所得到的 相當(dāng)于整個磁滯回線的左半邊。根據(jù)對稱關(guān)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(yīng)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(dāng) 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(guān)系

10、 ，如圖25-5所示。 外特性是一條隨負(fù)載電流增大而下降的曲線。發(fā)電機端電壓隨負(fù)載電流變化而變化的程度可用額定電壓調(diào)整率 來衡量，定義為：當(dāng) 、 時，發(fā)電機從額定負(fù)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(diào)節(jié)特性,調(diào)節(jié)特性是指 常值時，隨著負(fù)載電流

11、 的變化，保持 常值時勵磁電流的調(diào)節(jié)規(guī)律 。調(diào)節(jié)特性表征負(fù)載變化時如何調(diào)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(diào)節(jié)特性隨負(fù)載電流增大而上翹。 圖25-6 他勵發(fā)電機的調(diào)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(guān)系

12、 ，如圖25-7所示。損耗分為兩大類，一類是隨負(fù)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(fù)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(fù)載變化時勵磁電流也要調(diào)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(nèi)旋轉(zhuǎn)時，就會產(chǎn)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(chǎn)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(fù)反饋作用。負(fù)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(yīng)電動勢升高，從而使勵磁電流和氣隙磁場進(jìn)一步加強，如此往復(fù)，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(yīng)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(yīng)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(diào)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(fù)載電流間的關(guān)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(fù)載電流 互相影響，導(dǎo)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(fù)載增大時，端電壓下降較快 在同一負(fù)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(dāng)負(fù)載電阻 減小，負(fù)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(jìn)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(dǎo)致氣隙磁通和感應(yīng)電動勢較大幅度的下降，結(jié)果使端電壓的下降比負(fù)

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(fù)載電流亦下降。穩(wěn)態(tài)短路（端電壓等于零）時，電流較小,,,,,,復(fù)勵發(fā)電機的運行特性,復(fù)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(fù)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(fù)勵；若串勵磁動勢與并勵磁動勢方向相反，稱為差復(fù)勵。常用的復(fù)勵發(fā)電機都是積復(fù)勵。 圖25-11 復(fù)勵

18、發(fā)電機的接線圖,復(fù)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(fù)載時串勵繞組恰好能補償電樞反應(yīng)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(fù)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(fù)勵。若補償作用不足，外特性仍下降，稱為欠復(fù)勵。 圖25-12 積復(fù)勵發(fā)電機的外特性,精品課件！,精品課件！