7.5 直流发电机及其运行特性（课件）-《电机与变压器》同步精品课堂（高等教育出版社）

7.5 直流发电机及其运行特性 同步精品课堂 电机与变压器 高教版 1 学习目标 掌握电枢感应电动势 掌握电磁转矩 掌握并学会直流发电机的运行特性的内容 知识目标 能力目标 新知学习 一 、电枢感应电动势、电磁转矩、电磁功率、效率及转矩平衡方程式 1. 电枢绕组的感应电动势 当外界动力机械带动电枢旋转时，电枢绕组切割气隙磁场产生感应电动势，即正负电刷间的 电动势。 导体在匀强磁场中做垂直切割磁感线运动时，产生电动势的表达式为 e =BLv e —— 导体中感应电动势，单位是V(伏); B ——导体所在处的磁感应强度，单位是T (特); L ——导线在磁场中的有效长度，单位是m (米); v——导体运动的速度，单位是m/s (米/秒)。 新知学习 一 、电枢感应电动势、电磁转矩、电磁功率、效率及转矩平衡方程式 1. 电枢绕组的感应电动势 在直流发电机中，磁极表面的磁感应强度是不均匀的，如果能求出发电机气隙中的平均磁感 应强度，每根导体的平均感应电动势为 ep =BpLv ep——导体中平均感应电动势； Bp—— 发电机气隙中的平均磁感应强度； L——导体在磁场中的有效长度； v——导体运动速度。 新知学习 一 、电枢感应电动势、电磁转矩、电磁功率、效率及转矩平衡方程式 1. 电枢绕组的感应电动势 如果电枢绕组中总有效边数是N, 共 有 2a 条并联支路数，则每条支路串联的有效边数为N/2a, 所以每条支路的总电动势为 Ea=epBpLv Ea 电枢电动势，单位是V(伏); N—— 电枢绕组有效边总数； a—— 电枢绕组并联支路对数。 新知学习 一 、电枢感应电动势、电磁转矩、电磁功率、效率及转矩平衡方程式 2. 电磁转矩 直流电机作为发电机运行时，电机由原动机拖动(输入转 矩为T₁) 并以恒转速旋转。发电机接有负载时，电枢内有电流 通过，它与电枢的电动势方向是一致的。它在磁场中要产生一 个转矩，转矩方向与输入转矩方向相反，如图所示。对输入的机械转矩来说，它是制动转矩，又因为它是由电磁力产 生的，所以称为电磁转矩。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 1.并励发电机的空载特性 并励发电机原理图如图所示，电路特点是：电枢绕组与励磁绕组并联，励磁电流由发电机本身的电枢绕组供给。励磁电流占额定负载时电流的极小部分。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 1.并励发电机的空载特性 励磁电流占额定负载时电流的极小部分。大、中型直流发电机的励磁 电流为额定电流的2%～3%,小型直流发电机的励磁电流为额定电流的5%～10%。 01 空载时，发电机的电枢电流只供给励磁绕组，而励磁电流很小，电枢内部电压降也很小，其端 电压与电动势基本相等。 02 发电机的空载特性是指在发电机的转速n=nN, 负载电流I=0 时，空载电压U。随励磁电流Ig的变化关系，可表示为U₀=f(Ig)。 03 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 1.并励发电机的空载特性 空载特性可用图线表示，称为空载特性曲线。当发电机达到额定转速n、后保持不变，调节 电阻Rp,使励磁电流从0开始逐渐增加，每变动一次，记下对应的励磁电流和电压值，最后达到 额定的励磁电流IEn和 U₀。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 1.并励发电机的空载特性 再以励磁电流Ig为横坐标，以电压 U。值为纵坐标，即可画出并励发 电机空载特性曲线，如图所示。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 并励发电机空载特性曲线的画出，就是并励发电机自建电动势的过程。并励发电机自建电动势必须满足三个条件： 主磁极必须有剩磁，电枢旋转时能切割剩磁 产生励磁电流。 1 励磁绕组与电枢绕组接法正确，使励磁电流产生的磁通与剩磁通方向一致。 2 励磁电路的电阻应小于临界值。励磁回路的电阻是调节励磁电流的，磁路饱和时的励磁回路 电阻值称为临界值。励磁回路电阻小于临界值，励磁电流大于磁路饱和时的电流值。 3 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 若在a 点以上，磁路比较饱和，要获得额定电压，就要求有较大的电流或者有较多的 励磁绕组匝数，这样铜损或铜用量要增加，也不经济。所以最适宜的工作点就在a 点附近。 励磁电流稍有变化，电压就会有较大的变化，电 压不稳定。 03 04 若位于a 点以下， 说明磁路未饱和，铁心未得到充分利用，不经济。 并励发电机工作时，其额定工作电压位于曲线弯曲的a 点处，称为膝部。 01 02 并励发电机自建电动势 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 2.并励发电机的外特性 并励发电机外特性测试电路如图所示。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 2.并励发电机的外特性 求取外特性时，测试时应保持n=nx, 同时调节 励磁电流和负载电流，使电机达到额定状态，即U=UN,I=I 。然后保持励磁电阻Rp 不变，求取 不同负载时的端电压，可得如图所示并励发电机外特性曲线。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 从图线的变化情况可知，负载电流从零逐渐增加时，端电压逐渐降低，降低的原因有以下几点 (1)发电机内部电压降增大。从发电机的电动势平衡方程式可以看出，E₄=U+I,R, 负 载 电 流增大时，I。增 大 ，I,R。增大，而电动势E, 不变，所以端电压U下降。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 从图线的变化情况可知，负载电流从零逐渐增加时，端电压逐渐降低，降低的原因有以下几点 (2)电枢反应加剧。电枢反应对主磁通有削弱作用，电动势E。有所下降，所以端电压也 下降。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 从图线的变化情况可知，负载电流从零逐渐增加时，端电压逐渐降低，降低的原因有以下几点 (3)由于端电压下降，励磁电压也下降，励磁电流随之减小。结果端电压继续下降。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 从图线可以看出，并励发电机外特性有三个特点： (1)在不同负载电流下，端电压降低的幅度不同。 (2)外特性曲线有“拐弯”现象。 (3)稳定短路时，电流较小。 新知学习 二 、直流发电机的运行特性 从图线可以看出，并励发电机外特性有三个特点： 一般电源是不允许短路的，但并励发电机不同，如果短路，则端电压急剧下降，短路电流不 大，发电机不会因短路而损坏，这是并励发电机的优点。 但突然短路仍可造成较大的短路电流， 这是应该注意的。 01 02 并励发电机外特性 1.直流发电机的空载特性是指在额定转速下，电机空载时，电枢端电压与哪个参数的关系？ A. 电枢电流 B. 励磁电流 C. 转速 D. 负载电流 课堂练习 答案：B 2.在直流发电机的外特性中，保持不变的参数是： A. 励磁电流 B. 电枢电流 C. 转速 D. 负载 课堂练习 答案：A 3.直流发电机的电压调整率是表示： A. 电压变化的速率 B. 电流变化的速率 C. 负载变化的速率 D. 转速变化的速率 课堂练习 答案：A 4.并励直流发电机的自励条件包括： A. 励磁绕组与电枢绕组串联 B. 励磁绕组与电枢绕组并联 C. 励磁绕组与负载并联 D. 励磁绕组与负载串联 课堂练习 答案：B 5.直流发电机的机械特性通常是指： A. 转速与负载电流的关系 B. 转速与励磁电流的关系 C. 电压与负载电流的关系 D. 电压与励磁电流的关系 课堂练习 答案：A 6.在直流发电机中，电枢反应对主磁场的影响主要表现在： A. 增强主磁场 B. 减弱主磁场 C. 改变主磁场的相位 D. 保持主磁场不变 课堂练习 答案：B 7.直流发电机的外特性曲线通常呈现什么趋势？ A. 上升 B. 下降 C. 先上升后下降 D. 先下降后上升 课堂练习 答案：B 9.直流发电机的空载特性曲线通常从哪个电压开始上升？ A. 零电压 B. 额定电压 C. 剩磁电压 D. 最大电压 课堂练习 答案：C 课堂小结 1.简述并励发电机外特性。 2.简述并励发电机外特性测试电路。 3.简述并励发电机外特性曲线。 作业布置 感谢观看 $$