直流電機的一些特性

1、直流發(fā)電機的特性直流發(fā)電機運行時，主要有四個主要物理量，即發(fā)電機轉(zhuǎn)速n、發(fā)電機端電壓 U、電樞電流I a(或輸出電流I )和勵磁電流I f。直流發(fā)電機的穩(wěn)態(tài)特性主要有兩條：一條是外特性，表征輸出電壓質(zhì)量；一條是勵磁調(diào)節(jié)用的調(diào)整特性。一、他勵直流發(fā)電機1.空載特性當(dāng)n= n N 時，I a =0，勵磁繞組加上勵磁電壓U，調(diào)節(jié)勵磁電流I f0，直流發(fā)電機的空載端電壓 U 0和勵磁電流I f0關(guān)系，即為空載運行時特性曲線U 0 =f( I f0 )?？蛰d特性可以通過空載實驗來測定，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子由原動機拖動，轉(zhuǎn)速n保持恒定，逐步調(diào)節(jié)勵磁回路的電阻 R，使勵磁電流單方向增大測取U 0和I f0 ，直到電

2、樞電壓 U0 =1.25 U N ，然后單方向減少 R，測取U 0及I f0，取其各點的平均值 U 0 ，作出的特性曲線?？誋特性圖2-7-1-1直流發(fā)電機空載特性由于電動勢Ea與磁通成正比，所以空載特性曲線的形狀與磁化曲線相似?？蛰d 特性不經(jīng)過零點，即I f0 =0時，電樞繞組中仍有電動勢E r存在，這主要是因為主磁極中有剩磁存在的緣故。通常為電機額定電壓的2%4%。因為空載特性表明的是直流電機磁路特性，所以對于并勵和復(fù)勵發(fā)電機空載特性也可以他勵方式測取。二、并勵直流發(fā)電機1.并勵直流發(fā)電機的自勵過程與條件并勵直流發(fā)電機的勵磁電流 I f 由發(fā)電機自身電壓供給，不需要其他直流電源，應(yīng)用 方便

3、，但是勵磁繞組若不是先有了勵磁電流I f 建立磁場，發(fā)電機電壓就無法產(chǎn)生。如何在一定條件下使并勵直流發(fā)電機自勵，即使其發(fā)電機電壓建立并與勵磁電流If 配合，達到所需要的數(shù)值，這種發(fā)電機自己建立電壓的過程，稱為自勵過程。圖2-7-1-2 并勵直流發(fā)電機的自勵建壓過程圖2-7-1-2中的曲線I是發(fā)電機的空載特性曲線，即U 0 =f( I f );直線2是勵磁回路的伏安特性曲線，即R f I f = U f =f( I f );其中R f是勵磁繞組本身的電阻，伏安特性曲線是一條通過原點的直線。并勵直流發(fā)電機電壓建立的過程與條件如下：當(dāng)發(fā)電機以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時，由于主磁極有剩磁，電樞切割剩磁磁感線產(chǎn)生剩

4、磁電動勢為E r ，在勵磁回路產(chǎn)生勵磁電流I fl ，即圖中a點橫坐標(biāo)對應(yīng)的電流。如果極性正確，勵磁電流I fl會在主磁路里產(chǎn)生與剩磁方向相同的磁通，使氣隙磁場增強，并產(chǎn)生了新的電動勢 E 1，電樞電動勢增大。E 1在勵磁回路又產(chǎn)生勵磁電流，自勵過程沿著圖2-7-1-2中折線反復(fù)進行下去，直到A點。如果勵磁繞組與電樞繞組的連接不正確，由剩磁電動勢 E r產(chǎn)生的勵磁電流I fl所產(chǎn)生的磁場與剩磁磁場方向相反，剩磁被削弱，發(fā)電機就不能自勵，電壓就建立不起來。在并勵直流發(fā)電機電壓逐漸建立的過程中，發(fā)電機電壓U在勵磁回路產(chǎn)生勵磁電流I fl ，而由勵磁電流I fl產(chǎn)生電樞電動勢 E，所以既要滿足電機的

5、空載特性又要滿足勵磁回路的伏安特性，因 此最后必然穩(wěn)定在這兩條特性的交點A上，A點所對應(yīng)的電壓為發(fā)電機自勵建立起來的空載電壓。伏安特性曲線的斜率與勵磁回路總電阻的大小有關(guān)，增大電阻，斜率加大，A點沿空載特性下移，空載電壓降低。當(dāng)勵磁回路總電阻增加到R ef時，伏安特性與空載特性直線部分相切，空載電壓沒有穩(wěn)定值，這時勵磁回路的電阻值R ef為臨界電阻，如圖 2-7-1-2曲線3。如果勵磁回路總電阻大于臨界電阻，空載電壓就無法建立。如圖2-7-1-2曲線4所示。綜上所述，并勵發(fā)電機的自勵條件 有三個：(1) 發(fā)電機的主磁路必須有剩磁；(2) 勵磁繞組并接在電樞兩端的極性應(yīng)正確，使勵磁繞組產(chǎn)生的磁通

6、勢方向必須與剩磁相同；(3) 勵磁回路的總電阻必須小于該轉(zhuǎn)速下的臨界電阻R ef 。三、他勵直流發(fā)電機外特性當(dāng)轉(zhuǎn)速n和勵磁電流I f 保持不變時，發(fā)電機的輸出電壓U與輸出電流I的關(guān)系U=f(l)稱為發(fā)電機的負載運行特性即外特性。外特性可以通過負載實驗來測定，他勵直流 發(fā)電機與負載接通以后，電機向負載供電。負載增加時，輸出電流增加，電樞電阻上的分壓R a I a 增大，使發(fā)電機的輸出電壓U下降。負載增加時，當(dāng)輸出電流增加時，由于電樞反應(yīng)的去磁作用也加強，E減小，故輸出電壓也下降。n和勵磁電流I f他勵直流發(fā)電機負載運行特性曲線是一微微下垂的特性。如果轉(zhuǎn)速 都為額定值，當(dāng)輸出電流 1=1時，發(fā)電機

7、輸出電壓為 U=U為滿載。圖2-7-2-1他勵直流發(fā)電機外特性負載對輸出電壓的影響還可以通過電壓調(diào)整率 表示，即 U N = U 0- U N U N X 100%一般的他勵直流發(fā)電機的電壓變化率約為510%當(dāng)他勵發(fā)電機在額定勵磁下短路，即端電壓為零，由于R a很小，所以I k很大，可達到額定電流的二三十倍，故他勵發(fā)電機不允許在額定勵磁下發(fā)生持續(xù)短路。四、并勵直流發(fā)電機的外特性并勵發(fā)電機的運行特性中的調(diào)整特性與他勵相似，我們這里只討論并勵發(fā)電機的外特 性。與他勵直流發(fā)電機的負載運行特性曲線相比，并勵發(fā)電機的外特性有三個特點：(1) 負載增大時，端電壓下降較快，電壓變化率要大得多，約在15%30

8、%這是因為，在并勵時，除了像他勵時存在的電樞反應(yīng)去磁效應(yīng)和電樞回路電阻的壓降兩個因素外，還有第三個因素，即當(dāng)端電壓降低后又引起勵磁電流的減小，使每極磁通和感應(yīng)電動勢減少，還會使端電壓進一步降低。(2) 并勵發(fā)電機的外特性有拐彎現(xiàn)象。這是由于I=U/R ，當(dāng)負載電阻R減小、負載電流增大、端電壓降到一定值時，磁路將處于低飽和狀態(tài)，此時若進一步減小R，端電壓的下降使勵磁電流下降， 而勵磁電流的下降將導(dǎo)致氣隙磁通和電樞電動勢較大幅度的下降，結(jié)果使端電壓U的下降比R減小的更快，于是外特性出現(xiàn)拐彎現(xiàn)象，即端電壓下降、負載電流也下降，一般拐點處的電流值約為23倍IN 。(3) 發(fā)電機穩(wěn)態(tài)短路(端電壓等于零)

9、時，短路電流不大。這是因為，穩(wěn)態(tài)短路時，端 電壓為零，勵磁繞組電壓也為零， 勵磁電流也為零，電樞的短路電流僅由剩磁電動勢所產(chǎn)生, 所以穩(wěn)態(tài)短路電流不大。圖2-7-2-2并勵發(fā)電機與他勵發(fā)電機外特性比較五、復(fù)勵直流發(fā)電機復(fù)勵直流發(fā)電機的自勵條件和自勵過程與并勵發(fā)電機的自勵條件和過程相同，復(fù)勵直流發(fā)電機的磁場以并勵繞組為主，串勵繞組產(chǎn)生的磁場起輔助作用。按照串勵繞組產(chǎn)生的磁場方向與并勵繞組產(chǎn)生的磁場方向是否相同，復(fù)勵直流發(fā)電機分為積復(fù)勵和差復(fù)勵兩種。磁場方向相同的為積復(fù)勵直流發(fā)電機，磁場方向相反的為差復(fù)勵直流發(fā)電機。在積復(fù)勵直流發(fā)電機中，負載增加時，串勵繞組的磁通勢增強，使電機的磁通和電動勢增強，補償發(fā)電機由于負載增加造成的輸出電壓下降，根據(jù)串勵繞組補償程度的不同，可以分為平復(fù)勵、欠復(fù)勵、 過復(fù)勵。圖2-7-2-3復(fù)勵直流發(fā)電機的外特性1-過復(fù)勵2-平復(fù)勵3-欠復(fù)勵六、調(diào)整特性調(diào)整特性是指 n= n N 時，保持端電壓 U=U , 負載電流變化時，勵磁電流的調(diào)解規(guī)律If =f(I) 。從外特性可知， 負載電流增加， 發(fā)電機