直流发电机的工作原理
图1中感应电动势的方向按右手定则确定,由 于电枢连续旋转,线圈边ab和cd交替地切割 N极和s极下的磁力线。每个线圈边和整个线 圈中的感应电势的方向是交变的,线圈内的感 应电势是交流电势,而在电刷A、B端的电势 却为直流电势(确切来说,是方向不变的脉振 电势),因为在电枢转动过程中,无论电枢转 到什么位置,在换向器的换向作用下,电刷A 通过换向片所引出的电势始终是切割N极磁力 线的线圈边中的电势,因此电刷A始终有正极 性。同样道理,电刷B始终有负极性,所以电 刷端能引出方向不变的,但大小变化的脉振电 势。如果每极下的线圈数目愈多,电势的脉振 就愈小。
实践和分析表明,当每个磁极范围内的导体数 目大于8时,电势的脉振程度就小于l%。实际 上直流发电机线圈数是很多的,换向片数也很 多,换向后得到的电势脉振程度很小,完全可 以认为是恒定的直流电动势。以上说明了直流 发电机的工作原理。同时也说明了直流发电机 实际上是带有换向器的交流发电机。
二、直流发电机的结构
1、定子部分
(1)主磁极的作用是产生励磁磁场。它由主磁极铁芯和励磁绕 组2个部分组成。 (2)换向极的作用是改善换向,减小电刷与换向器产生的换向 火花,一般装在两相邻的主磁极之间。 (3)机座。电机定子的外壳称为机座,作用有2个:一是用来 固定磁极;二是机座本身也是磁路的一部分。机座一为铸 钢件或钢板焊接而成。 (4)电刷装置。电刷装置的作用是用来引出直流电压或电流的。
2、直流发电机的励磁支路
• ⑴他励直流电机。励磁绕组与电枢绕组无连接关系, 而由其他直流电源对励磁绕组供电的电机称为他励直 流电机,永磁直流电机可看作他励直流电机。 • (2)并励直流电机。并励直流电机的励磁绕组与电枢绕 组机并联,作为并励发电机来说,是电机本身发出来 的端电压为励磁绕组供电。 • (3)串励直流电机。串励直流电机的励磁绕组与电枢绕 组串联后,再接于直流电源,这种直流电机的励磁电 流就是电枢电流。 • (4)复励直流电机。复励直流电机有并励和串励2个绕组, 若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方 向相同称为积复励、若两2个磁通方向相反,则称为差 复励。不同励磁方式的直流电机有着不同的特性,一 般直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和复 励式。
三、直流发电机的电路和磁路
• 直流发电机的电路包括电枢电路和励磁支路。 直流电机电枢绕组的基本形式有2种,一种叫单 叠绕组;另一种叫单波绕组。 • 本文仅以单叠绕组为例。单叠绕组连接的特点 是元件2个出线端连接于相邻的2个换向片上, 所有相邻元件依次串联,即后一元件的首端与 前一元件的末端联在一起,并接在一换向片上。 最后一个元件的末端与第一个元件的首端连在 一起,形成一个闭合回路。这样,这种绕组的 任何2个紧相串联的后一个元件的端接部分紧叠 在前一个元件的端接部分上,同时元件2个出线 端所联的换向片之间的距离等于—个换向片的 宽度,所以这种绕组称为单叠绕组。
四、流发电机运行原理
• • • • • • • • • • 以电路、力学、能量守恒的基本定律为基础,建立直流电 机电压、转矩、功率3个平衡方程(稳态)。 电压平衡方程:EI=U+I凡,IR含绕组内阻和电刷压 降。 转矩平衡方程:T。=To+7k,T,、T0、,II绷分别为输入机械 转矩、阻转矩和电磁转矩。 功率平衡方程:①机械功率平衡方程:Pl-P。+Po,P,为 输入机械功率,P0、P0分别为电枢电功率和空载损耗功率。 ②电功率平衡方程:P0=P2+P删,P2为输出功率。P瞰为电枢 铜损。③功率流程如图6所示。
五、直流发电机的应用
2、转动部分(电枢)
(1)电枢铁芯。电枢铁芯是主磁路的主要部分,同时 用以嵌放电枢绕组。 (2)电枢绕组。在直流发电机中,电枢绕组的作用是 产生感应电动势,同时它是进行能量变换的关键 部件,所以叫电枢。 (3)换向器。在直流发电机中,换向器配合电刷,能 将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正负 电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向 片组成的圆柱体,换向片之间用云母片绝缘。 ⑷转轴。转轴起转子旋转的支撑作用,需要有一定 的机械强度和刚度。一般用圆钢加工而成。
直流发电机的原理及应用
• 发电机:直流发电机、交流发电机、同步 发电机、异步发电机。 • 虽然发动机的总类很多,但其工作原理都 是基于电磁感应定律和电磁力定律。因此 其一般的原则是,用适当的导磁和导电材 料构成互相进行电磁感应的磁路和电路, 以产生电磁功率,达到能量转换的目的。
一、直流发电机的工作原理
1、单叠绕组四级直流电机电枢电路
• 从图2可看出,4个电刷将20个串联成一个闭 合回路的元件划分成4个支路,每个支路中的 元件电动势相加,得到支路最大电动势,也 就是电枢电动势,将同极性的电刷连接起来, 靠电刷、换向器引出外电路来,就形成向外 电路供电的2个极A(+)和B(一)。从图2中还可 以看到有4个元件被电刷短路,各支路中不包 括它们的电动势。被短路的元件正处在磁极 的中性面上,不产生感应电动势,所以不会 影响支路总电动势的数值,每条支路的最大 电动势是一个极下面的各元件感应电动势的 总和。虽然当电枢旋转时,一个极下的元件 不断变化,但是电刷的位置却是固定的,所 以组成一条支路的元件数目不变,总电动势 的数值不变。
如图1所示,在2个固 定的磁极N、S之间, 放着一个可以旋转的 圆柱形铁芯,铁芯上 固定着线罔abcd,线 圈a、d两端分别接在 2个与铁芯一起旋转 且互相绝缘的半铜环 上,经过2个固定不 变的电刷A、B与电 路相连。
当原动机拖动圆柱形铁芯在磁场中旋转时,线圈 便随着铁芯在磁场罩转动,线圈中就会产生交变 的感应电动势,经过2个互相绝缘的半圆铜环和 电刷的作用后,便成为外电路中的直流电。这种 能在磁场中转动的线圈是实现机电能量变换的枢 纽,所以直流电机转子又称为电枢。2个半网形 的铜环(铜片)就叫换向片,它们合在一起叫做换 向器。