第二章 直流电机
三、直流发电机的特性(characteristics of DC generator) 直流发电机的励磁方式:他励、并励、复励。
?I?IaGU?I?IaUG??IU?If1FIaFIfIf?G?U
FIf2
F
直流发电机的特性： （1）负载特性
当n=常数且I=常数时，U=f (If)的关系，其中当I=0时的特性U0=f (If)称为发电机的空载特性。 （2）外特性
当n=常数且If=常数或Rf=常数时，U=f (I )的关系 （3）调节特性
当n=常数且U=常数时，If=f (I ) 的关系。 （4）效率曲线 （一）空载运行
1.他励发电机的空载特性
空载时，U?Ea。由于 Ea?Ce?n，因此空载特性实质上就是Ea?f(If)。由于Ea正比于?，所以空载特性曲线的形状与空载磁化特性曲线相同。 直流发电机的空载特性是非线性的，上升与下降的过程是不相同的。实际中通常取平均特性曲线作为空载特性曲线。空载特性与励磁方式无关。
空载特性曲线下降分支
平均空载特性曲线
U空载特性曲线上升分支
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第二章 直流电机
2.并励直流发电机的自励建压(build up voltage of shunt excitation DC generator)
并励的励磁是由发电机本身的端电压提供的，而端电压是在励磁电流作用下建立的，这一点与他励发电机不同。并励发电机建立电压的过程称为自励过程，满足建压的条件称为自励条件。
曲线1为空载特性曲线，曲线2为励磁回路励磁电阻电压
0Uf?ifRf
UUA021If0If1）自励条件：
①电机的磁路必须有剩磁；
②电机的转向及励磁绕组与电枢绕组的连接必须正确，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致。
③电机的励磁磁路具有饱和特性；
④励磁回路的电阻应小于与电机运行转速相对应的临界电阻。 2） 励磁回路方程： 3）说明：① ②
Rf?RCrE0?U0?ifRf?LfUfdifdt??磁化曲线；
?(if)?ifRf????????励磁电阻电压；
Uf（磁化曲线与的交点），无固定交点，空载电压
不能稳定在某一值上；
Rf?RCr时，E0?固定值；
③转速低时，空载特性下降，RCr??要求在额定转速下自励建压。
（二）负载运行
运行特性(operation characteristics)
U(E)?f(If)1）空载特性：当n?nN，I?0时，00；??磁化曲线 I?C2）外特性：当n?nN，f时，U?f(I)；
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第二章 直流电机
1．直流发电机的外特性：外特性曲线。
电流增大时，端电压下降，其原因有两个：
⑴负载增大时，电枢反应的去磁作用增强，使每极磁通量减小，从而使电枢电动势减小；
⑵电枢回路电阻上的压降随电流增大而增大，从而使端电压下降。 U U0 UN 1 2 0 IN I
1—他励发电机外特性；2—并励发电机外特性；
并励方式下，端电压下降的更快一些：负载增大时，电枢反应的去磁作用增强，使每极磁通量减小，这样不仅影响了电枢电动势，使端电压下降，同时端电压的下降进一步影响励磁电流使之减小，导致电枢电动势双重减小，所以，并励下降的更快一些。
**解释：为什么并励比他励发电机的外特性下降得多？
原因：一是电枢反应的去磁作用；二是电枢回路总电阻和电刷电阻引起的压降。 并励、复励、串励三种励磁方式下外特性的比较。
?U?U0?UUNN?100%2.电压变化率：
；他励：一般为（5～10）%??恒压源
并励：一般为20%以上；
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第二章 直流电机
I?f(I)3.调整特性：当n?nN，U?C时，f；
If 2 1
I 1—他励发电机调整特性；2—并励发电机调整特性；
2.7直流电机的换向(commutation)
一、换向过程(commutation process) 1.换向定义：从+ia到-ia的过程； 2.换向周期：Tk，几毫秒；
3.换向原因：电磁、机械、电化学和电热 二、换向元件中的电动势(emf)
主要分析电磁原因：换向过程中换向元件的电动势不为零。
1.电抗电动势er
换向元件中，在电流变化时，出现由自感与互感作用所引起的感应电动势，这个电动势称为电抗电动势。 从+ia到-ia→
er??Ldidt
方向：由楞次定律知，阻碍换向，与换向前相同；
2.电枢反应电动势ea
虽然换向元件位于几何中性线处，主磁场的磁密等于零，但是电枢磁场的磁密不等于零。因此换向元件必然切割电枢磁场，产生一种旋转电动势，称为电枢反应电动势。由于电枢反应影响ea =BLv≠0
物理中性线偏移几何中性线B≠0??由于电枢反应影响e=BLv≠0
方向：对换向起阻碍作用，与换向前同，其大小与电机的转速及负载大小有关。 三、改善换向的方法(methods) 1.换向的不良后果：产生火花； 产生火花的电磁原因：
在换向元件中存在着两个方向相同的电动势ea+er，因此在换向元件中，会产
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第二章 直流电机
生附加的换向电流iK。由iK所建立的电磁能量ik2Lr要释放出来。当这部分能量
21足够大时，将以火花的形式从刷边放出。此外还有机械及电化学方面的原因。 火花使电刷及换向器表面损坏，严重时将使电机不能正常运行。 火花等级：
2.改善换向的方法
从产生火花的电磁原因出发，减少换向元件的电抗电动势和电枢反应电动势，就可以有效地改善换向。 ①装设换向磁极； ②增加换向回路的电阻；
③电刷移到气隙磁场的物理中性线附近。 ④补偿绕组
作业：2-1，2-6，2-15，2-16，2-17，2-18，2-19，2-21
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