直流发电机的专英论文分.docx

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直流发电机的专英论文分

直流发电机

摘要：

本文简要介绍了直流发电机的绕组连接方式、工作电压调整，以及根据励磁方式分成的两大类，一是它励，二是自励，其中自励又分为并励、串励、复励，之后又简要介绍了它们的电路图和伏安特性。

ABSTRACT：

ThispaperintroducestheDCgeneratorwindingconnection,workingvoltageadjustment,andaccordingwithexcitationintothetwomajorcategories.Oneisseparatelyexcited,anotherisself-motivation,whichisdividedintoshunt,seriesexcited,compound,thenfollowedbyabriefintroductionoftheircircuitdiagramsandthevoltagecharacteristics.

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关键词：

直流发电机它励自励并励串励复励

Keywords:

DCgenenratorseparatelyexcitedself-excitedshuntseriescompound

1.INTRODUCTION（介绍）

Forallpracticalpurposes,thedirect-currentgeneratorisonlyusedforspecialapplicationsandlocaldcpowergeneration.Thislimitationisduetothecommutatorrequiredtorectifytheinternalgeneratedacvoltage,therebymakinglargescaledcpowergeneratorsnotfeasible.

Consequently,allelectricalenergyproducedcommerciallyisgeneratedanddistributedintheformofthree-phaseacpower.Theuseofsolidstateconvertersnowadaysmakesconversiontodceconomical.However,theoperatingcharacteristicsofdcgeneratorsarestillimportant,becausemostconceptscanbeappliedtoallothermachines.

对于所有实用目的而言，直流发电机仅用于特殊场合和地方性发电厂。

这个局限性是由于换向器要把发电机内部的电压整流为直流电压，因此使大规模直流发电不能实用。

结果，所有大规模生产的电能都以三相交流电的形式生产和分配。

今天固态转换器的应用使交流变直流成为可能。

而且，直流发电机的操作特性一直重要，因为大部分的理论能被应用到所有其它机器上。

2.FIELDWINDINGCONNECTIONS（励磁绕组连接）

Thegeneralarrangementofbrushesandfieldwindingforafour-polemachineisasshowninFig.1.Thefourbrushesrideonthecommutator.ThepositivebrusherareconnectedtoterminalA1whilethenegativebrushesareconnectedtoterminalA2ofthemachine.Asindicatedinthesketch,thebrushesarepositionedapproximatelymidwayunderthepoles.TheymakecontactwithcoilsthathavelittleornoEMFinducedinthem,sincetheirsidesaresituatedbetweenpoles.

对于一个有四个电极的机器其电刷和励磁绕组的一般布置如图1所示。

四个电刷安在换向器上，正极电刷和A1端子相连，负极电刷和A2端子相连。

正如在草图中所示，电刷被放置在电极下接近中间的位置，它们与线圈相接触，这些线圈产生很少或不产生电动势，因为它们边被安在电极之间。

ThefourexcitationorfieldpolesareusuallyjoinedinseriesandtheirendsbroughtouttoterminalsmarkedF1andF2.Theyareconnectedsuchthattheyproducenorthandsouthpolesalternately.

Figure1Sketchoffour-poledcmatchine图1四极发电机模型

Thetypeofdcgeneratorischaracterizedbythemannerinwhichthefieldexcitationisprovided.Ingeneral,themethodemployedtoconnectthefieldandarmaturewindingsfallsintothefollowinggroups（seeFig.2）:

四个励磁磁极通常串联在一起，并且它们的末端与标注F1和F2的端子相连。

它们这样连接是为了交替产生N,S极。

直流发电机的类型以励磁绕组提供的方式来划分。

一般来说，用来连接励磁绕组和电枢绕组的方式可归结为以下几组（看图2）：

Figure2Fieldconnectionsfordcgenerators:

（a）separatelyexcitedgenerator;（b）self-excited,shuntgenerator;（c）seriesgenerator;（d）compoundgenerator;short-shuntconnection;（e）compoundgenerator,long-shuntconnection.

图2直流发电机励磁连接：

（a）它励发电机；（b）自励，自并励；（c）串励发电机；（d）复励发电机，短并励连接；（e）复励发电机，长并励连接。

Theshuntfieldcontainsmanyturnsofrelativelyfinewireandcarriesacomparativelysmallcurrent,onlyafewpercentofratedcurrent.Theseriesfieldwinding,ontheotherhand,hasfewturnsofheavywiresinceitisinserieswiththearmatureandthereforecarriestheloadcurrent.

并联绕组包括很多匝相对较细的细线，它们只能承载一个较小的电流，仅为额定电流的很小一个百分比。

另一方面，串联绕组有很少匝粗线，因为它和转子串联，因而承载较重的电流。

3.VOLTAGEREGULATION（电压调整）

Beforediscussingthedcgeneratorterminalcharacteristics,letusexaminetherelationshipbetweenthegeneratedvoltageandexcitationcurrentofageneratoronnoload.ThegeneratedEMFisproportionaltoboththefluxperpoleandthespeedatwhichthegeneratorisdriven,EG=kn.ByholdingthespeedconstantitcanbeshowntheEGdependsdirectlyontheflux.Totestthisdependencyonactualgeneratorsisnotverypractical,asitinvolvesamagneticfluxmeasurement.Thefluxisproducedbytheampere-turnsofthefieldcoils:

inturn,thefluxmustdependontheamountoffieldcurrentflowingsincethenumberofturnsonthefieldwindingisconstant.Thisrelationshipisnotlinearbecauseofmagneticsaturationafterthefieldcurrentreachesacertainvalue.ThevariationofEGversusthefieldcurrentIfmaybeshownbyacurveknownasthemagnetizationcurveoropen-circuitcharacteristic.Forthisagivengeneratorisdrivenataconstantspeed,isnotdeliveringloadcurrent,andhasitsfieldwindingseparatelyexcited.

在讨论直流发电机端部特性之前，让我们测试一下发电机在空载时的电压和励磁电流之间的关系。

发电机电动势和每个电极的磁通及发电机给定的转速成正比，即，EG=knφ,通过控制让转速为定值，可以显示出电势EG直接依赖于磁通，在实际的发电机上测试这种依赖关系并不是非常实际的，因为它要牵涉到磁通的测量。

磁通由励磁线圈的安培匝数产生；磁通必需依赖于励磁电流的大小，因为励磁线圈的匝数是恒定的。

这种关系并不是线性的，因为在励磁电流达到某一个值后将出现磁饱和，EG对励磁电流If的变化关系可以磁化曲线或开路特性曲线来表示，对于这台给定以恒速运转的发电机，没有带负载电流，并且它的励磁是它励方式。

ThevalueofEGappearingatthemachineterminalsismeasuredasIfisprogressivelyincreasedfromzerotoavaluewellaboveratedvoltageofthatmachine.TheresultingcurveisshownisFig.3.WhenIj=0,thatis,withthefieldcircuitopencircuited,asmallvoltageEtismeasured,duetoresidualmagnetism.Asthefieldcurrentincreases,thegeneratedEMFincreaseslinearlyuptothekneeofthemagnetizationcurve.Beyondthispoint,increasingthefieldcurrentstillfurthercausessaturationofthemagneticstructuretosetin.

If从0逐渐增大到一个适宜的值，使发电机机端电压达到额定电压以上，并测量相对应If的每个机端电压EG的值，产生的曲线入图3所示，当If=0时，即励磁回路为开路，由于剩磁，测量到一个很小的电压Er，随着励磁电流的增大，产生的电动势线性地增大到磁化曲线的拐点处，过了这个点以后，增大励磁电流逐渐引起磁路饱和。

Figure3Magnetizationcurveoropen-circuitcharacteristicofaseparatelyexciteddcmachine

图3它励直流发电机的磁化曲线或开路特性曲线

Themeansthatalargerincreaseinfieldcurrentisrequiredtoproduceagivenincreaseinvoltage.

SincethegeneratedvoltageEGisalsodirectlyproportionaltothespeed,amagnetizationcurvecanbedrawnforanyotherspeedoncethecurveisdetermined.Thismerelyrequiresanadjustmentofallpointsonthecurveaccordingto

wherethequantitiesvaluesatthevariousspeeds.

这意味着使电压达到一定值时需要一个更大的励磁电流。

因为产生的电压EG也直接与转速成比例，因此一旦这条曲线确定，对于任何其它速度，这条磁化曲线能被描出来，这仅仅要求依照EG‘=EG*n’/n在这条曲线上所有点进行调整。

Letusnextconsideraddingaloadongenerator.Theterminalvoltagewillthendecrease（becausethearmaturewindingharesistance）unlesssomeprovisionismadetokeepitconstant.Acurvethatshowsthevalueofterminalvoltageforvariousloadcurrentsiscalledtheloadorcharacteristicofthegenerator.

让我们进一步考虑在发电机上增加一个负载的情况。

因为电枢绕组上有电阻，所以机端电压将要下降，除非采取一些措施保持它恒定，显示机端电压随负载电流变化关系的曲线被叫做负载特性曲线或外特性曲线。

Fig.4showstheexternalcharacteristicofaseparatelyexcitedgenerator.ThedecreaseintheterminalvoltageisduemainlytothearmaturecircuitresistanceRA.Ingeneral,

whereVtistheterminalvoltageandIAisthearmaturecurrent（orloadcurrentIL）suppliedbythegeneratortotheload.

图4（a）直流它励发电机负载特性；（b）电路图

图4显示了它励发电机的外特性，机端电压下降主要是因为电枢电阻RA,即Vt=EG-IARA

此处Vt是机端电压，IA是发电机带负载时的电枢电流（或负载电流）。

Anotherfactorthatcontributestothedecreaseinterminalvoltageisthedecreaseinfluxduetoarmaturereaction.ThearmaturecurrentestablishedanMMFthatdistortsthemainflux,resultinginaweakenedflux,especiallyinnoninterpolemachines.Thiseffectiscalledarmaturereaction.AsFig.4shows,theterminalvoltageversusloadcurrentcurvedoesnotdropofflinearlysincetheironbehavesnonlinear.Becausearmaturereactiondependsonthearmaturecurrentitgivesthecurveitsdroopingcharacteristic.

另一个导致机端电压下降的因素是由于电枢反应而导致磁通的减少。

电枢电流建立一个磁动势，这个磁动势使主磁通发生畸变，导致弱磁效应，这种情况尤其在无附加磁极机器上表现更为突出，这种效应叫做电枢反应。

正如图4所示，因为铁心的非线形，机端电压对于负载电流并没有成线形下降。

由于电枢反应依赖于电枢电流，使得曲线呈下倾特性

4.SHUNTORSELF-EXCIITEDGENRATORS（并励或自并励）

Ashuntgeneratorhasitsshuntfieldwindingconnectedinparallelwiththearmaturesothatthemachineprovidesitsownexcitation,asindicatedinFig.5.Thequestionariseswhetherthemachinewillgenerateavoltageandwhatdeterminesthevoltage.

并励发电机的并励励磁绕组电枢绕组平行连接，以便机器本身提供它的自己的励磁，正如图5所示。

Figure5Shuntgenerator:

（a）circuit;（b）loadcharacteristic

图5并励发电机：

（a）电路；（b）负载特性

Forvoltageto“buildup”asitiscalled,theremustbesomeremanentmagnetisminthefieldpoles.Ordinarily,ifthegeneratorhasbeenusedpreviously,therewillbesomeremanentmagnetism.WehaveseeninSection3thatifthefieldwouldbedisconnected,therewillbesmallvoltageEfgeneratedduetothisremanentmagnetism,providedthatthegeneratorisdrivenatsomespeed.Connectingthefieldforself-excitation,thissmallvoltagewillbeappliedtotheshuntsfieldanddriveasmallcurrentthroughthefieldcircuit.Ifthisresultingsmallcurrentintheshuntfieldisofsuchadirectionthatitweakenstheresidualflux,thevoltageremainsnearzeroandtheterminalvoltagedoesnotbuildup.Inthissituationtheweakmainpolefluxopposestheresidualflux.

电压的建立正如所说的，在励磁磁极中要有剩磁。

通常，假如发电机以前已经用过，将会有剩磁存在。

我们已经在第三部分中看到假如励磁没连上的话如果发电机已经以某速度运转，因为有剩磁将要有小的电压Er产生，这个小的电压将提供给并励绕组并驱动一个小的电流从励磁回路中流过，假如在并励绕组中的这个小的电流的方向正好使剩磁减弱，则这个电压将接近于零，机端电压不能建立。

这种情况下这个弱化主磁极的磁通与剩磁抵消。

Iftheconnectionissuchthattheweakmainpolefluxaidstheresidualflux,theinducedvoltageincreasesrapidlytoalarge,constantvalue.Thebuild-upprocessisreadilyseentobecumulanve.Thatis,morevoltageincreasesthefieldcurrent,whichinturnincreasesthevoltage,andsoon.Thefactthatthisprocessterminatesatafinitevoltageisduetothenonlinearbehaviorofthemagncticcircuit.InsteadystatethegeneratedvoltageiscausesafieldcurrenttoflowthatisjustsufficienttodevelopafluxrequiredforthegeneratedEMFthatcausesthefieldcurrenttoflow.

假如关系是这样：

弱化主磁极的磁通助增了剩磁通，导致电压变的更大，这反过来意味着更大的电压提供给了主励磁，机端电压快速增大一个常值，这个建立的过程易看成是渐增的，然后更大的增大了励磁电流，它反过来又增大了电压，等。

这个过程终止于一个有限的电压值的原因是磁路的非线性。

Thecircuitcarriesonlydccurrent,sothatthefieldcurrentdependsonlyonthefieldcircuitresistance,Rf.ThismayconsistofthefieldcircuitresistanceRf,thefieldcurrentdependsonthegeneratedvoltageinaccordancewithOhm’slaw.

这个电路仅有直流电流，以致励磁电流仅依赖于励磁回路的电阻R