電機學課件-直流發(fā)電機

直流發(fā)電機歡迎來到直流發(fā)電機課程。本課程將深入探討直流發(fā)電機的原理、結構和應用。我們將從基礎知識開始，逐步深入了解這一重要的電力設備。引言定義直流發(fā)電機是將機械能轉換為電能的裝置，輸出直流電。重要性在工業(yè)和日常生活中廣泛應用，是電力系統(tǒng)的關鍵組成部分。課程目標理解直流發(fā)電機的工作原理、結構特點和性能特性。直流發(fā)電機的基本原理1電磁感應定律基于法拉第電磁感應定律，導體切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢。2磁場與導體相對運動通過旋轉電樞或固定磁場，實現(xiàn)磁場與導體的相對運動。3換向與整流利用換向器將交變電動勢轉換為直流輸出。電動勢的產(chǎn)生磁場存在由永磁體或電磁鐵提供穩(wěn)定磁場。導體運動電樞繞組在磁場中旋轉。切割磁力線導體切割磁力線，產(chǎn)生感應電動勢。電動勢累加多匝線圈中感應電動勢疊加。磁通的形成永磁體磁通永磁體直接提供穩(wěn)定磁場，磁通量恒定。適用于小功率發(fā)電機。電磁鐵磁通通過勵磁繞組產(chǎn)生磁場，磁通量可調。適用于大功率發(fā)電機。感應電動勢的表達式基本公式E=K·Φ·n，其中E為感應電動勢，K為常數(shù)，Φ為磁通量，n為轉速。影響因素磁通量、轉速和機器結構參數(shù)共同決定感應電動勢大小。應用意義通過調節(jié)磁通量或轉速可控制發(fā)電機輸出電壓。電磁轉矩的產(chǎn)生1電流與磁場相互作用2洛倫茲力產(chǎn)生3力矩形成4電磁轉矩作用于轉子電磁轉矩是發(fā)電機工作的基礎，它源于電流與磁場的相互作用。直流發(fā)電機的結構定子包括機座、主磁極和換向極，提供穩(wěn)定磁場。轉子由電樞鐵心、繞組和換向器組成，是發(fā)電的核心部件。電刷裝置與換向器接觸，收集和輸出電流。發(fā)電機的主要組成部分電樞承載繞組，在磁場中旋轉產(chǎn)生感應電動勢。磁極提供磁場，可以是永磁體或電磁鐵。換向器將交變電動勢轉換為直流輸出。極片和換向器的作用極片集中和引導磁力線，增強磁場強度。形狀設計影響磁場分布。換向器實現(xiàn)機械整流，將電樞繞組中的交變電動勢轉換為直流輸出。由銅制扇形片組成。整流和換向的分析1電樞旋轉導體切割磁力線產(chǎn)生交變電動勢。2換向器分段換向器片與電刷接觸，選擇性導通。3電刷收集電刷在固定位置收集電流。4整流輸出最終輸出為脈動直流。直流發(fā)電機的特性曲線外特性曲線描述輸出電壓與負載電流的關系，反映發(fā)電機的調壓性能。調節(jié)特性曲線表示保持輸出電壓不變時，勵磁電流隨負載電流的變化?？蛰d特性曲線反映空載電壓與勵磁電流的關系，用于評估磁路飽和程度。電壓方程和轉矩方程電壓方程U=E-IaRa，U為端電壓，E為感應電動勢，Ia為電樞電流，Ra為電樞電阻。轉矩方程T=KΦIa，T為電磁轉矩，K為常數(shù)，Φ為磁通量，Ia為電樞電流。饋入和流出功率的關系機械功率輸入由原動機提供，等于電磁功率與機械損耗之和。電磁功率轉換機械功率轉換為電磁功率，考慮鐵損。電氣功率輸出電磁功率減去電氣損耗，得到最終輸出功率。直流發(fā)電機的分類永磁式使用永磁體產(chǎn)生磁場，結構簡單。他勵式使用獨立電源勵磁，控制靈活。自勵式包括串勵、并勵和復勵型，利用自身輸出進行勵磁。永磁式直流發(fā)電機結構簡單使用永磁體作為磁極，無需額外勵磁電源?？煽啃愿邿o勵磁繞組，減少故障點，維護簡單。效率較高無勵磁損耗，小功率應用中效率優(yōu)勢明顯。輸出穩(wěn)定磁場強度恒定，輸出電壓相對穩(wěn)定。勵磁式直流發(fā)電機他勵式使用獨立電源提供勵磁電流，控制靈活，適用于需要精確電壓調節(jié)的場合。自勵式利用自身輸出進行勵磁，包括串勵、并勵和復勵型。結構簡單，但輸出特性各異。串勵直流發(fā)電機1結構特點勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。2工作原理負載電流即為勵磁電流。3輸出特性負載增加，輸出電壓降低。4應用場景適用于需要大啟動轉矩的場合。并勵直流發(fā)電機結構特點勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。工作原理利用輸出電壓進行自勵磁。輸出特性負載增加時，輸出電壓略有下降。應用場景適用于需要穩(wěn)定電壓輸出的場合。復勵直流發(fā)電機結構特點同時具有串聯(lián)和并聯(lián)勵磁繞組。結合了串勵和并勵的優(yōu)點。工作原理并勵繞組提供基本磁場，串勵繞組補償負載變化。可實現(xiàn)較為理想的輸出特性。直流發(fā)電機的損耗和效率1機械損耗2鐵損3銅損4附加損耗5效率計算了解各類損耗對提高發(fā)電機效率至關重要。效率=輸出功率/(輸出功率+總損耗)。磁損耗和機械損耗磁損耗包括磁滯損耗和渦流損耗。通過使用高質量硅鋼片和增加層壓厚度可以減少。機械損耗主要是軸承摩擦損耗和風損?？赏ㄟ^改進軸承設計和優(yōu)化冷卻系統(tǒng)來降低。電樞銅損和刷子接觸損耗電樞銅損與電樞電流的平方成正比，可通過增大導線截面積減小。刷子接觸損耗發(fā)生在電刷和換向器接觸面，與電流和接觸電阻有關。減少方法使用高質量電刷材料，優(yōu)化電刷壓力，保持換向器表面光滑。直流發(fā)電機的起動過程1檢查準備檢查機械連接、電氣連接和冷卻系統(tǒng)。2勵磁建立對于他勵式，接通勵磁電源；自勵式利用剩磁建立初始磁場。3速度提升原動機帶動轉子加速至額定轉速。4電壓建立感應電動勢逐漸增加，輸出電壓上升。5負載接入達到額定電壓后，逐步接入負載。發(fā)電機的并聯(lián)運行目的提高供電可靠性，滿足大功率負載需求，便于維護。條件電壓相同，極性一致，特性曲線相近。操作步驟調整電壓，檢查相位，緩慢并入，調整負載分配。注意事項防止環(huán)流，保證負載均衡，監(jiān)控運行狀態(tài)。發(fā)電機的調速轉速檢測使用轉速傳感器實時監(jiān)測。比較設定值將實際轉速與設定值比較?？刂菩盘柹筛鶕?jù)偏差生成控制信號。調節(jié)原動機功率調整原動機輸出以維持穩(wěn)定轉速。發(fā)電機的勵磁調節(jié)電壓反饋檢測輸出電壓，與設定值比較?？刂破鞲鶕?jù)偏差計算所需勵磁電流。勵磁系統(tǒng)調整勵磁電流，控制磁場強度。發(fā)電機的應用領域發(fā)電機的維護和保養(yǎng)1定期檢查檢查軸承、電刷、換向器等關鍵部件的磨損情況。2清潔保養(yǎng)清除灰塵，保持通風良好，防止絕緣老化。3潤滑按規(guī)定