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        直流发电机的工作原理和结构

        时间:2015-01-12 10:04 来源:未知 作者:国电华能

        直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电机。虽然在需要直流电的地方,也用电力整流元件,把交流电变成直流电,但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看,交流电整流还不能和直流发电机相比。

        用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动,线圈边 a b 和 c d 分别切割不同极性磁极下的磁力线,感应产生电动势。

        直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势 因为电刷 A 通过换向片所引出的电动势始终是切割N 极磁力线的线圈边中的电动势。所以电刷 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但大小变化的脉动电动势。

        结论:线圈内的感应电动势是一种交变电动势,而在电刷 A B 端的电动势却是直流电动势。当发电机的电枢被其他机器带动以均匀速逆时针旋转时,线圈abcd作切割磁感线运动。线圈转到图1.1.B所示位置时,用右手定则可以判断出ab段导体产生的感应电动势方向为b→a;cd段导体产生的感应电动势方向为d→c,则与滑片1接触的电刷A为正极,与滑片2接触的电刷B为负极。当线圈转到中性面(与磁感线相垂直的平面)时,感应电动势从最大值逐渐减小到零。当线圈转过中性面后,ab段导体产生的感应电动势方向由a→b;cd段导体的感应电动势方向由c→d。此时,电刷A改为与换向器的滑片2接触,电刷B与滑片1接触。随着线圈在磁场中的不断转动,换向器滑片1和2间的感应电动势是大小和方向都随时间变化的交变电动势,但电刷A与B交替地接触与线圈同时转动的换向器滑片1和2,因此在电刷A与B间产生的是脉动直流电动势,从A与B输出的就是直流电了。

        直流发电机和直流电动机在结构上没有差别。只不过直流发电机是用其他机器带动,使其导体线圈在磁场中转动,不断地切割磁感线,产生感应电动势,把机械能变成电能。直流发电机由静止部分和转动部分组成。静止部分叫定子,它包括机壳和磁极,磁极当然是用来产生磁场的;转动部分叫转子,也称电枢。电枢铁芯呈圆柱状,由硅钢片叠压而成,表面冲有槽,槽中放置电枢绕组;幌蚱魇侵绷鞯缁墓乖焯卣,在示意图7-4中,换向器就是那两个与线圈abed两端a与d相连的弧形导电滑片1和2,这两个弧形导电滑片相互绝缘。随着线圈转动。两个固定不动的电刷A和B,紧压在换向器滑片上,并与外电路相连接。为了减小直流发电机输出的直流电的脉动性,电枢绕组并不是单线圈,而是由许多线圈组成,绕组中的这些线圈均匀地分布在电枢铁芯的槽内,线圈的端点接到换向器的相应的滑片上;幌蚱魇导噬嫌尚矶嗷⌒蔚嫉缁槌,彼此用云母片相互绝缘。线圈和换向器的滑片数目越多,产生的直流电脉动就越小,这当然也给制造上带来困难。直流发电机产生的感应电动势的大小与定子磁场的磁感应强度和电枢的转速成正比。中小型直流发电机输出的额定电压并不高,为115伏、230伏、460伏。大型的直流发电机输出的额定电压在800伏左右,输出更高电压的直流发电机属于高压特殊机组的范围内,比较少用了。

         

        旋转电机结构形式 , 必须有满足电磁和机械两方面要求的结构, 旋转电机必须具备静止和转动两大部分 

        1.直流电机静止部分称作定子

        作用 -- 产生磁场

        由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成

        2.直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)

        作用 -- 产生电磁转矩和感应电动势

        由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成

        直流电机的静止部分

        1.主磁极是一种电磁铁,用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心

        主磁极和换向极示意图(图1.1.11)

        2.换向极(又称附加极或间极)

        作用 -- 改善换向

        换向极装在两主磁极之间,也是由铁心和绕组构成

        铁心一般用整块钢或钢板加工而成;换向极绕组与电枢绕组串联

        3.机座 机座通常由铸铁或厚铁板焊成,有两个作用:

        固定主磁极、换向极和端盖

        作为磁路的一部分。 机座中有磁通经过的部分称为磁轭

        4.电刷装置

        作用--把直流电压、直流电流引入或引出

        由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成

        直流电机的转动部分

        1.电枢铁心 两个用处:

        作为主磁路的主要部分

        嵌放电枢绕组,通常用0。5mm厚的硅钢片冲片叠压而成

        2.电枢绕组

        直流电机的主要电路部分, 用以通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换,由许多按一定规律联接的线圈组成,元件及嵌放方法(图1.1.16)

        3.换向器

        直流电机的重要部件,作用---将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流或将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势
         

        发电机通常由定子、转子、端盖.电刷.机座及轴承等部件构成。

        定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。

        转子由转子铁芯、转子磁极(有磁扼.磁极绕组)、滑环、(又称铜环.集电环)、风扇及转轴等部件组成。

        通过轴承、机座及端盖将发电机的定子,转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,通过滑环通入一定励磁电流,使转子成为一个旋转磁场,定子线圈做切割磁力线的运动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。

        从物理结构来说,发电机的定子和转子除了是一个原动力的拖动外,是完全独立、互不干扰的两部分;

        发电机的定子是有功源,产生感应电动势、电流,在原动力的拖动下,向外输出交流电的有功,由原动力(油量、气量、风量、水量等)决定有功功率的大小。

        发电机的转子是无功源、绕组从外部引入直流电建立磁场,在原动力的拖动下,向外输送交流电的无功,由外部输入(多数用发电机自发的交流电整流而得)的直流电决定无功功率的大小。

        从电磁原理来说,转子和定子又是精密联系的,发电机的有功和无功都是由定子输出的,转子的力矩决定有功功率的大小,转子线圈的直流电流决定无功功率的大小。
         

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