直流電路及其特性

特性 直流發電機 主要由勵磁線圈的導通方式決定。發電機有獨立、並聯、串聯和混合勵磁發電機：

• 獨立勵磁：勵磁線圈由外部直流電源（電池、稱為勵磁機或整流器的小型輔助發電機）供電，

• 並聯勵磁：勵磁繞組與電樞繞組和負載並聯，

• 串聯勵磁：勵磁繞組與電樞繞組和負載串聯，

• 混合勵磁：勵磁繞組有並聯和串聯兩種，第一個與電樞繞組並聯，第二個與電樞繞組和負載串聯。

並聯、串聯和混合勵磁發電機是自勵磁機，因為它們的勵磁繞組由發電機本身通電。

直流發電機勵磁：a——獨立，b——並聯，c——串聯，d——混合。

所有列出的發電機都具有相同的設備，僅在勵磁線圈的結構上有所不同。獨立和並聯勵磁的線圈由小截面的導線製成，匝數大，串聯勵磁的線圈由大截面的導線製成，匝數小。

直流發電機的屬性通過其特性進行評估：閒置、外部和控制。下面我們將了解不同類型發電機的這些特性。

自激發電機

獨立勵磁發電機的一個特點（圖1）是其勵磁電流Iv不依賴於電樞電流Ii，而僅由提供給勵磁線圈的電壓Uv和勵磁電路的電阻Rv決定.

米。 1. 獨立勵磁發電機示意圖

通常勵磁電流較低，為額定電樞電流的 2-5%。為了調節發電機的電壓，通常在勵磁繞組的電路中加入調節Rpv的變阻器。在機車上，電流 Iv 通過改變電壓 Uv 來調節。

發電機的空閒特性（圖 2，a）——在沒有負載 Rn 的情況下，即在 In = Iya = 0 和恆定轉速 n 下，空閒電壓 Uo 對勵磁電流 Ib 的依賴性。空載時，當負載電路開路時，發電機電壓Uo等於e。 ETC。 v. Eo = cEFn。

由於去除怠速特性時，轉速n保持不變，則電壓Uo只與磁通量F有關。因此，怠速特性將類似於磁通 F 對勵磁電流 Ia 的依賴性（發電機磁路的磁特性）。

通過將勵磁電流從零逐漸增加到 U0 = 1.25Unom 的值，然後將勵磁電流減小到零，可以通過實驗輕鬆消除空載特性。在這種情況下，獲得特性的上升 1 和下降 2 分支。這些分支的分歧是由於機器磁路中存在滯後現象。當電樞繞組中 Iw = 0 時，剩磁通量感應出剩磁 d 等。 Eost，通常是標稱電壓 Unom 的 2-4%。

在低勵磁電流時，機器的磁通量很小，因此在該區域磁通量和電壓Uo的變化與勵磁電流成正比，並且該特性的初始部分是一條直線。隨著勵磁電流的增大，發電機磁路飽和，電壓Uo上升速度減慢。勵磁電流越大，電機磁路飽和越強，電壓U0上升越慢。在非常高的激勵電流下，電壓 Uo 實際上停止增加。

空載特性允許您估計機器可能的電壓和磁特性的值。通用機器的標稱電壓（在護照上註明）對應於特性的飽和部分（該曲線的“拐點”）。在需要寬範圍電壓調節的機車發電機中，曲線和直線不飽和特性的部分都被使用。

D. d. C. 機器的變化與速度 n 成正比，因此，對於 n2 < n1，怠速特性位於 n1 曲線下方。當發電機的旋轉方向改變時，e 的方向也改變。 ETC。 c. 在電樞繞組中感應，因此電刷的極性。

發電機的外部特性（圖 2，b）是電壓 U 對負載電流 In = Ia 在恆定速度 n 和勵磁電流 Iv 的依賴性。發電機電壓U總是小於它的e。 ETC。 c. E為電樞迴路中所有串聯繞組的壓降值。

隨著發電機負載的增加（電樞繞組電流 IАЗ САМ — азЗ），發電機電壓會降低，原因有兩個：

1）由於電樞繞組電路中的電壓降增加，

2) 由於 e 的減少。 ETC。由於電樞磁通的退磁作用。電樞的磁通量在一定程度上削弱了發電機的主磁通量Ф，導致其e略有下降。 ETC。 v. E 當針對 e 加載時。 ETC。 Eo 處於空閒狀態。

在所考慮的發電機中從空閒模式過渡到額定負載期間的電壓變化是額定的 3 - 8℅。

如果以極低的電阻閉合外部電路，即使發電機短路，則其電壓降為零。短路期間電樞繞組中的電流Ik將達到不可接受的值，在該值電樞繞組可能燒毀。在小功率機器中，短路電流可以達到額定電流的10-15倍，在大功率機器中，這個比率可以達到20-25。

米。 2、獨立勵磁發電機的特性：a——閒置，b——外置，c——調節

發電機的調節特性（圖 2，c）是在恆定電壓 U 和旋轉頻率 n 下勵磁電流 Iv 對負載電流 In 的依賴性。它顯示瞭如何調整勵磁電流以在負載變化時保持發電機電壓恆定。顯然，在這種情況下，隨著負載的增加，需要增大勵磁電流。

獨立勵磁發電機的優點是能夠通過改變勵磁電流和在負載下發電機電壓的微小變化來在從0到Umax的寬範圍內調節電壓。但是，它需要一個外部直流電源來為勵磁線圈供電。

並聯勵磁發電機。

在該發電機中（圖 3，a）電樞繞組電流 Iya 分流到外部負載電路 RH（電流 In）和勵磁繞組（電流 Iv），中大功率機器的電流 Iv 為 2- 5電樞繞組中電流額定值的% 本機採用自勵磁原理，勵磁繞組直接從發電機的電樞繞組饋電。然而，發電機的自勵磁只有在滿足多個條件時才有可能。

1.要啟動發電機的自勵磁過程，需要在機器的磁路中有剩磁通量，從而在電樞繞組中感應出e。 ETC。東村。這e.等等v. 提供流經電路“電樞繞組-勵磁繞組”的一些啟動電流。

2.勵磁線圈產生的磁通量必鬚根據剩磁的磁通量定向。在這種情況下，在自激過程中，勵磁電流 Iv 會增加，因此電機 e 的磁通量 Ф 會增加。 ETC。 v. E. 這將持續到由於機器的磁路飽和，F 的進一步增加以及 E 和 Ib 的進一步增加停止。勵磁繞組與電樞繞組的正確連接確保了所示磁通方向的一致。如果連接不正確，機器會消磁（剩磁消失）和 e。 ETC。 c. E 減小到零。

3、RB勵磁迴路的電阻必須小於一定的極限值，稱為臨界電阻。因此，為使發電機獲得最快的勵磁，建議在發電機啟動時，將與勵磁線圈串聯的調節變阻器Rpv全輸出（見圖3，a）。這種情況也限制了勵磁電流的可能調節範圍，並因此限制了並勵發電機的電壓。通常可以通過將勵磁繞組的電路電阻增加到 (0.64-0.7) Unom 來降低發電機電壓。

米。 3.並聯勵磁發電機示意圖（a）及獨立並聯勵磁發電機外特性圖（b）

需要注意的是，發電機的自激需要有增大其e的過程。 ETC。 E 和勵磁電流 Ib 發生在機器空轉時。否則，由於Eost值低，電樞繞組電路內部壓降大，加在勵磁繞組上的電壓可能下降到幾乎為零，勵磁電流不能增加。因此，負載只有在其端子電壓接近標稱電壓後才能連接到發電機。

當電樞的旋轉方向發生變化時，電刷的極性也會發生變化，因此勵磁繞組中的電流方向也會發生變化，在這種情況下，發電機會消磁。

為避免這種情況，在改變旋轉方向時，需要切換連接勵磁線圈和電樞線圈的電線。

發電機的外部特性（圖 3 中的曲線 1，b）表示在速度 n 和驅動電路的電阻 RB 的恆定值下電壓 U 對負載電流 In 的依賴性。它位於獨立勵磁發電機的外部特性曲線下方（曲線 2）。

這是因為除了在獨立勵磁發電機中導致電壓隨負載增加而降低的相同兩個原因（電樞電路中的電壓降和電樞反應的退磁效應）之外，還有第三個原因考慮發電機 — 勵磁電流的減少。

由於勵磁電流IB=U/Rv，即取決於電機的電壓U，那麼隨著電壓的降低，由於這兩個原因，磁通量F和e減小。 ETC。 v. 發電機 E，導致電壓進一步下降。 a點對應的最大電流Icr稱為臨界電流。

當電樞繞組短路時，並勵發電機的電流Ic很小（b點），因為在這種模式下電壓和勵磁電流為零。因此，短路電流僅由 e 產生。 ETC。來自剩磁並且是 (0.4 ... 0.8) Inom .. 外部特性從點 a 分為兩部分：上 - 工作和下 - 非工作。

通常，不會使用整個工作部分，而只會使用其中的某個部分。外特性ab段運行不穩定，此時機器進入b點對應的模式，即在短路模式。

並聯勵磁發電機的空載特性採用獨立勵磁（當電樞電流 Iya = 0 時），因此它與獨立勵磁發電機的相應特性沒有任何區別（見圖 1）。 2、一）。並聯勵磁發電機的控制特性與獨立勵磁發電機的特性形狀相同（見圖2，c）。

並勵發電機用於為乘用車、汽車和飛機中的用電器供電，例如用於驅動電力機車、內燃機車和軌道車的發電機，以及用於為蓄電池充電的發電機。

串聯勵磁發電機

在這個發電機中（圖4、a)勵磁電流Iw等於負載電流In=Ia，負載電流變化時電壓變化很大。怠速時，發電機會產生少量排放物。 ETC。 v. Eri，由剩磁流產生（圖 4，b）。

隨著負載電流的增加 Ii = Iv = Iya，磁通量增加，例如ETC。 p. 和發電機電壓，與其他自勵電機（並勵發電機）一樣，這種增加會由於電機的磁飽和而持續到一定限度。

隨著負載電流增加到 Icr 以上，發電機電壓開始下降，因為飽和引起的勵磁磁通量幾乎停止增加，電樞反應的退磁效應和電樞繞組電路中的電壓降 IяΣRя 繼續增加。通常電流Icr遠高於額定電流。發電機只有在外特性的ab部分才能穩定運行，即在負載電流高於標稱。

由於在串聯勵磁發電機中，電壓隨負載變化而變化很大，並且在空載運行期間接近於零，因此它們不適合為大多數用電設備供電。它們僅用於串聯勵磁電機的電氣（變阻）制動，然後轉換為發電機模式。

米。 4、串聯勵磁發電機原理圖（a）及其外特性（b）

混合勵磁發電機。

在這種發電機中（圖 5，a），最常見的是並聯勵磁線圈為主，串聯勵磁線圈為輔。兩個線圈具有相同的極性並連接在一起，以便它們產生的磁通量相加（一致切換）或相減（相反切換）。

混合勵磁發電機，當其勵磁繞組連接一致時，能夠在負載變化時獲得近似恆定的電壓。發電機的外部特性（圖 5，b）可以在一級近似中表示為每個勵磁線圈產生的特性之和。

米。 5、混合勵磁發電機原理圖（a）及其外特性（b）

當只有一個並聯繞組導通時，勵磁電流Iв1通過，發電機電壓U隨著負載電流In的增加而逐漸減小（曲線1）。當一個串聯繞組導通時，勵磁電流Iw2 = In，電壓 U 隨著電流 In 的增加而增加（曲線 2）。

如果我們選擇串聯繞組的匝數，使得在標稱負載下，由它產生的電壓 ΔUPOSOL 補償總電壓降 ΔU，當機器僅使用一個並聯繞組運行時，則可以實現當負載電流從零變為額定值時（曲線 3），電壓 U 幾乎保持不變。實際上，它的變化範圍為 2-3%。

通過增加串聯繞組的匝數，可以獲得電壓 UHOM 在空閒時具有更多電壓 Uo 的特性（曲線 4），該特性不僅可以補償內部電阻中的電壓降發電機的電樞電路，也位於將其連接到負載的線路中。如果串聯繞組導通，使其產生的磁通量與並聯繞組的磁通量相反（反向換向），則串聯繞組匝數大的發電機的外特性將急劇下降（曲線 5）。

串聯和並聯勵磁繞組的反向連接用於在頻繁短路條件下運行的焊接發電機。在這種發電機中，如果發生短路，串聯繞組幾乎會使機器完全消磁並降低短路電流。到一個對發電機安全的值。

一些內燃機車上採用勵磁繞組反接的發電機作為牽引發電機的勵磁機，保證發電機輸出功率的恆定性。

這種病原體也用於直流電機車。它們為再生製動期間以再生模式運行的牽引電機的勵磁繞組供電，並提供急劇下降的外部特性。

發電機混勵是擾動調節的典型例子。

直流發電機通常並聯連接以在公共網絡中運行。負載分配與額定功率成比例的發電機並聯運行的先決條件是它們的外部特性相同。當使用混合勵磁發電機時，它們用於均衡電流的串聯繞組必須通過均衡線連接在一個公共塊中。