直流发电机的工作原理与应用

【学习任务】（1）正确写出直流发电机的电动势平衡方程。

（2）正确写出直流发电机的电磁转矩方程。

（3）正确分析直流发电机的功率平衡。

微课10.2：直流发电机和直流电动机

1.直流发电机的电动势平衡方程

下面以他励直流发电机为例说明直流发电机的基本方程。

根据图10－19所示他励发电机原理接线图中标出的有关物理量的正方向，依据基尔霍夫电压定律可列出电枢回路的电压平衡方程：

式中　Ea——电枢电势；

U——发电机端电压；

Ia——电枢电流；

Ra——电枢回路总电阻。

由式（10－5）可知，发电机负载时U＜Ea。

2.直流发电机的功率平衡方程

他励直流发电机的功率流程如图10－20所示。(www.xing528.com)

图10－19　他励发电机的原理接线图

图10－20　他励直流发电机的功率流程图

将式（10－5）两边同乘以电枢电流，则得到电枢回路的功率平衡方程：

或可以表示为

式中　PM——电磁功率；

P2——发电机的输出功率，P2＝UIa；

pCua——电枢回路的铜损耗，。

由式（10－6）可知，发电机的输出功率等于电磁功率减去电枢回路的铜损耗。电磁功率等于原动机输入的机械功率P1减去空载损耗功率p0。p0包括轴承、电刷及空气摩擦所产生的机械损耗pΩ，电枢铁芯中磁滞、涡流产生的铁损耗pFe以及附加损耗pad，故输入功率平衡方程为

将式（10－6）代入式（10－7），可得功率平衡方程：

式中　∑p——发电机总损耗。

3.直流发电机的转矩平衡方程

直流发电机在稳定运行时存在三个转矩：对应原动机输入机械功率P1的机械转矩T1；对应电磁功率PM的电磁转矩TM；对应空载损耗p0的空载转矩T0。其中T1是驱动性质的，TM和T0是制动性质的，当直流发电机稳态运行时，根据转矩平衡原则，可得出发电机转矩平衡方程如下：