直流电路及其特性

特性 直流发电机 主要由励磁线圈的导通方式决定。发电机有独立、并联、串联和混合励磁发电机：

• 独立励磁：励磁线圈由外部直流电源（电池、称为励磁机或整流器的小型辅助发电机）供电，

• 并联励磁：励磁绕组与电枢绕组和负载并联，

• 串联励磁：励磁绕组与电枢绕组和负载串联，

• 混合励磁：励磁绕组有并联和串联两种，第一个与电枢绕组并联，第二个与电枢绕组和负载串联。

并联、串联和混合励磁发电机是自励磁机，因为它们的励磁绕组由发电机本身通电。

直流发电机励磁：a——独立，b——并联，c——串联，d——混合。

所有列出的发电机都具有相同的设备，仅在励磁线圈的结构上有所不同。独立和并联励磁的线圈由小截面的导线制成，匝数大，串联励磁的线圈由大截面的导线制成，匝数小。

直流发电机的属性通过其特性进行评估：闲置、外部和控制。下面我们将了解不同类型发电机的这些特性。

自激发电机

独立励磁发电机的一个特点（图1）是其励磁电流Iv不依赖于电枢电流Ii，而仅由提供给励磁线圈的电压Uv和励磁电路的电阻Rv决定.

米。 1. 独立励磁发电机示意图

通常励磁电流较低，为额定电枢电流的 2-5%。为了调节发电机的电压，通常在励磁绕组的电路中加入调节Rpv的变阻器。在机车上，电流 Iv 通过改变电压 Uv 来调节。

发电机的空闲特性（图 2，a）——在没有负载 Rn 的情况下，即在 In = Iya = 0 和恒定转速 n 下，空闲电压 Uo 对励磁电流 Ib 的依赖性。空载时，当负载电路开路时，发电机电压Uo等于e。 ETC。 v. Eo = cEFn。

由于去除怠速特性时，转速n保持不变，则电压Uo只与磁通量F有关。因此，怠速特性将类似于磁通 F 对励磁电流 Ia 的依赖性（发电机磁路的磁特性）。

通过将励磁电流从零逐渐增加到 U0 = 1.25Unom 的值，然后将励磁电流减小到零，可以通过实验轻松消除空载特性。在这种情况下，获得特性的上升 1 和下降 2 分支。这些分支的分歧是由于机器磁路中存在滞后现象。当电枢绕组中 Iw = 0 时，剩磁通量感应出剩磁 d 等。 Eost，通常是标称电压 Unom 的 2-4%。

在低励磁电流时，机器的磁通量很小，因此在该区域磁通量和电压Uo的变化与励磁电流成正比，并且该特性的初始部分是一条直线。随着励磁电流的增大，发电机磁路饱和，电压Uo上升速度减慢。励磁电流越大，电机磁路饱和越强，电压U0上升越慢。在非常高的激励电流下，电压 Uo 实际上停止增加。

空载特性允许您估计机器可能的电压和磁特性的值。通用机器的标称电压（在护照上注明）对应于特性的饱和部分（该曲线的“拐点”）。在需要宽范围电压调节的机车发电机中，曲线和直线不饱和特性的部分都被使用。

D. d. C. 机器的变化与速度 n 成正比，因此，对于 n2 < n1，怠速特性位于 n1 曲线下方。当发电机的旋转方向改变时，e 的方向也改变。 ETC。 c. 在电枢绕组中感应，因此电刷的极性。

发电机的外部特性（图 2，b）是电压 U 对负载电流 In = Ia 在恒定速度 n 和励磁电流 Iv 的依赖性。发电机电压U总是小于它的e。 ETC。 c. E为电枢回路中所有串联绕组的压降值。

随着发电机负载的增加（电枢绕组电流 IАЗ САМ — азЗ），发电机电压会降低，原因有两个：

1）由于电枢绕组电路中的电压降增加，

2) 由于 e 的减少。 ETC。由于电枢磁通的退磁作用。电枢的磁通量在一定程度上削弱了发电机的主磁通量Ф，导致其e略有下降。 ETC。 v. E 当针对 e 加载时。 ETC。 Eo 闲置。

在所考虑的发电机中从空闲模式过渡到额定负载期间的电压变化是额定的 3 - 8℅。

如果以极低的电阻闭合外部电路，即使发电机短路，则其电压降为零。短路期间电枢绕组中的电流Ik将达到不可接受的值，在该值电枢绕组可能烧毁。在小功率机器中，短路电流可以达到额定电流的10-15倍，在大功率机器中，这个比率可以达到20-25。

米。 2、独立励磁发电机的特性：a——闲置，b——外置，c——调节

发电机的调节特性（图 2，c）是在恒定电压 U 和旋转频率 n 下励磁电流 Iv 对负载电流 In 的依赖性。它显示了如何调整励磁电流以在负载变化时保持发电机电压恒定。显然，在这种情况下，随着负载的增加，需要增大励磁电流。

独立励磁发电机的优点是能够通过改变励磁电流和发电机电压在负载下的微小变化来在 0 到 Umax 的宽范围内调节电压。但是，它需要一个外部直流电源来为励磁线圈供电。

并联励磁发电机。

在该发电机中（图 3，a），电枢绕组电流 Iya 分流到外部负载电路 RH（电流 In）和励磁绕组（电流 Iv），中大功率机器的电流 Iv 为 2- 5电枢绕组中电流额定值的% 本机采用自励磁原理，励磁绕组直接从发电机的电枢绕组馈电。然而，发电机的自励磁只有在满足多个条件时才有可能。

1.要启动发电机的自励磁过程，需要在机器的磁路中有剩磁通量，从而在电枢绕组中感应出e。 ETC。东村。这e.等等v. 提供流经电路“电枢绕组-励磁绕组”的一些启动电流。

2.励磁线圈产生的磁通量必须根据剩磁的磁通量定向。在这种情况下，在自激过程中，励磁电流 Iv 会增加，因此电机 e 的磁通量 Ф 会增加。 ETC。 v. E. 这将持续到由于机器的磁路饱和，F 的进一步增加以及 E 和 Ib 的进一步增加停止。励磁绕组与电枢绕组的正确连接确保了所示磁通方向的一致。如果连接不正确，机器会消磁（剩磁消失）和 e。 ETC。 c. E 减小到零。

3、RB励磁回路的电阻必须小于一定的极限值，称为临界电阻。因此，为使发电机获得最快的励磁，建议在发电机启动时，将与励磁线圈串联的调节变阻器Rpv全输出（见图3，a）。这种情况也限制了励磁电流的可能调节范围，并因此限制了并励发电机的电压。通常可以通过将励磁绕组的电路电阻增加到 (0.64-0.7) Unom 来降低发电机电压。

米。 3.并联励磁发电机示意图（a）及独立并联励磁发电机外特性图（b）

需要注意的是，发电机的自激需要有增大其e的过程。 ETC。 E 和励磁电流 Ib 发生在机器空转时。否则，由于Eost值低，电枢绕组电路内部压降大，加在励磁绕组上的电压可能下降到几乎为零，励磁电流不能增加。因此，负载只有在其端子电压接近标称电压后才能连接到发电机。

当电枢的旋转方向发生变化时，电刷的极性也会发生变化，因此励磁绕组中的电流方向也会发生变化，在这种情况下，发电机会消磁。

为避免这种情况，在改变旋转方向时，需要切换连接励磁线圈和电枢线圈的电线。

发电机的外部特性（图 3 中的曲线 1，b）表示在速度 n 和驱动电路的电阻 RB 的恒定值下电压 U 对负载电流 In 的依赖性。它位于独立励磁发电机的外部特性曲线下方（曲线 2）。

这是因为除了在独立励磁发电机中导致电压随负载增加而降低的相同两个原因（电枢电路中的电压降和电枢反应的退磁效应）之外，还有第三个原因考虑发电机 — 励磁电流的减少。

由于励磁电流IB=U/Rv，即取决于电机的电压U，那么随着电压的降低，由于这两个原因，磁通量F和e减小。 ETC。 v. 发电机 E，导致电压进一步下降。 a点对应的最大电流Icr称为临界电流。

当电枢绕组短路时，并励发电机的电流Ic很小（b点），因为在这种模式下电压和励磁电流为零。因此，短路电流仅由 e 产生。 ETC。来自剩磁并且是 (0.4 ... 0.8) Inom .. 外部特性从点 a 分为两部分：上 - 工作和下 - 非工作。

通常，不会使用整个工作部分，而只会使用其中的某个部分。外特性ab段运行不稳定，此时机器进入b点对应的模式，即在短路模式。

并联励磁发电机的空载特性采用独立励磁（当电枢电流 Iya = 0 时），因此它与独立励磁发电机的相应特性没有任何区别（见图 1）。 2、一）。并联励磁发电机的控制特性与独立励磁发电机的特性形状相同（见图2，c）。

并励发电机用于为乘用车、汽车和飞机中的用电器供电，例如用于驱动电力机车、内燃机车和轨道车的发电机，以及用于为蓄电池充电的发电机。

串联励磁发电机

在这个发电机中（图4、a)励磁电流Iw等于负载电流In=Ia，负载电流变化时电压变化很大。怠速时，发电机会产生少量排放物。 ETC。 v. Eri，由剩磁流产生（图 4，b）。

随着负载电流的增加 Ii = Iv = Iya，磁通量增加，例如ETC。 p. 和发电机电压，与其他自励电机（并励发电机）一样，这种增加会由于电机的磁饱和而持续到一定限度。

随着负载电流增加到 Icr 以上，发电机电压开始下降，因为饱和引起的励磁磁通量几乎停止增加，电枢反应的退磁效应和电枢绕组电路中的电压降 IяΣRя 继续增加。通常电流Icr远高于额定电流。发电机只有在外特性的ab部分才能稳定运行，即在负载电流高于标称。

由于在串联励磁发电机中，电压随负载变化而变化很大，并且在空载运行期间接近于零，因此它们不适合为大多数用电设备供电。它们仅用于串联励磁电机的电气（变阻）制动，然后转换为发电机模式。

米。 4、串联励磁发电机原理图（a）及其外特性（b）

混合励磁发电机。

在这种发电机中（图 5，a），最常见的是并联励磁线圈为主，串联励磁线圈为辅。两个线圈具有相同的极性并连接在一起，以便它们产生的磁通量相加（一致切换）或相减（相反切换）。

混合励磁发电机，当其励磁绕组连接一致时，能够在负载变化时获得近似恒定的电压。发电机的外部特性（图 5，b）可以在一级近似中表示为每个励磁线圈产生的特性之和。

米。 5. 混合励磁发电机原理图（a）及其外特性（b）

当只有一个并联绕组导通时，励磁电流Iв1通过，发电机电压U随着负载电流In的增加而逐渐减小（曲线1）。当一个串联绕组导通时，励磁电流Iw2 = In，电压 U 随着电流 In 的增加而增加（曲线 2）。

如果我们选择串联绕组的匝数，使得在标称负载下，由它产生的电压 ΔUPOSOL 补偿总电压降 ΔU，当机器仅使用一个并联绕组运行时，则可以实现当负载电流从零变为额定值时（曲线 3），电压 U 几乎保持不变。实际上，它的变化范围为 2-3%。

通过增加串联绕组的匝数，可以获得电压 UHOM 将在空闲时具有更多电压 Uo 的特性（曲线 4），该特性不仅在内部电阻中提供对电压降的补偿发电机的电枢电路，也位于将其连接到负载的线路中。如果串联绕组导通，使其产生的磁通量与并联绕组的磁通量相反（反向换向），则串联绕组匝数大的发电机的外特性将急剧下降（曲线 5）。

串联和并联励磁绕组的反向连接用于在频繁短路条件下运行的焊接发电机。在这种发电机中，如果发生短路，串联绕组几乎会使机器完全消磁并降低短路电流。到一个对发电机安全的值。

一些内燃机车上采用励磁绕组反接的发电机作为牵引发电机的励磁机，保证发电机输出功率的恒定性。

这种病原体也用于直流电机车。它们为再生制动期间以再生模式运行的牵引电机的励磁绕组供电，并提供急剧下降的外部特性。

发电机混励是扰动调节的典型例子。

直流发电机通常并联连接以在公共网络中运行。负载分配与额定功率成比例的发电机并联运行的先决条件是它们的外部特性相同。当使用混合励磁发电机时，它们用于均衡电流的串联绕组必须通过均衡线连接在一个公共块中。