1、直流發(fā)電機(jī)的原理及應(yīng)用 發(fā)電機(jī)：直流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)。 雖然發(fā)動(dòng)機(jī)的總類很多，但其工作原理都是基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此其一般的原則是，用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。如圖1所示，在2個(gè)固定的磁極N、S之間，放著一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的圓柱形鐵芯，鐵芯上固定著線罔abcd，線圈a、d兩端分別接在2個(gè)與鐵芯一起旋轉(zhuǎn)且互相絕緣的半銅環(huán)上，經(jīng)過(guò)2個(gè)固定不變的電刷A、B與電路相連。一、直流發(fā)電機(jī)的工作原理當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)圓柱形鐵芯在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)圓柱形鐵芯在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈便隨著鐵芯在磁場(chǎng)罩轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就

2、會(huì)產(chǎn)生交變便隨著鐵芯在磁場(chǎng)罩轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過(guò)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過(guò)2個(gè)互相絕緣的半圓銅個(gè)互相絕緣的半圓銅環(huán)和環(huán)和電刷的作用后，便成為外電路中的直流電。這種電刷的作用后，便成為外電路中的直流電。這種能在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量變換的樞能在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈是實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量變換的樞紐，所以直流電機(jī)轉(zhuǎn)子又稱為電樞。紐，所以直流電機(jī)轉(zhuǎn)子又稱為電樞。2個(gè)半網(wǎng)形個(gè)半網(wǎng)形的銅環(huán)的銅環(huán)(銅片銅片)就叫換向片，它們合就叫換向片，它們合在一起叫做換在一起叫做換向器。向器。圖圖1中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定，由中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定，由于電樞連續(xù)于電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，線圈邊旋轉(zhuǎn)，線圈

3、邊ab和和cd交替地切割交替地切割N極和極和s極下的磁力線。極下的磁力線。每個(gè)線圈邊和整個(gè)線每個(gè)線圈邊和整個(gè)線圈中的感應(yīng)電勢(shì)的方向是交變的，線圈內(nèi)的感圈中的感應(yīng)電勢(shì)的方向是交變的，線圈內(nèi)的感應(yīng)電勢(shì)是交流電勢(shì)，而在電刷應(yīng)電勢(shì)是交流電勢(shì)，而在電刷A、B端的電勢(shì)端的電勢(shì)卻為直流電卻為直流電勢(shì)(確切來(lái)說(shuō)，是方向不變的脈振電勢(shì))，因?yàn)樵陔姌修D(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，無(wú)論電樞轉(zhuǎn)到什么位置，在換向器的換向作用下，電刷A通過(guò)換向片所引出的電勢(shì)始終是切割N極磁力線的線圈邊中的電勢(shì)，因此電刷A始終有正極性。同樣道理，電刷B始終有負(fù)極性，所以電刷端能引出方向不變的，但大小變化的脈振電勢(shì)。如果每極下的線圈數(shù)目愈多，電勢(shì)的脈振就愈小

4、。實(shí)踐和分析表明，當(dāng)每個(gè)磁極范圍內(nèi)的導(dǎo)體數(shù)目大于8時(shí)，電勢(shì)的脈振程度就小于l。實(shí)際上直流發(fā)電機(jī)線圈數(shù)是很多的，換向片數(shù)也很多，換向后得到的電勢(shì)脈振程度很小，完全可以認(rèn)為是恒定的直流電動(dòng)勢(shì)。以上說(shuō)明了直流發(fā)電機(jī)的工作原理。同時(shí)也說(shuō)明了直流發(fā)電機(jī)實(shí)際上是帶有換向器的交流發(fā)電機(jī)。二、直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)1、定子部分(1)主磁極的作用是產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)。它由主磁極鐵芯和勵(lì)磁繞組2個(gè)部分組成。(2)換向極的作用是改善換向，減小電刷與換向器產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩相鄰的主磁極之間。(3)機(jī)座。電機(jī)定子的外殼稱為機(jī)座，作用有2個(gè)：一是用來(lái)固定磁極；二是機(jī)座本身也是磁路的一部分。機(jī)座一為鑄鋼件或鋼板焊接而成。(4)

5、電刷裝置。電刷裝置的作用是用來(lái)引出直流電壓或電流的。2、轉(zhuǎn)動(dòng)部分（電樞）(1)電樞鐵芯。電樞鐵芯是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。(2)電樞繞組。在直流發(fā)電機(jī)中，電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)它是進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件，所以叫電樞。(3)換向器。在直流發(fā)電機(jī)中，換向器配合電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為正負(fù)電刷上引出的直流電動(dòng)勢(shì)。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需要有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。一般用圓鋼加工而成。三、直流發(fā)電機(jī)的電路和磁路 直流發(fā)電機(jī)的電路包括電樞電路和勵(lì)磁支路。直流電機(jī)電樞繞組的基本形式有2種，

6、一種叫單疊繞組；另一種叫單波繞組。 本文僅以單疊繞組為例。單疊繞組連接的特點(diǎn)是元件2個(gè)出線端連接于相鄰的2個(gè)換向片上，所有相鄰元件依次串聯(lián)，即后一元件的首端與前一元件的末端聯(lián)在一起，并接在一換向片上。最后一個(gè)元件的末端與第一個(gè)元件的首端連在一起，形成一個(gè)閉合回路。這樣，這種繞組的任何2個(gè)緊相串聯(lián)的后一個(gè)元件的端接部分緊疊在前一個(gè)元件的端接部分上，同時(shí)元件2個(gè)出線端所聯(lián)的換向片之間的距離等于個(gè)換向片的寬度，所以這種繞組稱為單疊繞組。1、單疊繞組四級(jí)直流電機(jī)電樞電路 從圖2可看出，4個(gè)電刷將20個(gè)串聯(lián)成一個(gè)閉合回路的元件劃分成4個(gè)支路，每個(gè)支路中的元件電動(dòng)勢(shì)相加，得到支路最大電動(dòng)勢(shì)，也就是電樞電動(dòng)

7、勢(shì)，將同極性的電刷連接起來(lái)，靠電刷、換向器引出外電路來(lái)，就形成向外電路供電的2個(gè)極A(+)和B(一)。從圖2中還可以看到有4個(gè)元件被電刷短路，各支路中不包括它們的電動(dòng)勢(shì)。被短路的元件正處在磁極的中性面上，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以不會(huì)影響支路總電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值，每條支路的最大電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)極下面的各元件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的總和。雖然當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)極下的元件不斷變化，但是電刷的位置卻是固定的，所以組成一條支路的元件數(shù)目不變，總電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值不變。2、直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁支路 他勵(lì)直流電機(jī)。勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)連接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，永磁直流電機(jī)可看作他勵(lì)直流電機(jī)。 (2)并勵(lì)

8、直流電機(jī)。并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組機(jī)并聯(lián)，作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是電機(jī)本身發(fā)出來(lái)的端電壓為勵(lì)磁繞組供電。 (3)串勵(lì)直流電機(jī)。串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。 (4)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)。復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)2個(gè)繞組，若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)、若兩2個(gè)磁通方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性，一般直流發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式。四、流發(fā)電機(jī)運(yùn)行原理以電路、力學(xué)、能量守恒的基本定律為基礎(chǔ)，建立直流電機(jī)電壓、轉(zhuǎn)矩、功率3個(gè)平衡方程(穩(wěn)態(tài))。電壓平衡方程：EI=U+I凡，IR含繞組內(nèi)阻和電刷壓降。轉(zhuǎn)矩平衡方程：T。=To+7k，T，、T0、，II繃