直流发电机的运行原理

时间： 2024-03-09 来源：TOPPOWER官网

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直流发电机的部件

典型的直流发电机由四个主要部分组成：电枢、换向器、电刷组件和励磁绕组。电枢通常具有安装在旋转轴上的线环。一些机械能用于旋转轴。机械能可以是水、蒸汽或空气，驱动连接到轴上的涡轮机。也可以使用其他方法。

电枢回路的末端连接到换向器。换向器提供电刷组件进行电接触的表面，从而允许电流从旋转的电枢绕组流经组件。连接到励磁电流源的励磁绕组不旋转；相反，它们保持静止。图1显示了直流发电机的部件。

图1.直流发电机的部件图片由Amna Ahmad提供

当励磁电流流过励磁绕组时，会产生磁场。当电枢通过机械能旋转时，电枢中的线圈通过励磁绕组的磁场旋转。这会在电枢绕组中感应出电流和电压。产生的电压量由磁场强度和电枢旋转速度决定。增加励磁电流引起的磁场更强，将产生更高的输出电压。同样，更快地旋转电枢会切割更多的磁场力线，从而产生更高的输出电压。因此，改变励磁电流或转速将直接影响产生的电压。

负载通过电刷连接到电枢绕组。因此，负载汲取的电流必须通过电刷组件。

换向器的作用是保持电枢产生的直流电压的极性。请注意，图2中的磁场连接到直流励磁电流源。观察励磁绕组的极性。另请注意，与字段的连接不会改变。磁场始终具有相同的磁极性。现在观察电枢旋转时会发生什么。当机械能施加到图2中的电枢时，励磁绕组的磁场会导致电枢绕组中感应出电流。现在看图3、图4和图5。换向器保持电枢内产生的直流电压的极性，使负载继续接收相同极性的电压。

图2.通过施加直流励磁电流产生磁场。图片由Amna Ahmad提供

图3.机械能导致轴旋转磁铁代表磁场图片由Amna Ahmad提供

图4.轴已旋转90°。电刷的极性保持不变图片由Amna Ahmad提供

图5.轴已旋转180°。电刷极性保持不变。图片由Amna Ahmad提供

有时，当电刷接触换向器时，会注意到过多的电弧。这可能是由于刷子组件不在正确位置造成的。电刷必须设置在称为中性面的位置。要将画笔设置到中性平面，请参阅图6并执行以下步骤：

1.将交流电压表连接到并联励磁绕组。

2.获取低压交流电源。

3.将交流电源连接到电枢上。

4.小心地前后移动电刷组件，注意交流电压表上指示的电压变化。

5.将电刷组件放置在交流电压表上产生指示电压的位置。

图6.设置以找到画笔的中立位置。图片由Amna Ahmad提供

连接直流发电机

直流发电机可以采用四种连接方式之一：串绕、自励并绕、他励并绕和复绕。

串绕直流发电机

图7显示了串联直流发电机，因为磁场与电枢串联。在串联发电机中，串联励磁电流与提供给负载的电流相同。高电阻负载从发电机汲取电流，从而产生电压。如果负载电阻变小，电流就会增加，导致产生的电压增加。终结果是串联发电机产生的输出电压随负载而变化。因此，串励发电机的电压调节能力较差。如今，串励发电机已很少使用。

自励并励直流发电机

连接直流发电机的第二种方法是将励磁绕组跨接或并联到电枢。这种配置称为并联直流发电机，如图8所示。并联直流发电机可以是自励式或他励式。图8显示了自励并联直流发电机。在该电路中，并联绕组从直流发电机定子磁极内的剩磁接收励磁电流。通常，仍然有足够的磁性以在励磁绕组中感应出小的励磁电流。当电枢旋转时，励磁电流足以使发电机发电。当电枢旋转时，会产生更多电压，从而感应出更多电流，从而产生更多电压，依此类推。

图8.自励并联直流发电机。图片由Amna Ahmad提供

有时，自励并励发电机无法产生电压。这通常是因为极片内的剩磁已经消失。通过称为刷新字段的程序可以轻松解决该问题。图9显示了闪光磁场和恢复剩磁的连接。恢复剩磁：

1.断开磁场与电枢的连接，并记下磁场的极性。

2.获取低压直流电源；12伏汽车型电池足以用于120伏至600伏直流发电机。

3.在励磁绕组上建立直流电源连接，确保其与步骤1中确定的极性对齐。

4.保持直流电源连接约10分钟。

5.断开直流电源。

6.将磁场重新连接至电枢。请务必遵守极性。

发电机现在应该可以正常工作。

图9.并联直流发电机的磁场闪烁。图片由Amna Ahmad提供

他励并励直流发电机

图10显示了他励并励直流发电机的连接。请注意，并联绕组现在从单独的直流电源接收电力。大多数直流发电机都是以这种方式连接的。他励并励发电机比自励发电机提供更好的电压调节。然而，他励并励发电机成本更高，因为需要额外的直流电源来提供励磁电流。具有单独的励磁电流源允许励磁电流随负载变化。这意味着随着负载的增加，可以提供更多的励磁电流，从而导致产生的电压保持恒定而不下降。同样，负载越轻，可提供的励磁电流越小，

复绕直流发电机

复绕直流发电机如图11所示。串联磁场与电枢串联。并联磁场与电枢并联。这种布置就是发电机被称为复绕发电机的原因。

图11. 复绕直流发电机。图片由Amna Ahmad提供

串联场和并联场可以通过两种方式连接。如果场连接起来使得它们的磁场互相帮助，则复合绕线发电机被称为累积绕线。图12显示了累积缠绕复绕发电机。该发电机具有出色的电压调节能力。

图12. 累积绕组复绕直流发电机。图片由Amna Ahmad提供

如果场连接成它们的磁场彼此相反，则复合绕组发电机被称为差动绕组。图13显示了差动复绕发电机。该发电机的电压调节能力较差，但其输出电流实际上是恒定的。差动复绕发电机通常用于为弧光灯和焊接应用供电。

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