直流发电机的运行原理
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。
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。
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
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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