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直流发电机（把机械能转化为直流电能的设备）

次浏览 | 更新时间：2023-05-16

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直流发电机

把机械能转化为直流电能的设备

直流发电机是把机械能转化为直流电能的设备。它主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电机。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电变成直流电，但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看，直流电动机还不能和交流发电机相比。直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小、但由于存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。

基本信息

中文名	直流发电机
外文名	dynamo, DC Generator
类别	发电设备
拼音	zhí liú fā diàn jī
作用	电解、电镀、电冶炼
领域	能源
学科	电气工程电机学
励磁方式	他励、串励、并励、复励

收起

发展史

1831年法拉第发现电磁感应定律，并制成第一台圆盘式单极直流发电机。

1832年皮克西制成永久磁铁手摇直流发电机，它是世界上首台报导制造的直流发电机。

1838年楞次提出电机既可作发电机运行，又可作电动机运行的电机可逆原理。

1845年惠斯通制成首台电磁铁励磁的直流发电机(以前用永久磁铁)。

1851年辛斯特登提出用通电线圈代替永久磁铁，作为电机的励磁。

1852年～ 1856年英法联盟公司成立，并制成蒸汽机驱动的电磁式直流发电机，发电机首次进入工业、商业运用领域。

1860年巴辛诺特应用电机可逆原理，制成第一台既可作发电机运行，又可作电动机运行的直流电机。

1866年W．西门子提出直流电机利用电机剩磁进行自励的原理，并制成自励直流发电机(Dy．namo)。

1 873年方丹在维也纳世界博览会上用直流发电机发出的电使直流电动机运转，解决了困扰多年的直流电动机的电源问题(在此以前，直流电动机采用电池作为电源)，推动了直流电动机的应用。

直流电机萌芽、发展时期(1821～ 1895)

从1821年第一台直流电动机雏形诞生到I895年直流发电机在尼亚加拉瀑布Adams电站水轮发电机国际招标中败北，是直流电机萌芽发展时期。在此期间，1 880年前后爱迪生和斯旺(J．W_Swan，1828～ 1914)(图8．1)独立发明的白炽灯，极大地推动了直流电的应用，刺激了直流发电机的发展。自此，直流电机一路高歌，独霸世界。但1895年直流发电机在尼亚加拉瀑布Adam s电站投标的败北，迅速遏制了直流电机一路飙升的势头和直流电机称雄世界的局面。1821年～ 1895年期间，直流电机在理论方面日益完善，逐渐成熟；在结构方面不断改进，走向统一；在产品方面，由小到大，从实验室全面进入实际应用领域。

工作原理

用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边 a b 和 c d 分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势。

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势因为电刷 A 通过换向片所引出的电动势始终是切割N 极磁力线的线圈边中的电动势。所以电刷 A 始终有正极性，同样道理，电刷 B 始终有负极性。所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势。

结论：线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷 A B 端的电动势却是直流电动势。

直流发电机

当发电机的电枢被其他机器带动以均匀速逆时针旋转时，线圈abcd作切割磁感线运动。线圈转到图1.1.B所示位置时，用右手定则可以判断出ab段导体产生的感应电动势方向为b→a；cd段导体产生的感应电动势方向为d→c，则与滑片1接触的电刷A为正极，与滑片2接触的电刷B为负极。当线圈转到中性面（与磁感线相垂直的平面）时，感应电动势从最大值逐渐减小到零。当线圈转过中性面后，ab段导体产生的感应电动势方向由a→b；cd段导体的感应电动势方向由c→d。此时，电刷A改为与换向器的滑片2接触，电刷B与滑片1接触。随着线圈在磁场中的不断转动，换向器滑片1和2间的感应电动势是大小和方向都随时间变化的交变电动势，但电刷A与B交替地接触与线圈同时转动的换向器滑片1和2，因此在电刷A与B间产生的是脉动直流电动势，从A与B输出的就是直流电了。

区别

直流发电机和直流电动机在结构上没有差别。只不过直流发电机是用其他机器带动，使其导体线圈在磁场中转动，不断地切割磁感线，产生感应电动势，把机械能变成电能。直流发电机由静止部分和转动部分组成。静止部分叫定子，它包括机壳和磁极，磁极当然是用来产生磁场的；转动部分叫转子，也称电枢。电枢铁芯呈圆柱状，由硅钢片叠压而成，表面冲有槽，槽中放置电枢绕组。换向器是直流电机的构造特征，，换向器就是那两个与线圈abed两端a与d相连的弧形导电滑片1和2，这两个弧形导电滑片相互绝缘。随着线圈转动。两个固定不动的电刷A和B，紧压在换向器滑片上，并与外电路相连接。为了减小直流发电机输出的直流电的脉动性，电枢绕组并不是单线圈，而是由许多线圈组成，绕组中的这些线圈均匀地分布在电枢铁芯的槽内，线圈的端点接到换向器的相应的滑片上。换向器实际上由许多弧形导电滑片组成，彼此用云母片相互绝缘。线圈和换向器的滑片数目越多，产生的直流电脉动就越小，这当然也给制造上带来困难。直流发电机产生的感应电动势的大小与定子磁场的磁感应强度和电枢的转速成正比。中小型直流发电机输出的额定电压并不高，为115伏、230伏、460伏。大型的直流发电机输出的额定电压在800伏左右，输出更高电压的直流发电机属于高压特殊机组的范围内，比较少用了。

结构

旋转电机结构形式 , 必须有满足电磁和机械两方面要求的结构, 旋转电机必须具备静止和转动两大部分。

1.直流电机静止部分称作定子

作用 -- 产生磁场

由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成

2.直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)

作用 -- 产生电磁转矩和感应电动势

由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成

静止部分

1.主磁极是一种电磁铁，用 1-1.5 毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心主磁极和换向极示意图

2.换向极（又称附加极或间极）

作用 -- 改善换向

换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成

铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联

3.机座机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个作用：

固定主磁极、换向极和端盖

作为磁路的一部分。机座中有磁通经过的部分称为磁轭

4.电刷装置

作用--把直流电压、直流电流引入或引出

由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成

转动部分

1.电枢铁心两个用处：

作为主磁路的主要部分

嵌放电枢绕组，通常用0。5mm厚的硅钢片冲片叠压而成

直流发电机

2.电枢绕组

直流电机的主要电路部分，用以通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换，由许多按一定规律联接的线圈组成，元件及嵌放方法（图1.1.16）

3.换向器

直流电机的重要部件，作用---将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流或将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势

励磁方式

按励磁方式不同，直流发电机可分为

他励

电枢和励磁绕组由两个独立的直流电源供电。

并励

电枢和励磁绕组并联后由一个独立的直流电源供电。

串励

电枢和励磁绕组串联后由一个独立的直流电源供电

复励

复励电机有两个绕组，一个并励绕组，一个串励绕组，并励绕组和电枢并联，和串励绕组串联后由一个独立的直流电源供电。

直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和复励式。

弱电原因

汽车、拖拉机用直流发电机，如不发电或发电很弱可根据情况从下列几方面找原因：

(1)驱动胶带过松或因有油污使胶带打滑，导致发电机达不到规定转速。

(2)发电机旋转方向不对。

(3)整流子表面油污影响电流输出。

(4)整流子脱焊，造成电枢线圈断路。脱焊线头往往发生在烧得最严重的整流片上。

(5)整流子烧蚀严重，出现黑色斑迹，影响电流输出。

(6)电刷磨损过甚，或电刷弹簧弹力减弱，使电刷与整流子的接触压力减小。影响电流输出。

(7)磁场线圈绝缘受潮，绝缘失效，造成搭铁短路或者线圈断路。

直流发电机

(8)电枢线圈受潮，造成连线短路。

(9)电枢或磁场接线柱绝缘损坏，与发电机外壳搭铁。

(10)电刷架与发电机外壳搭铁。

(11)接线柱锈蚀。

(12)接线错误，绝缘电刷未与电枢接线柱连接+，搭铁电刷却与其连接。

(13)发电机磁场剩磁消失。可用蓄电池接于激磁线圈两端。通以1～4安电流重新充磁，但通电时间要尽量短暂。

大型发电机的结构

事实上，转子也不是永磁体（普通的磁铁），为了更容易获得以及可以控制磁场强度，事实上转子是用电磁铁的。

大型发电机都为3相交流发电机，并且为了提高发电容量，发电机输出电压通常都为几千伏左右，而这样根据P=UI就可以让电流下降减少导线的损耗。

定子有3个绕组，分别以120度的角度摆放，这样3个绕组的2个端点中的其中一个，捆绑在一起，即为中性线（零线）而其他3个绕组的另一个端点的线，则为相线（火线）

并且转子通常为2-6极转子，由于转子的极数直接决定着发电的频率，但中国供电为50HZ，即每秒50次切割磁感线，或说每分钟3000次切割磁感线。这时候，如果是单极（只有一个电磁铁的转子）旋转的话需要3000转的转速，则如果使用2极的，只需要1500转即可。6极则只需要500转即可（公式为3000转/分钟÷极数=转速）

并且这些每一个极中，事实上是一个绕组，他们通过碳刷以及受电环（不是换向器，是一种圆环，起到让电力流入转子但不影响转子运转的功能）将定子发出来的电的一小部分，整流后送到转子进行励磁。只要控制励磁的电流，即可控制磁场强度，控制发电电压和电流。

由于发电机转子即使没有电流流过线圈，他也具有少量剩磁（残留磁性，即钢铁被少量磁化）然后只要运转起来，定子哪怕发出一点点的电也可以缓慢的建立起电压，然后建立起电流来运转，如果是新机组或一点剩磁都没有了，可以接外部电源进行励磁，等电压建立起来后再转为自励磁。

大型发电机就这样发电的。

实验室中的发电机，通常使用定子为永磁体（即普通磁铁），让转子运转，转子中的导线切割磁感线而发电，发的电通过受电环（发电机都是用受电环，他每一个绕组有2个环，通常实验室的就1个绕组，这样实现发电的）当然也有的是2个绕组的，为了得到直流就需要使用换向器了。不然如果直接用受电环，发出的电就是交流电。

显然，大型机组的效率肯定比实验室的高。

很简单的道理，那么如果使用受电环来输出电能，这个设备就会负载非常重同时可能由于接触不良好而导致电压电流等不稳定，同时产生的火花也是一种损耗，之所以有火花，就是电能通过热量而损耗掉了.

直流发电机

应用原理

发电机通常由定子、转子、端盖。电刷。机座及轴承等部件构成。

定子由机座。定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。

转子由转子铁芯、转子磁极（有磁扼。磁极绕组)、滑环、(又称铜环。集电环)、风扇及转轴等部件组成。

通过轴承、机座及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，通过滑环通入一定励磁电流，使转子成为一个旋转磁场，定子线圈做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

从物理结构来说，发电机的定子和转子除了是一个原动力的拖动外，是完全独立、互不干扰的两部分；

发电机的定子是有功源，产生感应电动势、电流，在原动力的拖动下，向外输出交流电的有功，由原动力（油量、气量、风量、水量等）决定有功功率的大小。

发电机的转子是无功源、绕组从外部引入直流电建立磁场，在原动力的拖动下，向外输送交流电的无功，由外部输入（多数用发电机自发的交流电整流而得）的直流电决定无功功率的大小。

从电磁原理来说，转子和定子又是精密联系的，发电机的有功和无功都是由定子输出的，转子的力矩决定有功功率的大小，转子线圈的直流电流决定无功功率的大小。

直流发电机

选购方法

负载分析

许多因素影响选用发电机组的大小。其中系统用电负载的特性就是一个重要的因素。用户在选用一台柴油发电机组以前必须仔细考虑以下几点：

a、是用作常用发电机组还是备用发电机组。

b、考虑今后系统增加的用电量。

c、系统容许的电压降。

d、电动机起动的情况。

2.机组功率标定

一般供给用户的柴油发电机组为常用机组它可以连续12小时以额定功率向负载供电(其中有1小时以110%额定功率运行的能力)。在市电故障不太频繁且供电时间不长的时候用户可以使用功率标定为备用机组的发电机组。它每年不超过200小时以平均80%最大功率运行，另外每年以100%最大功率运行的时间不应超过25小时。

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