直流發電機型別——他勵式和自勵式直流發電機
直流發電機是一種將機械能轉換為直流電能的電機。根據勵磁方式的不同,直流發電機可分為以下兩種:
他勵式直流發電機
自勵式直流發電機
他勵式直流發電機
他勵式直流發電機的勵磁繞組由獨立的外部直流電源(如電池)供電。產生的電壓大小取決於電樞的轉速和勵磁電流,即轉速和勵磁電流越大,產生的電壓越高。實際上,他勵式直流發電機很少使用。
參考直流發電機的等效電路:
$$\mathrm{電樞電流,I_{a}=I_{L}}$$
$$\mathrm{端電壓,V_{T}=E_{g}-I_{a}R_{a}}$$
$$\mathrm{產生的電功率 = E_{g}I_{a}}$$
$$\mathrm{傳遞到負載的功率 =\:E_{g}I_{a}\:-\:I_{a}^2R_{a}\:=\:V_{T}I_{a}=V_{T}I_{L}}$$
自勵式直流發電機
自勵式直流發電機的勵磁繞組由發電機本身的輸出電流勵磁。根據勵磁繞組與電樞的連線方式,自勵式直流發電機可分為三種:
串勵發電機
並勵發電機
復勵發電機
串勵發電機
對於串勵發電機,勵磁繞組與發電機的電樞串聯,因此整個電樞電流將流過勵磁繞組和負載。由於負載電流流過發電機的勵磁繞組,因此勵磁繞組採用幾匝粗導線,電阻較低。直流串勵發電機用於特殊應用,如升壓器。
參考串勵發電機的等效電路:
$$\mathrm{電樞電流,I_{a}=\:I_{se}=\:I_{L}=\:I(設)}$$
$$\mathrm{端電壓,V_{T}=E_{g}-I(R_{a}+R_{se})}$$
$$\mathrm{電樞產生的功率 = E_{g}I_{a}}$$
$$\mathrm{傳遞到負載的功率 =\:E_{g}I_{a}\:-\:I_{a}^2(R_{a}+R_{se})=\:V_{T}I_{a}=V_{T}I_{L}}$$
並勵發電機
對於並勵發電機,勵磁繞組與發電機的電樞並聯,因此發電機的端電壓加在其上。並勵繞組採用許多匝數細導線,電阻較高,因此只有部分電樞電流流過並勵繞組,其餘部分流過負載。
參考直流並勵發電機的等效電路:
$$\mathrm{電樞電流,I_{a}=\:I_{L}+I_{sh}}$$
$$\mathrm{並勵電流,I_{sh}=\frac{V_{T}}{R_{sh}}}$$
$$\mathrm{端電壓,V_{T} = E_{g}-I_{a}R_{a}}$$
$$\mathrm{電樞產生的功率 = E_{g}I_{a}}$$
$$\mathrm{傳遞到負載的功率 =\:V_{T}I_{L}}$$
復勵發電機
對於復勵發電機,每個磁極上都有兩個勵磁繞組——一個與電樞串聯,另一個與電樞並聯。直流復勵發電機有兩種型別:
短 shunt 復勵發電機
在短 shunt 發電機中,只有並勵繞組與電樞並聯。
$$\mathrm{串勵電流,I_{se}=\:I_{L}}$$
$$\mathrm{並勵電流,I_{sh}=\frac{V_{T}+I_{se}R_{se}}{R_{sh}}}$$
$$\mathrm{端電壓,V_{T} = E_{g}-I_{a}R_{a}-I_{se}R_{se}}$$
$$\mathrm{電樞產生的功率 = E_{g}I_{a}}$$
$$\mathrm{傳遞到負載的功率 =\:V_{T}I_{L}}$$
長 shunt 復勵發電機
在長 shunt 發電機中,並勵繞組與串勵繞組和電樞繞組並聯。
$$\mathrm{串勵電流,I_{se}=\:I_{a}\:=\:I_{L}+I_{sh}}$$
$$\mathrm{並勵電流,I_{sh}=\frac{V_{T}}{R_{sh}}}$$
$$\mathrm{端電壓,V_{T} = E_{g}-I_{a}(R_{a}+R_{se})}$$
$$\mathrm{電樞產生的功率 = E_{g}I_{a}}$$
$$\mathrm{傳遞到負載的功率 =\:V_{T}I_{L}}$$
重要——在復勵發電機中,大部分磁動勢是由並勵繞組產生的。如果串勵磁通輔助並勵磁通,則發電機稱為累積復勵;如果它們相互抵消,則發電機稱為差動復勵。