直流發(fā)電機(jī)（把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能的設(shè)備）
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直流發(fā)電機(jī)
把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能的設(shè)備
直流發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能的設(shè)備。它主要作為直流電動(dòng)機(jī)、電解、電鍍、電冶煉、充電及交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁等所需的直流電機(jī)。雖然在需要直流電的地方，也用電力整流元件，把交流電變成直流電，但從使用方便、運(yùn)行的可靠性及某些工作性能方面來看，直流電動(dòng)機(jī)還不能和交流發(fā)電機(jī)相比。直流發(fā)電機(jī)的電勢波形較好，電磁干擾較小、但由于存在換向器，其制造、維護(hù)復(fù)雜，價(jià)格較高。
基本信息
| 中文名 | 直流發(fā)電機(jī) |
| 外文名 | dynamo, DC Generator |
| 類別 | 發(fā)電設(shè)備 |
| 拼音 | zhí liú fā diàn jī |
| 作用 | 電解、電鍍、電冶煉 |
| 領(lǐng)域 | 能源 |
| 學(xué)科 | 電機(jī)學(xué) |
| 勵(lì)磁方式 | 他勵(lì)、串勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì) |
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發(fā)展史
1832年皮克西制成永久磁鐵手搖直流發(fā)電機(jī)，它是世界上首臺(tái)報(bào)導(dǎo)制造的直流發(fā)電機(jī)。
1851年辛斯特登提出用通電線圈代替永久磁鐵，作為電機(jī)的勵(lì)磁。
1852年～ 1856年英法聯(lián)盟公司成立，并制成蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的電磁式直流發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)首次進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)運(yùn)用領(lǐng)域。
1860年 巴辛諾特應(yīng)用電機(jī)可逆原理，制成第一臺(tái)既可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，又可作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的直流電機(jī)。
1 873年方丹在維也納世界博覽會(huì)上用直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電使直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，解決了困擾多年的直流電動(dòng)機(jī)的電源問題(在此以前，直流電動(dòng)機(jī)采用電池作為電源)，推動(dòng)了直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用。
直流電機(jī)萌芽、發(fā)展時(shí)期(1821～ 1895)
從1821年第一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)雛形誕生到I895年直流發(fā)電機(jī)在尼亞加拉瀑布Adams電站水輪發(fā)電機(jī)國際招標(biāo)中敗北，是直流電機(jī)萌芽發(fā)展時(shí)期。在此期間，1 880年前后愛迪生和斯旺(J．W_Swan，1828～ 1914)(圖8．1)獨(dú)立發(fā)明的白熾燈，極大地推動(dòng)了直流電的應(yīng)用，刺激了直流發(fā)電機(jī)的發(fā)展。自此，直流電機(jī)一路高歌，獨(dú)霸世界。但1895年直流發(fā)電機(jī)在尼亞加拉瀑布Adam s電站投標(biāo)的敗北，迅速遏制了直流電機(jī)一路飆升的勢頭和直流電機(jī)稱雄世界的局面。1821年～ 1895年期間，直流電機(jī)在理論方面日益完善，逐漸成熟；在結(jié)構(gòu)方面不斷改進(jìn)，走向統(tǒng)一；在產(chǎn)品方面，由小到大，從實(shí)驗(yàn)室全面進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。
工作原理
用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞使之逆時(shí)針方向恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈邊 a b 和 c d 分別切割不同極性磁極下的磁力線，感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢。
直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢 因?yàn)殡娝?A 通過換向片所引出的電動(dòng)勢始終是切割N 極磁力線的線圈邊中的電動(dòng)勢。所以電刷 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但大小變化的脈動(dòng)電動(dòng)勢。
結(jié)論：線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢是一種交變電動(dòng)勢，而在電刷 A B 端的電動(dòng)勢卻是直流電動(dòng)勢。
當(dāng)發(fā)電機(jī)的電樞被其他機(jī)器帶動(dòng)以均勻速逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈abcd作切割磁感線運(yùn)動(dòng)。線圈轉(zhuǎn)到圖1.1.B所示位置時(shí)，用右手定則可以判斷出ab段導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢方向?yàn)閎→a；cd段導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢方向?yàn)閐→c，則與滑片1接觸的電刷A為正極，與滑片2接觸的電刷B為負(fù)極。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到中性面（與磁感線相垂直的平面）時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢從最大值逐漸減小到零。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過中性面后，ab段導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢方向由a→b；cd段導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢方向由c→d。此時(shí)，電刷A改為與換向器的滑片2接觸，電刷B與滑片1接觸。隨著線圈在磁場中的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，換向器滑片1和2間的感應(yīng)電動(dòng)勢是大小和方向都隨時(shí)間變化的交變電動(dòng)勢，但電刷A與B交替地接觸與線圈同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的換向器滑片1和2，因此在電刷A與B間產(chǎn)生的是脈動(dòng)直流電動(dòng)勢，從A與B輸出的就是直流電了。
直流發(fā)電機(jī)
區(qū)別
直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上沒有差別。只不過直流發(fā)電機(jī)是用其他機(jī)器帶動(dòng)，使其導(dǎo)體線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷地切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，把機(jī)械能變成電能。直流發(fā)電機(jī)由靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分組成。靜止部分叫定子，它包括機(jī)殼和磁極，磁極當(dāng)然是用來產(chǎn)生磁場的；轉(zhuǎn)動(dòng)部分叫轉(zhuǎn)子，也稱電樞。電樞鐵芯呈圓柱狀，由硅鋼片疊壓而成，表面沖有槽，槽中放置電樞繞組。換向器是直流電機(jī)的構(gòu)造特征，，換向器就是那兩個(gè)與線圈abed兩端a與d相連的弧形導(dǎo)電滑片1和2，這兩個(gè)弧形導(dǎo)電滑片相互絕緣。隨著線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)固定不動(dòng)的電刷A和B，緊壓在換向器滑片上，并與外電路相連接。為了減小直流發(fā)電機(jī)輸出的直流電的脈動(dòng)性，電樞繞組并不是單線圈，而是由許多線圈組成，繞組中的這些線圈均勻地分布在電樞鐵芯的槽內(nèi)，線圈的端點(diǎn)接到換向器的相應(yīng)的滑片上。換向器實(shí)際上由許多弧形導(dǎo)電滑片組成，彼此用云母片相互絕緣。線圈和換向器的滑片數(shù)目越多，產(chǎn)生的直流電脈動(dòng)就越小，這當(dāng)然也給制造上帶來困難。直流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與定子磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度和電樞的轉(zhuǎn)速成正比。中小型直流發(fā)電機(jī)輸出的額定電壓并不高，為115伏、230伏、460伏。大型的直流發(fā)電機(jī)輸出的額定電壓在800伏左右，輸出更高電壓的直流發(fā)電機(jī)屬于高壓特殊機(jī)組的范圍內(nèi)，比較少用了。
結(jié)構(gòu)
旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式 , 必須有滿足電磁和機(jī)械兩方面要求的結(jié)構(gòu), 旋轉(zhuǎn)電機(jī)必須具備靜止和轉(zhuǎn)動(dòng)兩大部分。
1.直流電機(jī)靜止部分稱作定子
作用 -- 產(chǎn)生磁場
2.直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱作轉(zhuǎn)子(通常稱作電樞)
由電樞鐵心和電樞繞組、換向器、軸和風(fēng)扇等組成
轉(zhuǎn)動(dòng)部分
1.電樞鐵心 兩個(gè)用處：
作為主磁路的主要部分
嵌放電樞繞組，通常用0。5mm厚的硅鋼片沖片疊壓而成
直流發(fā)電機(jī)
直流電機(jī)的主要電路部分，用以通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成，元件及嵌放方法（圖1.1.16）
3.換向器
直流電機(jī)的重要部件，作用---將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流或?qū)⒗@組內(nèi)的交變電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢
勵(lì)磁方式
按勵(lì)磁方式不同，直流發(fā)電機(jī)可分為
他勵(lì)
并勵(lì)
電樞和勵(lì)磁繞組并聯(lián)后由一個(gè)獨(dú)立的直流電源供電。
串勵(lì)
電樞和勵(lì)磁繞組串聯(lián)后由一個(gè)獨(dú)立的直流電源供電
復(fù)勵(lì)
復(fù)勵(lì)電機(jī)有兩個(gè)繞組，一個(gè)并勵(lì)繞組，一個(gè)串勵(lì)繞組，并勵(lì)繞組和電樞并聯(lián)，和串勵(lì)繞組串聯(lián)后由 一個(gè)獨(dú)立的直流電源供電。
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。
弱電原因
汽車、拖拉機(jī)用直流發(fā)電機(jī)，如不發(fā)電或發(fā)電很弱可根據(jù)情況從下列幾方面找原因：
(1)驅(qū)動(dòng)膠帶過松或因有油污使膠帶打滑，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)達(dá)不到規(guī)定轉(zhuǎn)速。
(2)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不對(duì)。
(4)整流子脫焊，造成電樞線圈斷路。脫焊線頭往往發(fā)生在燒得最嚴(yán)重的整流片上。
(5)整流子燒蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)黑色斑跡，影響電流輸出。
(6)電刷磨損過甚，或電刷彈簧彈力減弱，使電刷與整流子的接觸壓力減小。影響電流輸出。
(10)電刷架與發(fā)電機(jī)外殼搭鐵。
(11)接線柱銹蝕。
(12)接線錯(cuò)誤，絕緣電刷未與電樞接線柱連接+，搭鐵電刷卻與其連接。
(13)發(fā)電機(jī)磁場剩磁消失。可用蓄電池接于激磁線圈兩端。通以1～4安電流重新充磁，但通電時(shí)間要盡量短暫。
大型發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)
事實(shí)上，轉(zhuǎn)子也不是永磁體（普通的磁鐵），為了更容易獲得以及可以控制磁場強(qiáng)度，事實(shí)上轉(zhuǎn)子是用電磁鐵的。
大型發(fā)電機(jī)都為3相交流發(fā)電機(jī)，并且為了提高發(fā)電容量，發(fā)電機(jī)輸出電壓通常都為幾千伏左右，而這樣根據(jù)P=UI就可以讓電流下降減少導(dǎo)線的損耗。
定子有3個(gè)繞組，分別以120度的角度擺放，這樣3個(gè)繞組的2個(gè)端點(diǎn)中的其中一個(gè)，捆綁在一起，即為中性線（零線）而其他3個(gè)繞組的另一個(gè)端點(diǎn)的線，則為相線（火線）
并且轉(zhuǎn)子通常為2-6極轉(zhuǎn)子，由于轉(zhuǎn)子的極數(shù)直接決定著發(fā)電的頻率，但中國供電為50HZ，即每秒50次切割磁感線，或說每分鐘3000次切割磁感線。這時(shí)候，如果是單極（只有一個(gè)電磁鐵的轉(zhuǎn)子）旋轉(zhuǎn)的話需要3000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，則如果使用2極的，只需要1500轉(zhuǎn)即可。6極則只需要500轉(zhuǎn)即可（公式為3000轉(zhuǎn)/分鐘÷極數(shù)=轉(zhuǎn)速）
并且這些每一個(gè)極中，事實(shí)上是一個(gè)繞組，他們通過碳刷以及受電環(huán)（不是換向器，是一種圓環(huán)，起到讓電力流入轉(zhuǎn)子但不影響轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的功能）將定子發(fā)出來的電的一小部分，整流后送到轉(zhuǎn)子進(jìn)行勵(lì)磁。只要控制勵(lì)磁的電流，即可控制磁場強(qiáng)度，控制發(fā)電電壓和電流。
由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子即使沒有電流流過線圈，他也具有少量剩磁（殘留磁性，即鋼鐵被少量磁化）然后只要運(yùn)轉(zhuǎn)起來，定子哪怕發(fā)出一點(diǎn)點(diǎn)的電也可以緩慢的建立起電壓，然后建立起電流來運(yùn)轉(zhuǎn)，如果是新機(jī)組或一點(diǎn)剩磁都沒有了，可以接外部電源進(jìn)行勵(lì)磁，等電壓建立起來后再轉(zhuǎn)為自勵(lì)磁。
大型發(fā)電機(jī)就這樣發(fā)電的。
實(shí)驗(yàn)室中的發(fā)電機(jī)，通常使用定子為永磁體（即普通磁鐵），讓轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)線切割磁感線而發(fā)電，發(fā)的電通過受電環(huán)（發(fā)電機(jī)都是用受電環(huán)，他每一個(gè)繞組有2個(gè)環(huán)，通常實(shí)驗(yàn)室的就1個(gè)繞組，這樣實(shí)現(xiàn)發(fā)電的）當(dāng)然也有的是2個(gè)繞組的，為了得到直流就需要使用換向器了。不然如果直接用受電環(huán)，發(fā)出的電就是交流電。
顯然，大型機(jī)組的效率肯定比實(shí)驗(yàn)室的高。
很簡單的道理，那么如果使用受電環(huán)來輸出電能，這個(gè)設(shè)備就會(huì)負(fù)載非常重同時(shí)可能由于接觸不良好而導(dǎo)致電壓電流等不穩(wěn)定，同時(shí)產(chǎn)生的火花也是一種損耗，之所以有火花，就是電能通過熱量而損耗掉了.
直流發(fā)電機(jī)
應(yīng)用原理
發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋。電刷。機(jī)座及軸承等部件構(gòu)成。
定子由機(jī)座。定子鐵芯、線包繞組、以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。
轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子磁極（有磁扼。磁極繞組)、滑環(huán)、(又稱銅環(huán)。集電環(huán))、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。
通過軸承、機(jī)座及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，通過滑環(huán)通入一定勵(lì)磁電流，使轉(zhuǎn)子成為一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，定子線圈做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。
發(fā)電機(jī)的定子是有功源，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢、電流，在原動(dòng)力的拖動(dòng)下，向外輸出交流電的有功，由原動(dòng)力（油量、氣量、風(fēng)量、水量等）決定有功功率的大小。
發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是無功源、繞組從外部引入直流電建立磁場，在原動(dòng)力的拖動(dòng)下，向外輸送交流電的無功，由外部輸入（多數(shù)用發(fā)電機(jī)自發(fā)的交流電整流而得）的直流電決定無功功率的大小。
從電磁原理來說，轉(zhuǎn)子和定子又是精密聯(lián)系的，發(fā)電機(jī)的有功和無功都是由定子輸出的，轉(zhuǎn)子的力矩決定有功功率的大小，轉(zhuǎn)子線圈的直流電流決定無功功率的大小。
直流發(fā)電機(jī)
選購方法
負(fù)載分析
許多因素影響選用發(fā)電機(jī)組的大小。其中系統(tǒng)用電負(fù)載的特性就是一個(gè)重要的因素。用戶在選用一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組以前必須仔細(xì)考慮以下幾點(diǎn)：
b、考慮今后系統(tǒng)增加的用電量。
d、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的情況。
2.機(jī)組功率標(biāo)定
一般供給用戶的柴油發(fā)電機(jī)組為常用機(jī)組它可以連續(xù)12小時(shí)以額定功率向負(fù)載供電(其中有1小時(shí)以110%額定功率運(yùn)行的能力)。在市電故障不太頻繁且供電時(shí)間不長的時(shí)候用戶可以使用功率標(biāo)定為備用機(jī)組的發(fā)電機(jī)組。它每年不超過200小時(shí)以平均80%最大功率運(yùn)行，另外每年以100%最大功率運(yùn)行的時(shí)間不應(yīng)超過25小時(shí)。
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