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各類發(fā)電機的勵磁方式有哪些？

時間：2023-11-29 15:20:02

關鍵字：電機勵磁永磁交流

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[導讀]永磁交流發(fā)電機不需要勵磁外，其他類型的交流發(fā)電機都必須給勵磁繞組通電產(chǎn)生磁場并發(fā)電，否則發(fā)電機就不發(fā)電。將電流引入勵磁繞組產(chǎn)生磁場稱為勵磁。交流發(fā)電機有兩種勵磁方式:自勵磁和獨立勵磁。

發(fā)電機的勵磁方式按勵磁電源的不同分為如下三種方式：

(1)直流勵磁機勵磁方式。多用于中、小機組。

(2)交流勵磁機勵磁方式。其中按功率整流器是靜止的還是旋轉(zhuǎn)的又分

為交流勵磁機靜止整流器勵磁方式 (有刷)和交流勵磁機旋轉(zhuǎn)整流器勵磁方

式 (無刷)兩種。多用于容量在100MW 及以上的汽輪發(fā)電機組。

(3)靜止勵磁方式。其中最具有代表性的是自并勵勵磁方式。也多用于

容量在100MW 及以上的汽輪發(fā)電機組。

除了永磁交流發(fā)電機不需要勵磁外，其他類型的交流發(fā)電機都必須給勵磁繞組通電產(chǎn)生磁場并發(fā)電，否則發(fā)電機就不發(fā)電。將電流引入勵磁繞組產(chǎn)生磁場稱為勵磁。交流發(fā)電機有兩種勵磁方式:自勵磁和獨立勵磁。

當發(fā)電機速度低時，它不能自己發(fā)電。僅靠微弱剩磁產(chǎn)生的小電動勢很難克服二極管的正向電阻，需要電池給發(fā)電機的勵磁繞組提供電流，使勵磁繞組產(chǎn)生磁場發(fā)電。這種通過蓄電池提供磁場電流來發(fā)電的方式稱為單獨勵磁發(fā)電。如圖3-13所示。

隨著轉(zhuǎn)速的提高，發(fā)電機定子繞組的電動勢逐漸升高并能使整流器二極管導通，當發(fā)電機的輸出電壓UB大于蓄電池電壓時，發(fā)電機就能對外供電了。當發(fā)電機能對外供電時，就可以把自身發(fā)的電供給勵磁繞組，這種自身供給磁場電流發(fā)電的方式稱為自勵發(fā)電。交流發(fā)電機勵磁過程是先他勵后自勵。當發(fā)動機達到正常怠速轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機的輸出電壓一般高出蓄電池電壓1～2V以便對蓄電池充電，此時，由發(fā)電機自勵發(fā)電。不同汽車的勵磁電路各不相同，但有一個共同特點是，勵磁電路都必須由點火開關控制。因此，汽車上發(fā)電機必須與蓄電池并聯(lián)，開始由蓄電池向激磁繞組供電，使發(fā)電機電壓很快建立起來，并迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樽约顟B(tài)，蓄電池被充電的機會也多一些，有利于蓄電池的使用。

交流發(fā)電機勵磁電路的勵磁繞組通過兩個電刷(F和E)與外部電路相連。根據(jù)電刷和外部電路的不同連接類型，發(fā)電機分為內(nèi)部接地型和外部接地型兩種，如圖3-14所示。內(nèi)部接地交流發(fā)電機:勵磁繞組一端由負極電刷引出，直接接在后端蓋上的發(fā)電機稱為內(nèi)部接地交流發(fā)電機。外接地交流發(fā)電機:勵磁繞組兩端(F和E)與端蓋絕緣的發(fā)電機稱為外接地交流發(fā)電機。

直流電機：定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機，稱為直流電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能;作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流電機的結構應由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。

直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?

感應電動勢的方向按右手定則確定(磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向。)

導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負載轉(zhuǎn)矩)，電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。

當電樞轉(zhuǎn)了180°后，導體 cd轉(zhuǎn)到 N極下，導體ab轉(zhuǎn)到S極下時，由于直流電源供給的電流方向不變，仍從電刷 A流入，經(jīng)導體cd 、ab 后，從電刷B流出。這時導體cd 受力方向變?yōu)閺挠蚁蜃?，導體ab 受力方向是從左向右，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍為逆時針方向。

因此，電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由導體 ab和cd 流入，使線圈邊只要處于N 極下，其中通過電流的方向總是由電刷A 流入的方向，而在S 極下時，總是從電刷 B流出的方向。這就保證了每個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，從而形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，使電動機能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機的工作原理。

直流電機的分類

直流發(fā)電機

直流發(fā)電機是把機械能轉(zhuǎn)化為直流電能的機器。它主要作為直流電動機、電解、電鍍、電冶煉、充電及交流發(fā)電機的勵磁電源等所需的直流電機。雖然在需要直流電的地方，也用電力整流元件，把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，但從某些工作性能方面來看，交流整流電源還不能完全取代直流發(fā)電機。

直流電動機

將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的轉(zhuǎn)動裝置。電動機定子提供磁場，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。根據(jù)是否是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電動機分為兩類，包括有刷直流電動機和無刷直流電動機。

1、無刷直流電動機：

無刷直流電動機是將普通直流電動機的定子與轉(zhuǎn)子進行了互換。其轉(zhuǎn)子為永久磁鐵產(chǎn)生氣隙磁通：定子為電樞，由多相繞組組成。在結構上，它與永磁同步電動機類似。無刷直流電動機定子的結構與普通的同步電動機或感應電動機相同.在鐵芯中嵌入多相繞組(三相、四相、五相不等).繞組可接成星形或三角形，并分別與逆變器的各功率管相連，以便進行合理換相。轉(zhuǎn)子多采用釤鈷或釹鐵硼等高矯頑力、高剩磁密度的稀土料，由于磁極中磁性材料所放位置的不同.可以分為表面式磁極、嵌入式磁極和環(huán)形磁極。由于電動機本體為永磁電機，所以習慣上把無刷直流電動機也叫做永磁無刷直流電動機

無刷直流電機是近幾年來隨著微處理器技術的發(fā)展和高開關頻率、低功耗新型電力電子器件的應用，以及控制方法的優(yōu)化和低成本、高磁能級的永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一種新型直流電動機。

無刷直流電機既保持了傳統(tǒng)直流電機良好的調(diào)速性能又具有無滑動接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長及噪聲低等優(yōu)點，因而在航空航天、數(shù)控機床、機器人、電動汽車、計算機外圍設備和家用電器等方面都獲得了廣泛應用。

按照供電方式的不同，無刷直流電機又可以分為兩類：方波無刷直流電動機，其反電勢波形和供電電流波形都是矩形波，又稱為矩形波永磁同步電動機;正弦波無刷直流電動機，其反電勢波形和供電電流波形均為正弦波。

2、有刷直流電動機

(1)永磁直流電動機

永磁直流電動機劃分：稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。

① 稀土永磁直流電動機：體積小且性能更好，但價格昂貴，主要用于航天、計算機、井下儀器等。

② 鐵氧體永磁直流電動機：由鐵氧體材料制成的磁極體，廉價，且性能良好，廣泛用于家用電器、汽車、玩具、電動工具等領域。

③ 鋁鎳鈷永磁直流電動機：需要消耗大量的貴重金屬、價格較高，但對高溫的適應性好，用于環(huán)境溫度較高或?qū)﹄妱訖C的溫度穩(wěn)定性要求較高的場合。

(2)電磁直流電動機。

電磁直流電動機劃分：串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。

① 串勵直流電動機：電流串聯(lián)，分流，勵磁繞組是和電樞串聯(lián)的，所以這種電動機內(nèi)磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以直流串勵電動機通常用較粗的導線繞成，他的匝數(shù)較少。