直流发电机类型

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引言

电力发电机也称为发电机，它是一种将机械能转换为电能以进行分配并通过电力线路输送给商业、家庭和工业用户的机器。直流发电机是主要类型的电力发电机之一。发电机有助于产生飞机、船舶和汽车所需的电力。发电机有助于在停电期间为家庭和企业组织提供备用电源。直流发电机有助于稳定电流，并且当导体的电路折叠时，可能会在电流中产生电动势。

什么是直流发电机？

直流 (Direct Current) 发电机被描述为一种电气机器，其基本工作是将机械能转换为电能。直流发电机用作需要低功率供应的便携式机器 (Shao *et al.*, 2019)。直流发电机被描述为一台旋转式机器，它提供具有不连续电流和电压的电气输出。

图 1：直流发电机

直流发电机运行的主要原理与同步发电机相似。能量转换过程利用能量原理——感应电动势 (Ertugrul & Abbott, 2020)。直流发电机也可以用作直流电动机，无需改变结构。

直流发电机的类型

直流发电机主要根据励磁方式分为两大类，包括*自励直流发电机和他励直流发电机*。

他励直流发电机：这种类型的发电机使用外部电源进行励磁。该系统使用外部直流电源来激励磁场磁铁。

图 2：他励直流发电机的特点

随着转速的增加，它有助于提高输出电压和电动势。这些类型的发电机能够产生一系列大的输出，这些输出在设计上是可行的并且易于制造。

图 3：他励直流分励发电机的特点

自励发电机：这种类型的直流发电机具有由自身电源电流激励的磁场磁铁，并且磁场线圈内部连接到电枢。在这种类型的发电机中，由于剩余磁性，极点内存在一些磁通量 (Al-Ismail, 2021)。自励直流发电机根据磁场线圈和位置分为三种类型，包括*分励发电机、复励发电机和串励发电机*。

直流发电机的运行原理

直流发电机的运行原理基于法拉第电磁感应定律。已知载流导体放置在不同的磁场中，在导体中会感应出电动势。感应电流的方向会在导体运动方向改变时发生变化 (Elprocus, 2022)。考虑到电枢顺时针旋转，导体保持不变并向上移动。在这种情况下，当电枢完成半旋转时，导体的运动方向可能会反向向下。因此，每个电枢中的电流方向会逐渐改变。当电流反向时，电枢导体的连接会随着分环换向器而改变。因此，在端子上获得单向电流。

直流发电机的部件

直流发电机由几个部分组成，包括*磁场绕组、电枢、换向器、电刷和机架*。

磁场绕组：磁场绕组用于在发电机中产生所需的磁场。磁场由永磁体产生。永磁体主要用于小型磁电机。如果磁场绕组电流由外部电源提供，则发电机为他励式。

电枢：直流发电机通常具有静止磁场和旋转电枢。旋转电枢中存在许多线圈，并且电枢铁心由电气上彼此绝缘的薄钢片叠压而成，其间涂有清漆。

图 4：直流发电机的部件

换向器：它是电枢的一个元件，它使用铜条将每个电枢线圈连接到电刷。每当导体越过磁场磁力线时，都会在导体中感应出电压。

电刷：它被称为滑动触点，它与滑环接触并将电枢连接到外部电路。电刷用于从发电机的换向器中提取电能。

机架：它有助于为发电机提供机械支撑。直流发电机的大多数机架都包括两个端架和轭铁。它通常由退火钢制成，具有良好的磁性，可以减少能量损失。

直流发电机的应用

• 直流发电机用于为电池充电、供电和激励变化。

• 它用作需要较低电源供应的便携式发电机。

• 它用于摩托车玩具，如遥控器、家用电器和电动剃须刀等汽车。

• 它用于为直流机车的再生制动提供励磁电流。

结论

直流发电机在较宽的转速范围内产生恒定的转矩。电源是使用直流电动机的关键考虑因素。在自励发电机中，会产生一些电流，少量电流有助于通过加强磁极磁通和负载来流过磁场线圈。直流串励发电机使用电弧灯作为稳定的电流增强器和发电机和照明。直流发电机用于补偿电压降。

常见问题

Q1. 什么是功率因数？

A1. 电负载的千伏安与千瓦之比构成功率因数。它由负载与发电机的连接决定。

Q2. 直流发电机和交流发电机的区别是什么？

A2. 直流发电机产生直流电，而交流发电机产生交流电。在直流电中，电流周期性地反向，而在交流电中，它沿直线方向流动。

Q3. 电动势产生的转换依赖于哪些因素？

A3. 产生的电动势取决于电枢线圈的匝数、磁场强度和旋转磁场的转速。分布系数和谐波效应是影响转换产生的电动势的主要因素。

Q4. 什么是轭铁？

A4. 轭铁是指直流 (DC) 发电机的外部结构。它是直流发电机的一个部件，有助于支撑其他部件。