【導(dǎo)讀】alternately.generator;(c)seriesgenerator;(d)poundgenerator;short-shuntconnection;(e)pound. generator,long-shuntconnection.loadcurrent.

　　

【正文】 t is assumed negligible in our calculations. This is further justified in that it is rarely necessary to predict transformer performance to such accuracies. Since the voltage drops are all directly proportional to the load current, it means that at noload conditions there will be no voltage drops in either winding. 15 中文翻譯 ① 直流發(fā)電機(jī) 對(duì)于所有實(shí)際目的來(lái)說(shuō)，直流發(fā)電機(jī)僅用于特殊場(chǎng)合和地方性發(fā)電廠。這個(gè)局限性是由于換向器要把發(fā)電機(jī)內(nèi)部的電壓整流為直流電壓，因此使大規(guī)模直流發(fā)電不能實(shí)行。 結(jié)果，所有大規(guī)模生產(chǎn)的電能都 以三相交流電的形式生產(chǎn)和分配。今天固態(tài)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用使交流變直流成為可能。而且，直流發(fā)電機(jī)的操作特性一直重要，因?yàn)榇蟛糠值睦碚撃鼙粦?yīng)用到所有其它機(jī)器上。 對(duì)于一個(gè)有四個(gè)電極的機(jī)器其電刷和勵(lì)磁繞組的一般布置如圖 1所示。四個(gè)電刷安在換向器上，正極電刷和 A1 端子相連，負(fù)極電刷和 A2端子相連。正如在草圖中所示，電刷被放置在電極下接近中間的位置，它們與線(xiàn)圈相接觸，這些線(xiàn)圈產(chǎn)生很少或不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)樗鼈冞叡话苍陔姌O之間。 圖 1 四極發(fā)電機(jī)模型 四個(gè)勵(lì)磁磁 極通常串聯(lián)在一起，并且它們的末端與標(biāo)注 F1 和 F2的端子相連。它們這樣連接是為了交替產(chǎn)生 N,S 極。 直流發(fā)電機(jī)的類(lèi)型以勵(lì)磁繞組提供的方式來(lái)劃分。一般來(lái)說(shuō)，用來(lái)連接勵(lì)磁繞組和電樞繞組的方式可歸結(jié)為以下幾組（看圖 2）： 16 圖 2 直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁連接： (a)它勵(lì)發(fā)電機(jī)； (b)自勵(lì)，自并勵(lì)； (c)串勵(lì)發(fā)電機(jī)； (d)復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)，短并勵(lì)連接； (e)復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)，長(zhǎng)并勵(lì)連接。 1． 它勵(lì)發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁繞組被連接到一個(gè)獨(dú)立的直流供電源上。 2． 自勵(lì)發(fā)電機(jī)，它們可以進(jìn)一步劃分為： （ a） 并勵(lì)發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁繞組和轉(zhuǎn)子端部相連。 （ b） 串勵(lì)發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁繞 組以串聯(lián)方式和轉(zhuǎn)子繞組相連。 （ c） 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁由一個(gè)并聯(lián)和串聯(lián)的復(fù)合繞組提供。 并聯(lián)繞組包括很多匝相對(duì)較細(xì)的細(xì)線(xiàn)，它們只能承載一個(gè)較小的電流，僅為額定電流的很小一個(gè)百分比。另一方面，串聯(lián)繞組有很少匝粗線(xiàn)，因?yàn)樗娃D(zhuǎn)子串聯(lián)，因而承載較重的電流。 在討論直流發(fā)電機(jī)端部特性之前，讓我們測(cè)試一下發(fā)電機(jī)在空載時(shí)的電壓和勵(lì)磁電流之間的關(guān)系。發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)和每個(gè)電極的磁通及發(fā)電機(jī)給定的轉(zhuǎn)速成正比，即， EG=knφ ,通過(guò)控制讓轉(zhuǎn)速為定值，可以顯示出電勢(shì) EG 直接依賴(lài)于磁通，在實(shí)際的發(fā)電機(jī)上測(cè)試這種依賴(lài)關(guān)系并不是非常實(shí)際的，因?yàn)?它要牽涉到磁通的測(cè)量。磁通由勵(lì)磁線(xiàn)圈的安培匝數(shù)產(chǎn)生；磁通必需依賴(lài)于勵(lì)磁電流的大小，因?yàn)閯?lì)磁線(xiàn)圈的匝數(shù)是恒定的。這種關(guān)系并不是線(xiàn)性的，因?yàn)樵趧?lì)磁電流達(dá)到某一個(gè)值后將出現(xiàn)磁飽和， EG 對(duì)勵(lì)磁電流 If 的變化關(guān)系可以磁化曲線(xiàn)或開(kāi)路特性曲線(xiàn)來(lái)表示，對(duì)于這臺(tái)給定以恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)，沒(méi) 17 有帶負(fù)載電流，并且它的勵(lì)磁是它勵(lì)方式。 If 從 0逐漸增大到一個(gè)適宜的值，使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓達(dá)到額定電壓以上，并測(cè)量相對(duì)應(yīng) If 的每個(gè)機(jī)端電壓 EG 的值，產(chǎn)生的曲線(xiàn)入圖 3 所示，當(dāng) If=0 時(shí)，即勵(lì)磁回路為開(kāi)路，由于剩磁，測(cè)量到一個(gè)很小的電壓 Er，隨著勵(lì) 磁電流的增大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)線(xiàn)性地增大到磁化曲線(xiàn)的拐點(diǎn)處，過(guò)了這個(gè)點(diǎn)以后，增大勵(lì)磁電流逐漸引起磁路飽和。 圖 3 它勵(lì)支直流發(fā)電機(jī)的磁化曲線(xiàn)或開(kāi)路特性曲線(xiàn) 這意味著使電壓達(dá)到一定值時(shí)需要一個(gè)更大的勵(lì)磁電流。 因?yàn)楫a(chǎn)生的電壓 EG 也直接與轉(zhuǎn)速成比例，因此一旦這條曲線(xiàn)確定，對(duì)于任何其它速度，這條磁化曲線(xiàn)能被描出來(lái)，這僅僅要求依照 EG‘ =EG*n’ /n 在這條曲線(xiàn)上所有點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。 讓我們進(jìn)一步考慮在發(fā)電機(jī)上增加一個(gè)負(fù)載的情況。因?yàn)殡姌欣@組上有電阻，所以機(jī)端電壓將要下降，除非采取一些措施保 持它恒定，顯示機(jī)端電壓隨負(fù)載電流變化關(guān)系的曲線(xiàn)被叫做負(fù)載特性曲線(xiàn)或外特性曲線(xiàn)。 18 圖 4 （ a）直流它勵(lì)發(fā)電機(jī)負(fù)載特性； (b)電路圖 圖 4 顯示了它勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性，機(jī)端電壓下降主要是因?yàn)殡姌须娮?RA,即 Vt=EGIARA 此處 Vt是機(jī)端電壓， IA 是發(fā)電機(jī)帶負(fù)載時(shí)的電樞電流（或負(fù)載電流）。 另一個(gè)導(dǎo)致機(jī)端電壓下降的因素是由于電樞反應(yīng)而導(dǎo)致磁通的減少。電樞電流建立一個(gè)磁動(dòng)勢(shì)，這 個(gè)磁動(dòng)勢(shì)使主磁通發(fā)生畸變，導(dǎo)致弱磁效應(yīng)，這種情況尤其在無(wú)附加磁極機(jī)器上表現(xiàn)更為突出，這種效應(yīng)叫做電樞反應(yīng)。正如圖 4 所示，因?yàn)殍F心的非線(xiàn)形，機(jī)端電壓對(duì)于負(fù)載電流并沒(méi)有成線(xiàn)形下降。由于電樞反應(yīng)依賴(lài)于電樞電流，使得曲線(xiàn)呈下傾特性。 并勵(lì)發(fā)電機(jī)的并勵(lì)勵(lì)磁繞組電樞繞組平行連接，以便機(jī)器本身提供它的自己的勵(lì)磁，正如圖 5所示。 電壓的建立正如所說(shuō)的，在勵(lì)磁磁極中要有剩磁。通常，假如發(fā)電機(jī)以前已經(jīng)用過(guò)，將會(huì)有剩磁存在。我們已經(jīng)在第三部分中看到假如勵(lì)磁沒(méi)連上的話(huà)如果發(fā)電機(jī)已經(jīng)以某速度運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)橛惺４艑⒁行?的電壓 Er 產(chǎn)生，這個(gè)小的電壓將提供給并勵(lì)繞組并驅(qū)動(dòng)一個(gè)小的電流從勵(lì)磁回路中流過(guò)，假如在并勵(lì)繞組中的這個(gè)小的電流的方向正好使剩磁減弱，則這個(gè)電壓將接近于零，機(jī)端電壓不能建立。這種情況下這個(gè)弱化主磁極的磁通與剩磁抵消。 19 圖 5 并勵(lì)發(fā)電機(jī)：（ a）電路； (b)負(fù)載特性 假如關(guān)系是這樣：弱化主磁極的磁通助增了剩磁通，導(dǎo)致電壓變的更大，這反過(guò)來(lái)意味著更大的電壓提供給了主勵(lì)磁，機(jī)端電壓快速增大一個(gè)常值，這個(gè)建立的過(guò)程易看成是漸增的，然后更大的增大了勵(lì)磁電流，它反過(guò)來(lái)又增大了電壓，等。這個(gè)過(guò)程終止于一個(gè)有限的電壓值的 原因是磁路的非線(xiàn)性。 這個(gè)電路僅有直流電流，以致勵(lì)磁電流僅依賴(lài)于勵(lì)磁回路的電阻 Rf,這可能由勵(lì)磁繞組電阻加上與它相串聯(lián)的可變電阻 Rin組成。對(duì)于一給定值的勵(lì)磁回路電阻 Rf ，按照歐姆定律，勵(lì)磁電流依賴(lài)于所產(chǎn)生的電壓。 應(yīng)該是明顯的，在一臺(tái)新機(jī)器上或一臺(tái)閑置了很常時(shí)間已經(jīng)失去剩磁的機(jī)器上，必須要建立磁場(chǎng)，通常做法是通過(guò)連接勵(lì)磁繞組到一獨(dú)立直流電源上幾秒鐘，這個(gè)過(guò)程正是快速建立勵(lì)磁。 總之，阻止電壓建立有四種條件，發(fā)電機(jī)電壓極性取決于轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，假如一臺(tái)發(fā)電機(jī)在其它條件都滿(mǎn)足的情況下不能建立電壓，那肯定 是電刷的極性反了，可以通過(guò)顛倒轉(zhuǎn)動(dòng)方向來(lái)解決 ，顛倒方向后關(guān)于剩磁通的主磁極性也將顛倒，假如現(xiàn)在電壓還不能建立，它意味著主勵(lì)磁和剩磁是對(duì)立的。 串勵(lì)發(fā)電機(jī) 正如前面提到的，串勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組串聯(lián)因?yàn)樗休d負(fù)荷電流，因此勵(lì)磁線(xiàn)圈僅由幾匝細(xì)導(dǎo)線(xiàn)。空載時(shí)，僅有剩磁，機(jī)端電壓小，當(dāng)加上負(fù)載時(shí)，磁通增加，機(jī)端電壓也增加，圖 7顯示了串勵(lì)發(fā)電機(jī)在某轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載特性，虛線(xiàn)指示同 20 臺(tái)機(jī)器電樞開(kāi)路且它勵(lì)情況下所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，這兩條曲線(xiàn)的差值簡(jiǎn)直就是在串勵(lì)繞組和電樞繞組上的 IR 的壓降，例如， Vt=EGIA(RA+RS) 此處， RS是串勵(lì)繞組電阻 圖 7 串勵(lì)發(fā)電機(jī)：（ a）電路圖；（ b）負(fù)載特性 復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)有一個(gè)并勵(lì)和一個(gè)串勵(lì)勵(lì)磁繞組，后者在并勵(lì)繞組的頂部，圖 8 顯示了這個(gè)電路圖，這兩個(gè)繞組通常這樣連接是為了使它們的安培匝數(shù)在相同方向，正因?yàn)槿绱耍@種發(fā)電機(jī)被稱(chēng)作積復(fù)勵(lì)。 圖 8 的并聯(lián)連接被稱(chēng)作長(zhǎng)復(fù)勵(lì)。假如并勵(lì)繞組直接和電樞端部連接在一塊，這種連接被稱(chēng)作短復(fù)勵(lì)，實(shí)際中這種連接很少應(yīng)用，因?yàn)楹蜐M(mǎn)負(fù)荷電流相比，并勵(lì)繞組承載的電流小，此外串勵(lì)繞組匝數(shù)少，這意味著它的電阻也小，在滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)在它上面所對(duì)應(yīng)的電壓降是最小的。 圖 9 曲線(xiàn)僅僅反映了并勵(lì)繞組外特性，正如所示隨著一個(gè)小串勵(lì)繞組的增加，機(jī)端壓降隨負(fù)荷增加而減小，這樣的發(fā)電機(jī)被稱(chēng)作欠復(fù)勵(lì)，通過(guò)增加串勵(lì)匝數(shù)，空載和滿(mǎn)載時(shí)機(jī)端電壓能夠相等，這種發(fā)電機(jī)被稱(chēng)作平復(fù)勵(lì)。假如串勵(lì)匝數(shù)比需要的多些以補(bǔ)償電壓降，這種發(fā)電機(jī)被稱(chēng)作過(guò)復(fù)勵(lì)，在這種情況下，滿(mǎn)載電壓比空載時(shí)還高。 21 圖 8復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī) 圖 9復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性與并勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性比較 過(guò)復(fù)勵(lì)可能被用于負(fù)荷與發(fā)電機(jī)存在一定距離的場(chǎng)合，在饋電線(xiàn)上的電壓降隨著負(fù)載增加而得到補(bǔ)償。顛倒和并 勵(lì)相對(duì)應(yīng)的串勵(lì)繞組的極性時(shí)，勵(lì)磁將彼此抵消，且隨著負(fù)荷電流的增加而尤為突出，這樣的發(fā)電機(jī)被稱(chēng)作差復(fù)勵(lì)，它被用于負(fù)荷可能發(fā)生或接近短路的場(chǎng)合，例如，饋電線(xiàn)可能斷線(xiàn)或短接發(fā)電機(jī)，不過(guò)短路電流仍被限制在一個(gè)安全的值，這種類(lèi)型的發(fā)電機(jī)的外特性也顯示在圖 9中。因?yàn)閺?fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性能被設(shè)計(jì)的有很廣的變化范圍，故這種發(fā)電機(jī)比其他類(lèi)型的有更廣的用途。 正如插圖中所示，在復(fù)勵(lì)合適的角度下，滿(mǎn)載時(shí)機(jī)端電壓能被保持在空載時(shí)的值上。電壓控制的其他方法是可變電阻的使用。例如，裝在勵(lì)磁回路上。不過(guò)，隨著負(fù)荷的變化，要求恒定 調(diào)節(jié)可變電阻來(lái)保持電壓。 一個(gè)更有用的現(xiàn)在普遍使用的東西是用一臺(tái)發(fā)電機(jī)電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，在本質(zhì)上，電壓調(diào)節(jié)器是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)輸出的電壓能夠被感知并于一個(gè)固定的參考電壓相比較，任何輸出電壓只要偏離參考電壓，就將發(fā)出一誤差信號(hào)，并送入功率放大器，而這個(gè)功率放大器提供勵(lì)磁電流，假如誤差信號(hào)為正，例如，輸出電壓大于設(shè)定電壓，則功率放大器蔣減小它的電流驅(qū)動(dòng)，如此，直到偏差信號(hào)減小為零。 22 變壓器 1. 介紹 要從遠(yuǎn)端發(fā)電廠送出電能，必須應(yīng)用高壓輸電。因?yàn)樽罱K的負(fù)荷，在一些點(diǎn)高電壓必須降低。變壓器能 使電力系統(tǒng)各個(gè)部分運(yùn)行在電壓不同的等級(jí)。本文我們討論的原則和電力變壓器的應(yīng)用。 2. 雙繞組變壓器 變壓器的最簡(jiǎn)單形式包括兩個(gè)磁通相互耦合的固定線(xiàn)圈。兩個(gè)線(xiàn)圈之所以相互耦合，是因?yàn)樗鼈冞B接著共同的磁通。 在電力應(yīng)用中，使用層式鐵芯變壓器 (本文中提到的 )。 變壓器 是 高效率的 ，因?yàn)樗鼪](méi)有旋轉(zhuǎn)損失， 因此 在電壓等級(jí)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，能量損失比較少 。典型的效率范圍 在 92到 99%， 上限值適用于大功率變壓器。 從交流電源流入電流的一側(cè)被稱(chēng)為變壓器的一次側(cè)繞組或者是原邊。它在鐵圈中建立了磁通 φ ，它的幅值和方向都會(huì)發(fā)生周期性的變化 。磁通連接的第二個(gè)繞組被稱(chēng)為變壓器的二次側(cè)繞組或者是副邊。磁通是變化的；因此依據(jù)楞次定律，電磁感應(yīng)在二次側(cè)產(chǎn)生了電壓。變壓器在原邊接收電能的同時(shí)也在向副邊所帶的負(fù)荷輸送電能。這就是變壓器的作用。 3. 變壓器的工作原理 當(dāng)二次側(cè)電路開(kāi)路是，即使原邊被施以正弦電壓 Vp，也是沒(méi)有能量轉(zhuǎn)移的。外加電壓在一次側(cè)繞組中產(chǎn)生一個(gè)小電流 Iθ 。這個(gè)空載電流有兩項(xiàng)功能：（ 1）在鐵芯中產(chǎn)生電磁通，該磁通在零和 ? φ m 之間做正弦變化， φ m 是鐵芯磁通的最大值；（ 2）它的一個(gè)分量說(shuō)明 了鐵芯中的渦流和磁滯損耗。這兩種相關(guān)的損耗被稱(chēng)為鐵芯損耗。 變壓器空載電流 Iθ 一般大約只有滿(mǎn)載電流的 2%— 5%。因?yàn)樵诳蛰d時(shí)，原邊繞組中的鐵芯相當(dāng)于一個(gè)很大的電抗，空載電流的相位大約將滯后于原邊電壓相位 90186。顯然可見(jiàn)電流分量 Im= I0sinθ 0，被稱(chēng)做勵(lì)磁電流，它在相位上滯后于原邊電壓 VP 90186。就是這個(gè)分量在鐵芯中建立了磁通；因此磁通 φ 與 Im同相。 第二個(gè)分量 Ie=I0sinθ 0，與原邊電壓同相。這個(gè)電流分量向鐵芯提供用于損耗的電流。兩個(gè)相量的分量和代表空載電流，即 23 I0 = Im+ Ie 應(yīng)注意的 是空載電流是畸變和非正弦形的。這種情況是非線(xiàn)性鐵芯材料造成的。 如果假定變壓器中沒(méi)有其他的電能損耗一次側(cè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) Ep 和二次側(cè)的感應(yīng)電壓 Es可以表示出來(lái)。因?yàn)橐淮蝹?cè)繞組中的磁通會(huì)通過(guò)二次繞組，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，二次側(cè)繞組中將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì) E，即 E=NΔφ/Δt 。相同的磁通會(huì)通過(guò)原邊自身，產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì) Ep。正如前文中討論到的，所產(chǎn)生的電壓必定滯后于磁通 90186。，因此，它于施加的電壓有 180186。 的相位差。因?yàn)闆](méi)有電流流過(guò)二次側(cè)繞組， Es=Vs。一次側(cè)空載電流很小，僅為滿(mǎn)載電流的百分之幾。因此原邊電壓很小， 并且 Vp的值近乎等于 Ep。原邊的電壓和它產(chǎn)生的磁通波形是正弦形的；因此產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) Ep 和 Es 的值是做正弦變化的。產(chǎn)生電壓的平均值如下 Eavg = turns 給 定 時(shí) 間 內(nèi) 磁 通 變 化 量給 定 時(shí) 間 即是法拉第定律在瞬時(shí)時(shí)間里的應(yīng)用。它遵循 Eavg = N 21/(2 )mf? = 4fNφ m 其中 N是指線(xiàn)圈的匝數(shù)。從交流電原理可知，有效值是一個(gè)正弦波，其值為平均電壓的 倍；因此 E = m 因?yàn)橐淮蝹?cè)繞組和二次側(cè)繞組的磁通相等，所以繞組中 每匝的電壓也相同。因此 Ep = m 并且 Es = m 其中 Np和 Es是一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組的匝數(shù)。一次側(cè)和二次側(cè)電壓增長(zhǎng)的比率稱(chēng)做變比。用字母 a來(lái)表示這個(gè)比率，如下式 a =