直流发电机实验

直流发电机实验-实验目的：
    1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被测电机的有关性能。
    2、通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。
   二、预习要点：
    1、什么是发电机的运行特性？在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。
    2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？
    3、并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？
    4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？
   三、直流发电机实验-实验项目：
    1、他励发电机实验
   （1）测空载特性 保持n=n_N使I_L=0，测取U₀=f（I_f）。
   （2）测外特性 保持n=n_N使I_f=I_fN ，测取U=f（I_L）。
   （3）测调节特性 保持n=n_N使U=U_N，测取I_f=f（I_L）。
    2、并励发电机实验
   （1）观察自励过程
   （2）测外特性 保持n=n_N使R_f2=常数，测取U=f（I_L）。
    3、复励发电机实验
    积复励发电机外特性 保持n=n_N使R_f2＝常数，测取U＝f（I_L）。
   四、实验设备及挂件排列顺序
    1、实验设备

序号	型 号	名              称	数 量
1	DQ03-1	导轨、旋转编码器及数显转速表	1 套
2	DQ19	校正直流测功机	1 台
3	DQ07	直流复励发电机	1 台
4	DQ22	直流数字电压、毫安、安培表	2 件
5	DQ29	可调电阻器、电容器	1 件
6	DQ31	波形测试及开关板	1 件
7	DQ27	三相可调电阻器	1 件

     DQ22、DQ29、DQ22、DQ27、DQ31
   五、实验方法
    1、他励直流发电机
按图2-3接线。图中直流发电机G选用DQ07，其额定值P_N＝100W，U_N＝200V，I_N＝0.5A，n_N＝1500r/min。校正直流测功机MG作为G的原动机（按他励电动机接线）。MG、G及RE由联轴器直接连接。开关S选用DQ31组件。R_f1选用DQ29的1800Ω变阻器，R_f2 选用DQ27的900Ω变阻器，并采用分压器接法(分压器接法见第一章相关部分)。R₁选用DQ29的180Ω变阻器。R₂为发电机的负载电阻选用DQ27，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。当负载电流大于0.4 A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。直流电流表、电压表选用DQ22、并选择合适的量程。
（1）测空载特性
    1）把发电机G的负载开关S打开，接通控制屏上的励磁电源开关，将R_f2调至使G励磁电流最小的位置。
    2）使MG电枢串联起动电阻R₁阻值最大，R_f1阻值最小。仍先接通控制屏下方左边的励磁电源开关，在观察到MG的励磁电流为最大的条件下，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关，起动直流电动机MG，其旋转方向应符合正向旋转的要求。

图2-3直流他励发电机接线图
    3）电动机MG起动正常运转后，将MG电枢串联电阻R₁调至最小值 ，将MG的电枢电源电压调为220V，调节电动机磁场调节电阻R_f1，使发电机转速达额定值，并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。
    4）调节发电机励磁分压电阻R_f2，使发电机空载电压达U₀＝1.2U_N为止。
    5）在保持n=n_N＝1600r/min条件下，从U₀＝1.2U_N 开始，单方向调节分压器电阻R_f2使发电机励磁电流逐次减小，每次测取发电机的空载电压U₀和励磁电流I_f，直至I_f＝0（此时测得的电压即为电机的剩磁电压）。
    6）测取数据时U₀＝U_N和I_f＝0两点必测，并在U₀＝U_N 附近测点应较密。
    7）共测取7～8组数据，记录于表2-2中
表2-2           n=n_N＝1600r/min        I_L=0

U0（V）
If（mA）

    1）把发电机负载电阻R₂调到最大值，合上负载开关S。
    2）同时调节电动机的磁场调节电阻R_f1，发电机的分压电阻R_f2 和负载电阻R₂使发电机的I_L＝I_N，U＝U_N，n=n_N，该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流I_fN，记录该组数据。
    3）在保持n=n_N和I_f＝I_fN 不变的条件下，逐次增加负载电阻R₂，即减小发电机负载电流I_L，从额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流I_L，直到空载（断开开关S，此时I_L=0），共取6-7组数据，记录于表2-3中。
表2-3     n＝n_N＝     r/min      I_f＝I_fN＝    mA

U（V）
IL（A）

    1）调节发电机的分压电阻R_f2，保持n=n_N，使发电机空载达额定电压。
    2）在保持发电机n=n_N条件下，合上负载开关S，调节负载电阻R₂，逐次增加发电机输出电流I_L，同时相应调节发电机励磁电流I_f，使发电机端电压保持额定值U＝U_N。
    3）从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流I_L和励磁电流I_f，共取5-6组数据记录于表2-4中。
表2-4         n=n_N＝     r/min      U＝U_N＝     V

IL（A）
If（mA）

2、并励发电机实验                  
   （1）观察自励过程
    1）先切断电枢电源，然后断开励磁电源使电机MG停机，同时将启动电阻调回最大值，磁场调节电阻调到最小值为下次启动做好准备。在断电的条件下将发电机G的励磁方式从他励改为并励，接线如图2-4所示。R_f2选用DQ27的900Ω电阻两只相串联并调至最大阻值，打开开关S。
    2）先接通励磁电源，然后启动电枢电源，使电动机起动。调节电动机的转速，使发电机的转速n=n_N，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接成他励方式进行充磁。
    3）合上开关S逐渐减小R_f2，观察发电机电枢两端的电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件。如果不能自励建立电压，将励磁回路的两个插头对调即可。
    4）对应着一定的励磁电阻，逐步降低发电机转速，使发电机电压随之下降，直至电压不能建立，此时的转速即为临界转速。
   （2）测外特性
1）按图2-4接线。调节负载电阻R₂到最大,合上负载开关S。
2）调节电动机的磁场调节电阻R_f1、发电机的磁场调节电阻R_f2和负载电阻R₂，使发电机的转速、输出电压和电流三者均达额定值，即n=n_N，U=U_N，I_L=I_N。记录此时的励磁电流I_f值，即为额定励磁电流I_fN。
3）保持额定值时的R_f2阻值及n=n_N不变，逐次减小负载，直至I_L=0，从额定到空载运行范围内每次测取发电机的电压U和电流I_L。
  4）共取6-7组数据,记录于表2-5中。
表2-5       n＝n_N＝     r/min                             R_f2=常值

U（V）
IL（A）

 
图2－4直流并励发电机接线图
     3、复励发电机实验（选做）
（1）积复励和差复励的判别
1）接线如图2-5所示，R_f2选用DQ27的1800Ω阻值。C₁、C₂为串励绕组。
    2）合上开关S₁将串励绕组短接，使发电机处于并励状态运行，按上述并励发电机外特性试验方法，调节发电机输出电流I_L=0.5I_N。
    3）打开短路开关S₁,在保持发电机n, R_f2 和R₂ 不变的条件下,观察发电机端电压的变化,若此时电压升高即为积复励,若电压降低则为差复励。
4）如果想改变励磁方式（积复励、差复励）只要对调串励绕组接线插头C₁,C₂即可。
（2）积复励发电机的外特性
    1）实验方法与测取并励发电机的外特性相同。先将发电机调到额定运行点，n=n_N，U=U_N，I_L=I_N。记录此时的励磁电流I_f值，即为额定励磁电流I_fN。
    2）保持此时的R_f2和n=n_N不变，逐次减小发电机负载电流，直至I_L=0。
    3）从额定负载到空载范围内，每次测取发电机的电压U和电流I_L，共取6-7组数据，记录于表2-6中。               
表2-6        n＝n_N＝      r/min           R_f2=常数  

U（V）
IL（A）

 
图2-5直流复励发电机接线图
     六、注意事项：
    1、直流电动机MG起动时，要注意须将R₁调到最大，R_f1调到最小，先接通励磁电源，观察到励磁电流I_f1为最大后，再接通电枢电源，使MG起动运转。起动完毕，应将R₁调到最小。
    2、做外特性时，当电流超过0.4A时,R₂中串联的电阻调至零并用导线短接,以免电流过大引起变阻器损坏。
   七、实验报告
    1、根据空载实验数据,作出空载特性曲线,由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩磁电压的百分数。
2、在同一坐标纸上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。分别算出三种励磁方式的电压变化率：并分析差异原因。
    3、绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增加时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。
   八、思考题
    1、并励发电机不能建立电压有哪些原因？
    2、在发电机一电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低？为了保持发电机的转速n=n_N，应如何调节？