直流發電機實驗

直流發電機實驗-實驗目的：
    1、掌握用實驗方法測定直流發電機的各種運行特性，并根據所測得的運行特性評定該被測電機的有關性能。
    2、通過實驗觀察并勵發電機的自勵過程和自勵條件。
   二、預習要點：
    1、什么是發電機的運行特性？在求取直流發電機的特性曲線時，哪些物理量應保持不變，哪些物理量應測取。
    2、做空載特性實驗時，勵磁電流為什么必須保持單方向調節？
    3、并勵發電機的自勵條件有哪些？當發電機不能自勵時應如何處理？
    4、如何確定復勵發電機是積復勵還是差復勵？
   三、直流發電機實驗-實驗項目：
    1、他勵發電機實驗
   （1）測空載特性 保持n=n_N使I_L=0，測取U₀=f（I_f）。
   （2）測外特性 保持n=n_N使I_f=I_fN ，測取U=f（I_L）。
   （3）測調節特性 保持n=n_N使U=U_N，測取I_f=f（I_L）。
    2、并勵發電機實驗
   （1）觀察自勵過程
   （2）測外特性 保持n=n_N使R_f2=常數，測取U=f（I_L）。
    3、復勵發電機實驗
    積復勵發電機外特性 保持n=n_N使R_f2＝常數，測取U＝f（I_L）。
   四、實驗設備及掛件排列順序
    1、實驗設備

序號	型 號	名              稱	數 量
1	DQ03-1	導軌、旋轉編碼器及數顯轉速表	1 套
2	DQ19	校正直流測功機	1 臺
3	DQ07	直流復勵發電機	1 臺
4	DQ22	直流數字電壓、毫安、安培表	2 件
5	DQ29	可調電阻器、電容器	1 件
6	DQ31	波形測試及開關板	1 件
7	DQ27	三相可調電阻器	1 件

     DQ22、DQ29、DQ22、DQ27、DQ31
   五、實驗方法
    1、他勵直流發電機
按圖2-3接線。圖中直流發電機G選用DQ07，其額定值P_N＝100W，U_N＝200V，I_N＝0.5A，n_N＝1500r/min。校正直流測功機MG作為G的原動機（按他勵電動機接線）。MG、G及RE由聯軸器直接連接。開關S選用DQ31組件。R_f1選用DQ29的1800Ω變阻器，R_f2 選用DQ27的900Ω變阻器，并采用分壓器接法(分壓器接法見第一章相關部分)。R₁選用DQ29的180Ω變阻器。R₂為發電機的負載電阻選用DQ27，采用串并聯接法（900Ω與900Ω電阻串聯加上900Ω與900Ω并聯），阻值為2250Ω。當負載電流大于0.4 A時用并聯部分，而將串聯部分阻值調到最小并用導線短接。直流電流表、電壓表選用DQ22、并選擇合適的量程。
（1）測空載特性
    1）把發電機G的負載開關S打開，接通控制屏上的勵磁電源開關，將R_f2調至使G勵磁電流最小的位置。
    2）使MG電樞串聯起動電阻R₁阻值最大，R_f1阻值最小。仍先接通控制屏下方左邊的勵磁電源開關，在觀察到MG的勵磁電流為最大的條件下，再接通控制屏下方右邊的電樞電源開關，起動直流電動機MG，其旋轉方向應符合正向旋轉的要求。

圖2-3直流他勵發電機接線圖
    3）電動機MG起動正常運轉后，將MG電樞串聯電阻R₁調至最小值 ，將MG的電樞電源電壓調為220V，調節電動機磁場調節電阻R_f1，使發電機轉速達額定值，并在以后整個實驗過程中始終保持此額定轉速不變。
    4）調節發電機勵磁分壓電阻R_f2，使發電機空載電壓達U₀＝1.2U_N為止。
    5）在保持n=n_N＝1600r/min條件下，從U₀＝1.2U_N 開始，單方向調節分壓器電阻R_f2使發電機勵磁電流逐次減小，每次測取發電機的空載電壓U₀和勵磁電流I_f，直至I_f＝0（此時測得的電壓即為電機的剩磁電壓）。
    6）測取數據時U₀＝U_N和I_f＝0兩點必測，并在U₀＝U_N 附近測點應較密。
    7）共測取7～8組數據，記錄于表2-2中
表2-2           n=n_N＝1600r/min        I_L=0

U0（V）
If（mA）

    1）把發電機負載電阻R₂調到最大值，合上負載開關S。
    2）同時調節電動機的磁場調節電阻R_f1，發電機的分壓電阻R_f2 和負載電阻R₂使發電機的I_L＝I_N，U＝U_N，n=n_N，該點為發電機的額定運行點，其勵磁電流稱為額定勵磁電流I_fN，記錄該組數據。
    3）在保持n=n_N和I_f＝I_fN 不變的條件下，逐次增加負載電阻R₂，即減小發電機負載電流I_L，從額定負載到空載運行點范圍內，每次測取發電機的電壓U和電流I_L，直到空載（斷開開關S，此時I_L=0），共取6-7組數據，記錄于表2-3中。
表2-3     n＝n_N＝     r/min      I_f＝I_fN＝    mA

U（V）
IL（A）

    1）調節發電機的分壓電阻R_f2，保持n=n_N，使發電機空載達額定電壓。
    2）在保持發電機n=n_N條件下，合上負載開關S，調節負載電阻R₂，逐次增加發電機輸出電流I_L，同時相應調節發電機勵磁電流I_f，使發電機端電壓保持額定值U＝U_N。
    3）從發電機的空載至額定負載范圍內每次測取發電機的輸出電流I_L和勵磁電流I_f，共取5-6組數據記錄于表2-4中。
表2-4         n=n_N＝     r/min      U＝U_N＝     V

IL（A）
If（mA）

2、并勵發電機實驗                  
   （1）觀察自勵過程
    1）先切斷電樞電源，然后斷開勵磁電源使電機MG停機，同時將啟動電阻調回最大值，磁場調節電阻調到最小值為下次啟動做好準備。在斷電的條件下將發電機G的勵磁方式從他勵改為并勵，接線如圖2-4所示。R_f2選用DQ27的900Ω電阻兩只相串聯并調至最大阻值，打開開關S。
    2）先接通勵磁電源，然后啟動電樞電源，使電動機起動。調節電動機的轉速，使發電機的轉速n=n_N，用直流電壓表測量發電機是否有剩磁電壓，若無剩磁電壓，可將并勵繞組改接成他勵方式進行充磁。
    3）合上開關S逐漸減小R_f2，觀察發電機電樞兩端的電壓，若電壓逐漸上升，說明滿足自勵條件。如果不能自勵建立電壓，將勵磁回路的兩個插頭對調即可。
    4）對應著一定的勵磁電阻，逐步降低發電機轉速，使發電機電壓隨之下降，直至電壓不能建立，此時的轉速即為臨界轉速。
   （2）測外特性
1）按圖2-4接線。調節負載電阻R₂到最大,合上負載開關S。
2）調節電動機的磁場調節電阻R_f1、發電機的磁場調節電阻R_f2和負載電阻R₂，使發電機的轉速、輸出電壓和電流三者均達額定值，即n=n_N，U=U_N，I_L=I_N。記錄此時的勵磁電流I_f值，即為額定勵磁電流I_fN。
3）保持額定值時的R_f2阻值及n=n_N不變，逐次減小負載，直至I_L=0，從額定到空載運行范圍內每次測取發電機的電壓U和電流I_L。
  4）共取6-7組數據,記錄于表2-5中。
表2-5       n＝n_N＝     r/min                             R_f2=常值

U（V）
IL（A）

 
圖2－4直流并勵發電機接線圖
     3、復勵發電機實驗（選做）
（1）積復勵和差復勵的判別
1）接線如圖2-5所示，R_f2選用DQ27的1800Ω阻值。C₁、C₂為串勵繞組。
    2）合上開關S₁將串勵繞組短接，使發電機處于并勵狀態運行，按上述并勵發電機外特性試驗方法，調節發電機輸出電流I_L=0.5I_N。
    3）打開短路開關S₁,在保持發電機n, R_f2 和R₂ 不變的條件下,觀察發電機端電壓的變化,若此時電壓升高即為積復勵,若電壓降低則為差復勵。
4）如果想改變勵磁方式（積復勵、差復勵）只要對調串勵繞組接線插頭C₁,C₂即可。
（2）積復勵發電機的外特性
    1）實驗方法與測取并勵發電機的外特性相同。先將發電機調到額定運行點，n=n_N，U=U_N，I_L=I_N。記錄此時的勵磁電流I_f值，即為額定勵磁電流I_fN。
    2）保持此時的R_f2和n=n_N不變，逐次減小發電機負載電流，直至I_L=0。
    3）從額定負載到空載范圍內，每次測取發電機的電壓U和電流I_L，共取6-7組數據，記錄于表2-6中。               
表2-6        n＝n_N＝      r/min           R_f2=常數  

U（V）
IL（A）

 
圖2-5直流復勵發電機接線圖
     六、注意事項：
    1、直流電動機MG起動時，要注意須將R₁調到最大，R_f1調到最小，先接通勵磁電源，觀察到勵磁電流I_f1為最大后，再接通電樞電源，使MG起動運轉。起動完畢，應將R₁調到最小。
    2、做外特性時，當電流超過0.4A時,R₂中串聯的電阻調至零并用導線短接,以免電流過大引起變阻器損壞。
   七、實驗報告
    1、根據空載實驗數據,作出空載特性曲線,由空載特性曲線計算出被試電機的飽和系數和剩磁電壓的百分數。
2、在同一坐標紙上繪出他勵、并勵和復勵發電機的三條外特性曲線。分別算出三種勵磁方式的電壓變化率：并分析差異原因。
    3、繪出他勵發電機調整特性曲線，分析在發電機轉速不變的條件下，為什么負載增加時，要保持端電壓不變，必須增加勵磁電流的原因。
   八、思考題
    1、并勵發電機不能建立電壓有哪些原因？
    2、在發電機一電動機組成的機組中，當發電機負載增加時，為什么機組的轉速會變低？為了保持發電機的轉速n=n_N，應如何調節？