電機(jī)及電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置直流發(fā)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1、電機(jī)及電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置直流發(fā)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)是掌握用實(shí)驗(yàn)方法測定直流發(fā)電機(jī)的各種運(yùn)行特性，并根據(jù)所測得的運(yùn)行特性評定該被測電機(jī)的有關(guān)性能。
2、通過電機(jī)及電氣技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置直流發(fā)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)觀察并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)過程和自勵(lì)條件。
二、預(yù)習(xí)要點(diǎn)
1、什么是發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性？在求取直流發(fā)電機(jī)的特性曲線時(shí)，哪些物理量應(yīng)保持不變，哪些物理量應(yīng)測取。
2、做空載特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，勵(lì)磁電流為什么必須保持單方向調(diào)節(jié)？
3、并勵(lì)發(fā)電機(jī)的自勵(lì)條件有哪些？當(dāng)發(fā)電機(jī)不能自勵(lì)時(shí)應(yīng)如何處理？
4、如何確定復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)是積復(fù)勵(lì)還是差復(fù)勵(lì)？
三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、他勵(lì)發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)
（1）測空載特性 保持n=nN使IL=0，測取U0=f（If）。
（2）測外特性 保持n=nN使If=IfN ，測取U=f（IL）。
（3）測調(diào)節(jié)特性 保持n=nN使U=UN，測取If=f（IL）。
2、并勵(lì)發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)
（1）觀察自勵(lì)過程
（2）測外特性 保持n=nN使Rf2=常數(shù)，測取U=f（IL）。
3、復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)
積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性 保持n=nN使Rf2＝常數(shù)，測取U＝f（IL）。
四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及掛件排列順序
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
| 序號 | 型 號 | 名 稱 | 數(shù) 量 |
| 1 | DQ03-1 | 導(dǎo)軌、旋轉(zhuǎn)編碼器及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表 | 1 套 |
| 2 | DQ19 | 校正直流測功機(jī) | 1 臺 |
| 3 | DQ07 | 直流復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī) | 1 臺 |
| 4 | DQ22 | 直流數(shù)字電壓、毫安、安培表 | 2 件 |
| 5 | DQ29 | 可調(diào)電阻器、電容器 | 1 件 |
| 6 | DQ31 | 波形測試及開關(guān)板 | 1 件 |
| 7 | DQ27 | 三相可調(diào)電阻器 | 1 件 |
DQ22、DQ29、DQ22、DQ27、DQ31
五、實(shí)驗(yàn)方法
1、他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)
按圖2-3接線。圖中直流發(fā)電機(jī)G選用DQ07，其額定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1500r/min。校正直流測功機(jī)MG作為G的原動(dòng)機(jī)（按他勵(lì)電動(dòng)機(jī)接線）。MG、G及RE由聯(lián)軸器直接連接。開關(guān)S選用DQ31組件。Rf1選用DQ29的1800Ω變阻器，Rf2 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(guān)部分)。R1選用DQ29的180Ω變阻器。R2為發(fā)電機(jī)的負(fù)載電阻選用DQ27，采用串并聯(lián)接法（900Ω與900Ω電阻串聯(lián)加上900Ω與900Ω并聯(lián)），阻值為2250Ω。當(dāng)負(fù)載電流大于0.4 A時(shí)用并聯(lián)部分，而將串聯(lián)部分阻值調(diào)到最小并用導(dǎo)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(fā)電機(jī)G的負(fù)載開關(guān)S打開，接通控制屏上的勵(lì)磁電源開關(guān)，將Rf2調(diào)至使G勵(lì)磁電流最小的位置。
2）使MG電樞串聯(lián)起動(dòng)電阻R1阻值最大，Rf1阻值最小。仍先接通控制屏下方左邊的勵(lì)磁電源開關(guān)，在觀察到MG的勵(lì)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(guān)，起動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)MG，其旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)符合正向旋轉(zhuǎn)的要求。
圖2-3直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)接線圖
3）電動(dòng)機(jī)MG起動(dòng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，將MG電樞串聯(lián)電阻R1調(diào)至最小值 ，將MG的電樞電源電壓調(diào)為220V，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)額定值，并在以后整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中始終保持此額定轉(zhuǎn)速不變。
4）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁分壓電阻Rf2，使發(fā)電機(jī)空載電壓達(dá)U0＝1.2UN為止。
5）在保持n=nN＝1600r/min條件下，從U0＝1.2UN 開始，單方向調(diào)節(jié)分壓器電阻Rf2使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流逐次減小，每次測取發(fā)電機(jī)的空載電壓U0和勵(lì)磁電流If，直至If＝0（此時(shí)測得的電壓即為電機(jī)的剩磁電壓）。
6）測取數(shù)據(jù)時(shí)U0＝UN和If＝0兩點(diǎn)必測，并在U0＝UN 附近測點(diǎn)應(yīng)較密。
7）共測取7～8組數(shù)據(jù)，記錄于表2-2中
表2-2 n=nN＝1600r/min IL=0
| U0（V） | |||||||||
| If（mA） |
1）把發(fā)電機(jī)負(fù)載電阻R2調(diào)到最大值，合上負(fù)載開關(guān)S。
2）同時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1，發(fā)電機(jī)的分壓電阻Rf2 和負(fù)載電阻R2使發(fā)電機(jī)的IL＝IN，U＝UN，n=nN，該點(diǎn)為發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行點(diǎn)，其勵(lì)磁電流稱為額定勵(lì)磁電流IfN，記錄該組數(shù)據(jù)。
3）在保持n=nN和If＝IfN 不變的條件下，逐次增加負(fù)載電阻R2，即減小發(fā)電機(jī)負(fù)載電流IL，從額定負(fù)載到空載運(yùn)行點(diǎn)范圍內(nèi)，每次測取發(fā)電機(jī)的電壓U和電流IL，直到空載（斷開開關(guān)S，此時(shí)IL=0），共取6-7組數(shù)據(jù)，記錄于表2-3中。
表2-3 n＝nN＝ r/min If＝IfN＝ mA
| U（V） | |||||||
| IL（A） |
1）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的分壓電阻Rf2，保持n=nN，使發(fā)電機(jī)空載達(dá)額定電壓。
2）在保持發(fā)電機(jī)n=nN條件下，合上負(fù)載開關(guān)S，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻R2，逐次增加發(fā)電機(jī)輸出電流IL，同時(shí)相應(yīng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流If，使發(fā)電機(jī)端電壓保持額定值U＝UN。
3）從發(fā)電機(jī)的空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)每次測取發(fā)電機(jī)的輸出電流IL和勵(lì)磁電流If，共取5-6組數(shù)據(jù)記錄于表2-4中。
表2-4 n=nN＝ r/min U＝UN＝ V
| IL（A） | |||||||
| If（mA） |
（1）觀察自勵(lì)過程
1）先切斷電樞電源，然后斷開勵(lì)磁電源使電機(jī)MG停機(jī)，同時(shí)將啟動(dòng)電阻調(diào)回最大值，磁場調(diào)節(jié)電阻調(diào)到最小值為下次啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。在斷電的條件下將發(fā)電機(jī)G的勵(lì)磁方式從他勵(lì)改為并勵(lì)，接線如圖2-4所示。Rf2選用DQ27的900Ω電阻兩只相串聯(lián)并調(diào)至最大阻值，打開開關(guān)S。
2）先接通勵(lì)磁電源，然后啟動(dòng)電樞電源，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=nN，用直流電壓表測量發(fā)電機(jī)是否有剩磁電壓，若無剩磁電壓，可將并勵(lì)繞組改接成他勵(lì)方式進(jìn)行充磁。
3）合上開關(guān)S逐漸減小Rf2，觀察發(fā)電機(jī)電樞兩端的電壓，若電壓逐漸上升，說明滿足自勵(lì)條件。如果不能自勵(lì)建立電壓，將勵(lì)磁回路的兩個(gè)插頭對調(diào)即可。
4）對應(yīng)著一定的勵(lì)磁電阻，逐步降低發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)電壓隨之下降，直至電壓不能建立，此時(shí)的轉(zhuǎn)速即為臨界轉(zhuǎn)速。
（2）測外特性
1）按圖2-4接線。調(diào)節(jié)負(fù)載電阻R2到最大,合上負(fù)載開關(guān)S。
2）調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1、發(fā)電機(jī)的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf2和負(fù)載電阻R2，使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、輸出電壓和電流三者均達(dá)額定值，即n=nN，U=UN，IL=IN。記錄此時(shí)的勵(lì)磁電流If值，即為額定勵(lì)磁電流IfN。
3）保持額定值時(shí)的Rf2阻值及n=nN不變，逐次減小負(fù)載，直至IL=0，從額定到空載運(yùn)行范圍內(nèi)每次測取發(fā)電機(jī)的電壓U和電流IL。
4）共取6-7組數(shù)據(jù),記錄于表2-5中。
表2-5 n＝nN＝ r/min Rf2=常值
| U（V） | |||||||
| IL（A） |
圖2－4直流并勵(lì)發(fā)電機(jī)接線圖
3、復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)（選做）
（1）積復(fù)勵(lì)和差復(fù)勵(lì)的判別
1）接線如圖2-5所示，Rf2選用DQ27的1800Ω阻值。C1、C2為串勵(lì)繞組。
2）合上開關(guān)S1將串勵(lì)繞組短接，使發(fā)電機(jī)處于并勵(lì)狀態(tài)運(yùn)行，按上述并勵(lì)發(fā)電機(jī)外特性試驗(yàn)方法，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電流IL=0.5IN。
3）打開短路開關(guān)S1,在保持發(fā)電機(jī)n, Rf2 和R2 不變的條件下,觀察發(fā)電機(jī)端電壓的變化,若此時(shí)電壓升高即為積復(fù)勵(lì),若電壓降低則為差復(fù)勵(lì)。
4）如果想改變勵(lì)磁方式（積復(fù)勵(lì)、差復(fù)勵(lì)）只要對調(diào)串勵(lì)繞組接線插頭C1,C2即可。
（2）積復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性
1）實(shí)驗(yàn)方法與測取并勵(lì)發(fā)電機(jī)的外特性相同。先將發(fā)電機(jī)調(diào)到額定運(yùn)行點(diǎn)，n=nN，U=UN，IL=IN。記錄此時(shí)的勵(lì)磁電流If值，即為額定勵(lì)磁電流IfN。
2）保持此時(shí)的Rf2和n=nN不變，逐次減小發(fā)電機(jī)負(fù)載電流，直至IL=0。
3）從額定負(fù)載到空載范圍內(nèi)，每次測取發(fā)電機(jī)的電壓U和電流IL，共取6-7組數(shù)據(jù)，記錄于表2-6中。
表2-6 n＝nN＝ r/min Rf2=常數(shù)
| U（V） | |||||||
| IL（A） |
圖2-5直流復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)接線圖
六、注意事項(xiàng)
1、直流電動(dòng)機(jī)MG起動(dòng)時(shí)，要注意須將R1調(diào)到最大，Rf1調(diào)到最小，先接通勵(lì)磁電源，觀察到勵(lì)磁電流If1為最大后，再接通電樞電源，使MG起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。起動(dòng)完畢，應(yīng)將R1調(diào)到最小。
2、做外特性時(shí)，當(dāng)電流超過0.4A時(shí),R2中串聯(lián)的電阻調(diào)至零并用導(dǎo)線短接,以免電流過大引起變阻器損壞。
七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1、根據(jù)空載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),作出空載特性曲線,由空載特性曲線計(jì)算出被試電機(jī)的飽和系數(shù)和剩磁電壓的百分?jǐn)?shù)。
2、在同一坐標(biāo)紙上繪出他勵(lì)、并勵(lì)和復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī)的三條外特性曲線。分別算出三種勵(lì)磁方式的電壓變化率：
并分析差異原因。3、繪出他勵(lì)發(fā)電機(jī)調(diào)整特性曲線，分析在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的條件下，為什么負(fù)載增加時(shí)，要保持端電壓不變，必須增加勵(lì)磁電流的原因。
八、思考題
1、并勵(lì)發(fā)電機(jī)不能建立電壓有哪些原因？
2、在發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)組成的機(jī)組中，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載增加時(shí)，為什么機(jī)組的轉(zhuǎn)速會變低？為了保持發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=nN，應(yīng)如何調(diào)節(jié)？