直流发电机实验报告

       学院：  自动化学院 

        班级：   0811202    

        小组：     第2组   

        小组成员：

          实验时间 ：第八周周五5-8节            

   

一、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试电机的有关性能。

    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、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

   2、屏上挂件排列顺序

     D31、D44、D31、D42、D51

   五、实验方法

    1、他励直流发电机

 

图2－3直流他励发电机接线图

    按图2-3接线。图中直流发电机G选用DJ13，其额定值P_N＝100W，U_N＝200V，I_N＝0.5A，n_N＝1600r/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与G由联轴器直接连接。开关S选用D51组件。R_f1选用D44的1800Ω变阻器，R_f2 选用D42的900Ω变阻器，并采用分压器接法。R₁选用D44的180Ω变阻器。R₂为发电机的负载电阻选用D42，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。直流电流表和电压表选用D31，并根据需要选择合适的量程。电枢电源打开之前，应先将电枢电源的调节旋钮拧到最小。

   （1）测空载特性

    1）断开发电机G的负载开关S。将R_f2调至最大。

    2）把R₁调至最大，R_f1调至最小。先打开励磁电源开关，再打开电枢电源开关，起动直流电动机MG。直流电动机MG的旋转方向应符合正向旋转的要求。

    3）电动机MG正常启动后，将电枢电源调至220V ，并把R₁减到最小。增大电阻R_f1，使发电机转速上升到额定值（n_N＝1600r/min），并在整个实验过程中保持不变。

    4）调节分压电阻R_f2，使发电机的空载电压达到U₀＝1.2U_N(240V)。

    5）在保持额定转速的条件下，从U₀＝1.2U_N开始，单方向调节分压电阻R_f2，逐渐减小发电机的励磁电流，测量发电机的空载电压U₀和励磁电流I_f，直到I_f＝0（此时U₀称为发电机的剩磁电压）。其中，U₀＝U_N和I_f＝0两点必测，并在U₀＝U_N附近多测几组数据。最后将数据记录于表2-2中。

表2-2           n=n_N＝1600r/min        I_L=0

（2）测外特性

    1）把负载电阻R₂调到最大值，合上负载开关S。

    2）分别调节R_f1、 R_f2和R₂，使得I_L＝I_N，U＝U_N，n=n_N。此时发电机处于额定运行状态，对应的励磁电流I_f称为额定励磁电流I_fN。记录I_fN的大小。

    3）在保持n=n_N和I_f＝I_fN 不变的条件下，从I_L＝I_N开始，逐渐增大R₂，测取发电机的电枢电压U和电枢电流I_L，直到空载为止（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＝1600r/min      I_f＝I_fN＝ 111 mA

   （3）测调整特性

    1）调节分压电阻R_f2，使发电机的空载电压达到额定值。

    2）把负载电阻R₂调到最大值，合上负载开关S。在保持额定转速与额定电压的条件下，逐渐减小负载电阻R₂，测取发电机的输出电流I_L和励磁电流I_f，直到I_L上升到额定值为止。共取6-7组数据记录于表2-4中。

   表2-4         n=n_N＝ 1600  r/min      U＝U_N＝ 200 V

  

 2、并励发电机实验                  

   （1）观察自励过程

    1）按实验2-1六中注意事项2使电机MG停机，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D42的900Ω电阻两只相串联并调至最大阻值，断开开关S。

    2）先打开励磁电源。然后在R1最大的情况下，再打开电枢电源。起动电动机，调节电动机的转速，使发电机的转速n=n_N，用直流电压表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。如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。

    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

 

图2－4直流并励发电机接线图

    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。

    3）保持此时R_f2的值和n=n_N不变，逐次减小负载电流，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＝ 1600 r/min      R_f2＝常值

3、复励发电机实验

   （1）积复励和差复励的判别

    1）接线如图2-5所示，R_f2选用D42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。

 

图2－5直流复励发电机接线图

    4）如要把差复励发电机改为积复励 ,对调串励绕组接线即可。

   （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。

    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＝ 1600  r/min      R_f2＝常数

   五、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，接通电枢电源，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。

   六、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、在同一座标纸上绘出他励、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。

负载增加时，转速（功率）传感器感知转速（功率）的变化，使原动机（汽轮机、水轮机、柴油机、汽油机）增加功率，保持转速不变（频率不变），使发电机组工作在新的功率工作点上。发电机转速不变的条件下，负载增加时，由于有功功率的去磁作用，削弱原励磁电流产生的磁场，使发电机的端电压下降，要保持端电压不变，就必须增加励磁电流。

   七、思考题

1、并励发电机不能建立电压有哪些原因？

   答：转速不够；励磁回路接触不好或开路；励磁电压过低或剩磁太弱等。

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？

   答：电机运行时，转速与电网频率是有一定差值的，称为滑差。当电机功率增大时滑差也会随之增大，表现为转速下降。所以电机应选用滑差小的，并且有一定的功率余量；发电机输出功率增加，电流增加，输出功率增加意味着发电机要多出力，所以突然地负载增加发电机的转速也是要下降的。如果没有超载的话，短时间内转速会恢复的。如果不能恢复，建议发电机功率。

             

           

 

第二篇：直流发电机

实验二  直流发电机

一．实验目的

1．掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。

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？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。

2.做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？

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．实验项目

1.他励发电机

(1)空载特性：保持n=nN，使I=0，测取Uo=f(If)。

(2)外特性：保持n=nN，使If =IfN，测取U=f(I)。

(3)调节特性：保持n=nN，使U=UN，测取If =f(I)。

2.并励发电机

(1)观察自励过程

(2)测外特性：保持n=nN，使Rf2 =常数,测取U=f(I)。

3.复励发电机

积复励发电机外特性：保持n=nN，使Rf=常数，测取U=f(I)。

四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。

2．电机导轨及测功机，转矩转速测量组件（MEL-13）或电机导轨及转速表。

3．直流并励电动机M03。

4．直流复励发电机M01。

5．直流稳压电源（位于主控制屏下部）。

6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。

7．波形测试及开关板（MEL-05）。

8．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。

9．三相可调电阻90Ω（MEL-04）。

10．电机起动箱（MEL-09）。

五．实验说明及操作步骤

1．他励发电机。

按图1-3接线

图1-3直流他励发电机接线图

G：直流发电机M01，PN=100W，UN=200V，IN=0.5A，NN=1600r/min

M：直流电动机M03，按他励接法

S1、S2：双刀双掷开关，位于MEL-05

R1：电枢调节电阻100Ω/1.22A，位于MEL-09。

Rf1：磁场调节电阻3000Ω/200mA，位于MEL-09。

Rf2：磁场调节变阻器，采用MEL-03最上端900Ω变阻器，并采用分压器接法。

R2：发电机负载电阻，采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联）。调节时先调节串联部分，当负载电流大于0.4A时用并联部分，并将串联部分阻值调到最小并用导线短接以避免烧毁熔断器。

mA1、A1：分别为毫安表和电流表，位于直流电源上。

U1、U2：分别为可调直流稳压电源和电机励磁电源。

V2、mA2、A2：分别为直流电压表（量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA档），直流安倍表（量程为2A档）

（1）空载特性

a．打开发电机负载开关S2，合上励磁电源开关S1，接通直流电机励磁电源，调节Rf2，使直流发电机励磁电压最小，mA2读数最小。此时，注意选择各仪表的量程。

b．调节电动机电枢调节电阻R1至最大，磁场调节电阻Rf1至最小，起动可调直流稳压电源（先合上对应的船形开关，再按下复位按钮，此时，绿色工作发光二极管亮，表明直流电压已正常建立），使电机旋转。

b．从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。

d．调节电动机电枢电阻R1至最小值，可调直流稳压电源调至220V，再调节电动机磁场电阻Rf1，使电动机（发电机）转速达到1600r/min（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。

e．调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达V0=1.2UN（240V）为止。

f．在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从UO=1.2UN开始，单方向调节分压器电阻Rf2，使发电机励磁电流逐次减小，直至If2=o。

每次测取发电机的空载电压UO和励磁电流If2,只取7-8组数据，填入表1-2中，其中UO=UN和If2=O两点必测，并在UO=UN附近测点应较密。

表1-2                                               n=nN=1600r/min

（2）外特性

a．在空载实验后，把发电机负载电阻R2调到最大值（把MEL-03中间和下端的变阻器逆时针旋转到底），合上负载开关S2。

b．同时调节电动机磁场调节电阻Rf1，发电机磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机的n=nN,U=UN（200V），I=IN（0.5A），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If2N=    A.

c．在保持n=nN和If2=If2N不变的条件下，逐渐增加负载电阻，即减少发电机负载电流，在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，直到空载（断开开关S2），共取6-7组数据，填入表1-3中。其中额定和空载两点必测。

表1-3        n=nN=1600r/min  If2=If2N

（3）调整特性

a．断开发电机负载开关S2，调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达额定值（UN=200V）

b．在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S2，调节负载电阻R2，逐次增加发电机输出电流I，同时相应调节发电机励磁电流If2，使发电机端电压保持额定值U=UN，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和励磁电流If2，共取5-6组数据填入表1-4中。

表1-4       n=nN=1600r/min,U=UN=200V

2．并励直流发电机

图1-4直流并励发电机接线图

（1）观察自励过程

a．断开主控制屏电源开关，即按下红色按钮，钥匙开关拨向“关”。

按图1-4接线

R1、Rf1：电动机电枢调节电阻   和磁场调节电阻，位于MEL-09。

A1、mA1：直流电流表、毫安表，位于可调直流电源和励磁电源上。

mA2、A2：直流毫安表、电流表位于MEL-06。

Rf2：MEL-03中二只900Ω电阻相串联，并调至最大。

R2：采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω。

S1、S2：位于MEL-05

V1、V2：直流电压表，其中V1位于直流可调电源上，V2位于MEL-06。

b．断开S1、S2，按前述方法（他励发电机空载特性实验b）起动电动机，调节电动机转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励进行充磁。

c．合上开关S1，逐渐减少Rf2，观察电动机电枢两端电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件，如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。

（2）外特性

a．在并励发电机电压建立后，调节负载电阻R2到最大，合上负载开关S2，调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机n=nN,U=UN，I=IN。

b．保证此时Rf2的值和n=nN不变的条件下，逐步减小负载，直至I=0，从额定到负载运行范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，填入表1-5中，其中额定和空载两点必测。

表1-5         n=nN=1600r/min     Rf2=      A

3．复励发电机

（1）积复励和差复励的判别

a．接线如图1-5所示

R1、Rf1：电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。

A1、mA1：直流电流、毫安表

V2、A2、mA2：直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06组件。

Rf2：采用MEL-03中两只900Ω电阻串联。

R2：采用MEL-03中四只900Ω电阻串并联接法，最大值为2250Ω。

S1、S2：单刀双掷和双刀双掷开关，位于MEL-05开关板上。

按图接线，先合上开关S，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=0.5IN，n=nN，U=UN。

b．打开短路开关S1，在保持发电机n，Rf2和R2不变的条件下，观察发电机端电压的变化，若此电压升高即为积复励，若电压降低为差复励，如要把差复励改为积复励，对调串励绕组接线即可。

图1-5直流复励发电机接线图

（2）积复励发电机的外特性。

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=nN，U=UN，I=IN，在保持此时的Rf2和n=nN不变的条件下，逐次减小发电机负载电流，直至I=0。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，共取6-7组数据，记录于表1-6中，其中额定和空载两点必测。

表1-6        n=nN =     r／min     Rf2=常数

    六．注意事项

1.起动直流电动机时，先把R1调到最大，Rf2 调到最小，起动完毕后，再把R1调到最小。

2.做外特性时，当电流超过0.4安时，R2中串联的电阻必须调至零，以免损坏。

    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.在同一张座标上绘出他励、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：

并分析差异的原因。

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？

答：1；电机没有磁路，没有电压，必须通过外加直流电源通电来励磁

2励磁绕组接法和电枢方向没有配合好，最初微小励磁电流产生的磁动势方向与剩磁方向相反。

3对于某回路有以临街转速，转速低于临界转速也不建立起电压。

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=nN，应如何调节？

答：负载电流增大时电压下降，而励磁电流没有增加，转速降低，为了保持转速正常运行，应曾江励磁电流，以抵消电枢回路的电压降。