电机及电气技术实验装置直流发电机的实验
一、实验目的
1、电机及电气技术实验装置直流发电机的实验是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、通过电机及电气技术实验装置直流发电机的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=nN使IL=0，测取U0=f（If）。
（2）测外特性 保持n=nN使If=IfN ，测取U=f（IL）。
（3）测调节特性 保持n=nN使U=UN，测取If=f（IL）。
2、并励发电机实验
（1）观察自励过程
（2）测外特性 保持n=nN使Rf2=常数，测取U=f（IL）。
3、复励发电机实验
积复励发电机外特性 保持n=nN使Rf2＝常数，测取U＝f（IL）。
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PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝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。Rf1选用DQ29的1800Ω变阻器，Rf2 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Rf2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，Rf1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Rf1，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Rf2，使发电机空载电压达U0＝1.2UN为止。
5）在保持n=nN＝1600r/min条件下，从U0＝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，每次测取发电机的空载电压U0和励磁电流If，直至If＝0（此时测得的电压即为电机的剩磁电压）。
6）测取数据时U0＝UN和If＝0两点必测，并在U0＝UN 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=nN＝1600r/min IL=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Rf1，发电机的分压电阻Rf2 和负载电阻R2使发电机的IL＝IN，U＝UN，n=nN，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IfN，记录该组数据。
3）在保持n=nN和If＝IfN 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IL，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IL，直到空载（断开开关S，此时IL=0），共取6-7组数据，记录于表2-3中。
表2-3 n＝nN＝ r/min If＝IfN＝ mA
| U（V） | |||||||
| IL（A） |
1）调节发电机的分压电阻Rf2，保持n=nN，使发电机空载达额定电压。
2）在保持发电机n=nN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IL，同时相应调节发电机励磁电流If，使发电机端电压保持额定值U＝UN。
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IL和励磁电流If，共取5-6组数据记录于表2-4中。
表2-4 n=nN＝ r/min U＝UN＝ V
| IL（A） | |||||||
| If（mA） |
（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。Rf2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=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，可将并励绕组改接成他励方式进行充磁。
3）合上开关S逐渐减小Rf2，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Rf1、发电机的磁场调节电阻Rf2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=nN，U=UN，IL=IN。记录此时的励磁电流If值，即为额定励磁电流IfN。
3）保持额定值时的Rf2阻值及n=nN不变，逐次减小负载，直至IL=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IL。
4）共取6-7组数据,记录于表2-5中。
表2-5 n＝nN＝ r/min Rf2=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，Rf2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IL=0.5IN。
3）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=nN，U=UN，IL=IN。记录此时的励磁电流If值，即为额定励磁电流IfN。
2）保持此时的Rf2和n=nN不变，逐次减小发电机负载电流，直至IL=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IL，共取6-7组数据，记录于表2-6中。
表2-6 n＝nN＝ r/min Rf2=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，Rf1调到最小，先接通励磁电源，观察到励磁电流If1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=nN，应如何调节？