实验一直流发电机实验

1、直流发电机实验

1-1 认识实验

一、实验目的

1、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。

2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3、熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。

二、预习要点

1、如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表电流表的量程。

2、直流电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串接起动变阻器? 不串接会产生什么严重后果?

3、直流电动机起动时，励磁回路串接的磁场变阻器应调至什么位置? 为什么? 若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果? 4、直流电动机调速及改变转向的方法。 三、实验项目

1、了解实验装置中的电枢电源、励磁电源、涡流测功系统、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。

2、掌握涡流测功机控制系统的使用方法及原理。

3、用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 4、直流他励电动机的起动、调速及改变转向。

四、实验设备及控制屏上挂件排列顺序

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 7 型 号 D55-4 名 称 涡流测功机控制箱 数 量 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 DD03-4 涡流测功机及导轨 DJ23-1 直流电动机 D31 D42 D44 D51 直流数字电压、毫安、安培表 三相可调电阻器 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 2、控制屏上挂件排列顺序

D55-4，D31、D44，D31、

五、实验说明及操作步骤

1、由实验指导人员介绍DDSZ-1型电机及电气技术实验装置各面板布置及

使用方法，讲解电机实验的基本要求，安全操作和注意事项。

2、将D55-4涡流测功机控制箱挂件的三芯电源插头插到控制屏的三芯插座，打开涡流测功机控制箱的电源开关，然后用信号线将涡流测功机控制箱与涡流测功机导轨连接好。按下“调零”按钮，将“突减载”开关拨至下端。用手转动涡流测功机转轴，然后顺时针调节右侧给定旋钮一定位置，再次用手转动涡流测功机转轴，对比一下转动时的阻力。

将“突减载”开关拨至上端，再调节左侧给定旋钮，转动涡流测功机转轴，此时给定的旋钮还起作用吗？ 3、用伏安法测电枢的直流电阻

+ 220V电枢电源-SARVM图1-1-1 测电枢绕组直流电阻接线图

（1）按图1-1-1接线，电阻R用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值并调至最大。A表选用D31直流数字安培表，量程选用5A档；V表选用D31直流电压表；开关S选用D51挂箱中的S1。

（2）经检查无误后接通电枢电源，并调至220V。调节R使电枢电流达到0.2A（如果电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转，测量无法进行；如果此时电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差），迅速测取电机电枢两端电压U和电流I。将电机分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U、I三组数据列于表1-1-1中。

（3）增大R使电流分别达到0.15A和0.1A，用同样方法测取六组数据列于表1-1-1中。

取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值

1Ra?(Ra1?Ra2?Ra3)3表1-1-1 室温 ℃

序号 U（V） I（A） 1 2 R（ 平均）（Ω） Ra11= Ra12= Ra13= Ra21= Ra2= Ra1= Ra（Ω） Raref（Ω） 3 表中：

1Ra1?(Ra11?Ra12?Ra13) 3 Ra22= Ra23= Ra31= Ra32= Ra33= 11Ra2?(Ra21?Ra22?Ra23)Ra3?(Ra31?RA32?Ra33)33Ra3= （4）计算基准工作温度时的电枢电阻

由实验直接测得电枢绕组电阻值，此值为实际冷态电阻值。冷态温度为室温。按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值：

235??a 式中Raref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）。

——基准工作温度，对于E级绝缘为75 ℃。

Raref?Ra235??ref Ra——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）。 θ

ref

θa——实际冷态时电枢绕组的温度。（℃） 3、直流仪表、转速表和变阻器的选择

直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联、并联或串并联的接法。

（1）电压量程的选择

如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。 （2）电流量程的选择

因为直流电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A可选用直流电流表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A选用200mA量程档。 （3）电动机DJ23-1的额定转速为1500r/min，涡流测功机沿转速范围内0-3000r/min，所以可以用信号线将涡流测功机控制箱与涡流测功机导轨连接，直接从涡流测功机控制箱读取电动机的转速。 （4）变阻器的选择

变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回路R1可选用D44挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。 4、直流他励电动机的起动准备

按图1-1-2接线。图中直流电动机M用DJ23-1，其额定功率PN=355W，额定电压UN=220V，额定电流IN=2.2A,额定转速nN=1500r/min,额定励磁电流IfN＜0.16A。A3表选用D31直流数字安培表，量程选用5A档；A1表选用D31直流数字毫安表，量程选用1000mA档；V表选用D31直流电压表。Rf1用D44的1800Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。R1选用D44的180Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻。直流他励电动机与涡流测功机用联轴器同轴联接。

5、他励直流电动机起动步骤

（1）检查按图1-1-2的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确， 电动机励磁回路接线是否牢靠。

涡 流 测 功 机 控 制 系 统 并励绕组+励磁电源－220VIf2A2Rf2IfA1Rf1V2IFA4SR1IA3V1+220V－电枢电源

图1-1-2 直流他励电动机接线图

然后，将电动机电枢串联起动电阻R1调至最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，并确认控制屏下方右边的电枢电源开关处于断开状态。用信号线将涡流测功机控制箱与涡流测功机连接好，控制模式转换到“转矩控制”状态，将“突减载”开关拨至下端，然后将给定调节旋钮逆时针旋转到最小 ，打开船形开关接通电源，按下调零按钮。作好起动准备。

（2）开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M的励磁电流值，接通控制屏右下方的电枢电源开关，使M起动。

（3）改变电动机的转向

M起动后观察涡流测功机控制箱的转速表，应为正向偏转 ，若不正确，可将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将电枢（或励磁绕组）的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，

并磁绕阻并观察电动机的转向及转速表显示的转向。

（4）将电动机的启动电阻R1调至最小位置，同时调节涡流测功机控制箱的调节旋钮及电动机的励磁电流If1，使电动机达到额定状态。可直接从涡流测功机控制箱的的显示框读取电动机的转速、输出转矩及电动机的输出功率。 （5）调节他励电动机的转速

将涡流测功机控制箱的调节旋钮逆时针旋转到底。分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R1和励磁回路的调节电阻Rf1，观察转速变化情况。

六、注意事项

1、直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻Rf1调至最小，先接通励磁电源,使励磁电流最大,同时必须将电枢串联起动电阻R1调至最大,然后方可接通电枢电源。使电动机正常起动。起动后，将起动电阻R1调至零，使电机正常工作。

2、直流他励电动机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时必须将电枢串联的起动电阻R1调回到最大值，励磁回路串联的电阻Rf1调回到最小值。给下次起动作好准备。

3、测量前注意仪表的量程、极性及其接法，是否符合要求。

4、在电动机运行状态下，不得将涡流测功机控制箱与涡流测功机导轨的信号线拆掉，做测功机使用时应将“突减载”开关拨至下端位置，控制模式转换到“转矩控制”状态下。

5、涡流测功机在测功状态下，不要接触涡流测功机的外转子，防止产生误差。

七、实验报告

1、画出直流他励电动机电枢串电阻起动的接线图。说明电动机起动时，起动电阻R1和磁场调节电阻Rf1应调到什么位置?为什么?

2、在电动机轻载及额定负载时，增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？ 3、用什么方法可以改变直流电动机的转向？

4、为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠？起动时电枢回路必须串联起动变阻器？

5、涡流测功机控制箱上的调零按钮应在什么时候调零？

1-2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=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 1 2 2 3 4 5 6 7 型 号 D55-4 DJ13 D31 D44 D51 D42 名 称 涡流测功机控制箱 直流复励发电机（按他励发电机接线） 直流电压、毫安、安培表 可调电阻器、电容器 波形测试及开关板 三相可调电阻器 数 量 1 台 1 台 1 台 1 台 2 件 1 件 1 件 1 件 DD03-4 涡流测功机及导轨 DJ23-1 直流电动机（按他励电动机接线） 2、屏上挂件排列顺序

D55-4，D31、D44、D31、D42、D51 五、实验方法

1、他励直流发电机（必做）

按图1-2-1接线。图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。直流电动机DJ23-1作为G的原动机（按他励

电动机接线）。涡流测功机、发电机及直流电动机由联轴器同轴联接。

开关S选用D51组件上的双刀双掷开关。Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2 选用D42的900Ω变阻器，并采用分压法接线。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、电压表选用D31、并选择合适的量程。

涡 流 测 功 机 控 制 系 统 励磁电源+220V－Rf2A3IfRf1M R1A2V1+ R2220V－ 电枢电源ILA4SV2

图1-2-1直流他励发电机接线图

（1）测空载特性

1）首先将涡流测功机控制箱的“突减载”开关拨至上端位置或将给定调节旋钮逆时针旋转到底，涡流测功机不加载。

然后打开发电机G的负载开关S，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（即Rf2调至最大）。

2）使直流电动机M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，在观察到直流电动机M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M，其旋转方向应符合正向旋转的要求。

3）直流电动机M起动正常运转后，将M电枢串联电阻R1调至最小值 ，将M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。

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。

并励绕组If1A1励磁绕阻 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1-2-1中 表1-2-1 n=nN＝1600r/min IL=0 U0（V） 1.2UN If（mA）

（2）测外特性

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。特别注意，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。

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1-2-2中。

表1-2-2 n＝nN＝1600 r/min If＝IfN＝ mA U（V） IL（A） UN 0 （3）测调整特性

1）保持n=nN，断开负载开关S，调节发电机的分压电阻Rf2，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（特别注意！），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1-2-3中。

表1-2-3 n=nN＝1600 r/min U＝UN＝ V IL（A） If（mA）

2、并励发电机实验 （1）观察自励过程

1）按注意事项使直流电动机M停机。同时将启动电阻R1调回最大值，磁场调节电阻Rf1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1-2-2所示。Rf2选用D42的900Ω电阻两只相串联并调至最大阻值，打开开关S。

2）按注意事项起动电动机，调节电动机的转速，使发电机的转速n=nN，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。

+励磁电源220V－励磁绕组涡If1A1流测功M 机控R1制系A2统 V1+Rf1IfA3Rf2V2ILA4SR2220V－ 电枢电源

图1-2-2直流并励发电机接线图

（2）测外特性（选做实验）

1）按图1-2-2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。 3）保持此时Rf2的值和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1-2-4中。 表1-2-4 n＝nN＝ 1600 r/min Rf2＝常值

U（V） IL（A）

3、复励发电机实验（选做实验） （1）积复励和差复励的判别

1）接线如图1-2-3所示，Rf2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。

+励磁电源220V－涡If1A1流测功M 机控R1制系A2统 V1励磁绕组IfA3并励绕组Rf2Rf1C1　S1串励绕组C2V2ILA4SR2220V+电枢电源－

图1-2-3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=nN，U=UN，IL=IN。

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1-2-5中。 表1-2-5 n＝nN＝ r/min Rf2＝常数

U（V） IL（A） 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，Rf1调到最小，先接通励磁电源，观察到励磁电流If1为最大后，接通电枢电源，使 M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

N算出三种励磁方式的电压变化率： ?U%?0100%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。 七、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？

U?UUN附：DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交流及直流电源操作说明

实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。 开启三相交流电源的步骤为：

1）开启电源前。要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。

2）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。

3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转

调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。输出线电压为0-450V（可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。

4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。 开启直流电机电源的操作：

1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。

2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A可调节的直流电压输出。励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。

3）“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。所以本电源在开机时，从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时，这是正常的。

4）电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。当输出电压出现过压时，会自动切断输出，并告警指示。此时需要恢复电压，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值（约240V以下），再按“过压复位”按钮，即能输出电压。当负载电流过大（即负载电阻过小）超过3A时，也会自动切断输出，并告警指示，此时需要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。有时候在开机时出现过流告警，说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流，可在电枢电源输出端增大负载电阻或甚至暂时拔掉一根导线（空载）开机，待直流输出电压正常后，再插回导线加正常负载（不可短路）工作。若在空载时开机仍发生过流告警，这是由于气温或湿度明显变化，造成光电耦合器TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机（即开启交流电源后，再开启“电枢电源”开关）予热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。所有这些操作到直流电

压输出都有3～4秒钟的延时。

5）在做直流电动机实验时，要注意开机时须先开“励磁电源”，后开“电枢电源”；在关机时，则要先关“电枢电源”而后关“励磁电源”的次序。同时要注意在电枢电路中串联起动电阻以防止电源过流保护。具体操作要严格遵照实验指导书中有关内容的说明。

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