实验报告

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成绩：

实验名称： 实验01 直流电机实验

实验类型：

同组学生姓名：

一、实验目的和要求（必填）

二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）

四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理

六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求（必填）

1.掌握用实验方法测取直流并励电机的工作特性和机械特性。 

2.掌握直流并励电机的调速方法。

二、预习要点

1．什么是直流电动机的工作特性和机械特性?

直流电动机的工作特性是指供给电机额定电压额定励磁电流时，转速与负载电流之间的关系、转矩与负载电流之间的关系及效率与负载电流之间的关系。这三个关系分别称为电动机的转速特性、转矩特性和效率特性。

流电动机的机械特性是指在电动机的电枢电压、励磁电流、电枢回路电阻为恒值的条件下，即电动机处于稳态运行时，电动机的转速n与电磁转矩之间的关系

2．直流电动机调速原理和方法

根据E=CΦn

调速方法有：

（1）改变励磁电流从而改变磁通；     

（2）改变施加在电枢两端的电压U；   

（3）改变串入电枢回路的调节电阻；

三、主要仪器设备

直流并励电动机，测功机，实验工作台

四、实验项目

1．工作特性和机械特性

保持U＝和不变，测取n、T2、、2．调速特性

(1)改变电枢电压调速

保持U＝和不变，T2为常值，(2)改变励磁电流调速

保持U＝，T2为常值，时，五、操作方法和实验步骤

实验线路如图，直流并励电动机，测功机(请阅测功机使用说明)作为电动机负载。按照实验一方法起动直流并励电动机，其转向从测功机端观察为逆时针方向。   (把电枢电阻调到

最大, Rf调到最小)

1.并励电动机的工作特性和机械特性

将电动机电枢调节电阻Rl调至零，同时调节直流电源调压旋钮、测功机的加载旋钮和电动机的磁场调节电阻Rf，调到其电机的额定值U＝、，n＝，其励磁电流即为额定励磁电流IfN，在保持U＝、不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即将测功机的加载旋钮逆时针转动直至零。测取电动机输入电流I、转速n和测功机的转矩T2

2.调速特性

(1)改变电枢端电压的调速

直流电动机起动后，将电阻Rl调至零，同时调节负载(测功机)、直流电源及电阻Rf使U＝、、T2＝0.5 N·m，保持此时的T2的数值和，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua。Rl从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua、转速n和输入电流I

(2)改变励磁电流的调速

直流电动机起动后，将电阻Rl和电阻Rf调至零，同时调节直流调压旋钮和测功机加载旋钮，使电动机U＝、、T2＝0.5 N·m，保持此时的T2数值和U＝的值，逐次增加磁场电阻Rf，直至n＝1760r/min，每次测取电动机的n、If和I

六、实验报告

1)由实验数据计算出电动机的电枢电流Ia、P2和η，并绘出电动机的n、T2、η=f(Ia)及n=f(T2)的特征曲线

2)绘出并励电机调速曲线n=f(Ua)以及n=f(If)。分析在恒转矩负载时两种调速方法的优缺点。

在恒转矩负载时，改变电枢端电压的调速，电枢电流变化很小。

优点是可以连续平滑地无级调速，机械特性硬，调速范围大，效率高，无论是轻载还是重载均有明显的调速效果，缺点是只能从额定转速往下调节，初投资大，维护要求高。

在恒转矩负载时，改变励磁电流的调速，转速越高，电枢电流越大

优点是可以连续平滑调速，调节励磁电流方便，缺点是恒转矩负载时电枢电流会由于磁通减小而增大，时间过长会导致发热，是非常不利的，并且此调速方法只能从额定转速向上调节，最高转速受机械强度与换向能力限制。

七、思考题

1.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低?

,当负载转矩和电流都不变，减小电枢端电压时，由于不变，Ua减小从而你减小。

2.当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么?

，当电动机的负载转矩和电枢端电压不变，减小励磁电流时，由于Ua和不变，当If减小时，减小，从而导致n增大。

3.并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞速”?为什么？

会。根据，当磁场回路断线时相当于If瞬间变为零，从而导致变为零，而此时Ua和不变，则导致n变得很大，也就出现了飞速现象。

第二篇：直流伺服电机实验报告

直流电机的特性测试

一、实验要求

在实验台上测试直流电机机械特性、工作特性、调速特性（空载）和动态特性，其中测试机械特性时分别测试电压、电流、转速和扭矩四个参数，根据测试结果拟合转速—转矩特性（机械特性），并以X轴为电流，拟合电流—电压特性、电流—转速特性、电流—转矩特性，绘制电机输入功率、输出功率和效率曲线，即绘制电机综合特性曲线。然后在空载情况下测试电机的调速特性，即最低稳定转速和额定电压下的最高转速，即调速特性；最后测试不同负载和不同转速阶跃下电机的动态特性。

二、实验原理图

三、实验操作步骤

1、测量直流电机的机械特性和动态特性

首先将负载旋钮逆时针拧至最小，然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压和电枢电流信号引出，分别接至计算机的采集数据端口上，打开计算机中的测试软件，进入测试界面，设定每个通道的测量范围。

系统上电。

用计算机给定电机的电枢电压信号，逐渐增加负载（顺时针转动负载旋钮），选择记录下此过程中的20组数据，每组数据包括测量电枢电压、测量电枢电流、电机转速和电磁转矩值。

计算机停止给定电机的电枢电压信号，系统电源关闭。

2、测量直流电机的调速特性

本实验要求测量的是空载下的调速特性，测量额定电压下的最高转速和最低稳定转速。步骤如下：

首先将负载旋钮逆时针拧至最小，然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压信号引出，接至计算机的采集数据端口上，打开计算机中的测试软件，进入测试界面，设定通道的测量范围。

利用式（1-7）计算电机额定电压（3V）对应的测量电压值，为5.16V。

电机实际电压=（前面板测量电压-0.76）*2.75-0.1

系统上电。

不断改变计算机输出的电机电压信号，直至测量电压信号的值为5.16V。记录下此时的转速值，即为额定电压下的最高稳定转速。

不断减小计算机输出地电机电压信号，观察转速逐渐减小和稳定的情况，记录下最低稳定转速值。

计算机停止给定电机的电枢电压信号，系统电源关闭。

3、测量直流电机的动态特性

按照测量在不同负载和不同输入电枢电压（阶跃信号）下电机的动态特性的要求，本实验测量了在计算机给定电压信号（阶跃信号）为5V时，3个不同负载大小下电机的动态特性。

首先将负载旋钮逆时针拧至最小，然后将实验设备面板上的电机转速信号引出，接至计算机的采集数据端口上，打开计算机中的测试软件，进入测试界面，设定通道的测量范围。

系统上电。

将负载旋钮旋至最小后，将计算机给定电压信号（阶跃信号）设为5V，记录在3个不同负载下，电机转速的动态响应曲线。

计算机停止给定电机的电枢电压信号，系统电源关闭。

四、实验测试结果及数据处理

1、直流电机的机械特性和动态特性

根据上述操作步骤，测量得到的20组数据如表1所示：

表1 测量数据

根据前面板测量值与电机实际值的换算公式：

电机实际电压=（前面板测量电压-0.76）*2.75-0.1

电机实际电流=（前面板测量电流-0.032）*2

计算电机的实际电枢电压和电枢电流值，如表2所示：

表2 实际数据

根据实验原理和上述数据，利用matlab工具，选用最小二乘法中的多项式拟合方法拟合电机的机械特性曲线、电流-电压特性曲线、电流-转速特性曲线、电流-转矩特性曲线、电机输入功率曲线、电机输出功率曲线和电机的效率曲线。

（1）拟合机械特性曲线

根据原理，机械特性曲线应是一条直线，所以选用最小二乘一次拟合多项式来拟合机械特性曲线，拟合得到的图形如下图1所示：

图1：机械特性

（2）拟合电流-电压特性曲线

图2：电流-电压特性曲线

从图2可以看出，尽管原理上电枢电压应该大小恒定，但是实际上，电枢电压会随着负载的逐渐增大而缓慢下降。

（3）拟合电流-转速特性曲线

图3：电流-转速特性

（4）拟合电流-扭矩特性曲线

图4：电流-扭矩特性

（5）拟合输入功率曲线

首先，根据公式计算输入功率：

 (1-8)

因为实验过程的变化量是负载，而电机稳定运行时，电磁转矩与负载转矩大小相等，所以选用电磁转矩作为x轴绘制功率曲线。并用最小二乘二次多项式拟合功率曲线，结果如下图所示：

图5：输入功率曲线

（6）拟合输出功率曲线

首先，根据公式计算输出功率：

 (1-9)

同理，以电磁转矩作为x轴，并用最小二乘二次多项式拟合功率曲线，结果如下图所示：

图6：输出功率曲线

（7）拟合输出功率曲线

首先，根据公式计算功率比：

 (1-10)

同理，以电磁转矩作为x轴，并用最小二乘三次多项式拟合功率比曲线，结果如下图所示：

图7：功率比变化曲线

2、直流电机的调速特性测量结果

按照上述测量步骤，得到空载情况下，直流电机在3V额定电压下的稳定转速为107r/min。最低稳定转速为84 r/min,电压2.5V。

3、直流电机的动态特性测量结果

在给定电压型号为5V，负载0.8时，直流电机转速动态响应曲线如图8

图8

在给定电压型号为5V，负载1.4时，直流电机转速动态响应曲线如图9

图9

在给定电压型号为5V，负载为空载时，直流电机转速动态响应曲线如图10

图10