实验一  直流电机认识实验

   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DQ01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、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、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。

    3、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

    2、控制屏上挂件排列顺序

      DQ22A、DQ27、DQ26、DQ31、DQ22B、DQ29

   五、实验内容与步骤

    1、由实验指导人员介绍TKDQ-2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、用伏安法测电枢的直流电阻

图1-1 测电枢绕组直流电阻接线图

    （1）按图1-1接线，电阻R用DQ29上3750Ω和185Ω相串联（将3750Ω电阻手柄置中间位置185Ω调至最大值。A表选用DQ22直流毫安表，量程选用2000mA档。(V表可选用万用表测量)。开关S选用DQ31挂箱。

    （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中（为减少测量误差，测取电枢电压要用20V小量程电压档，可用万用表测量）。

    （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中。

    取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值

表中：

      

（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。

表1-1                              室温        ℃

      按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值：

    式中R_aref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）。

             R_a——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）。

            θ_ref ——基准工作温度，对于E级绝缘为75 ℃。

            θ_a——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300V量程档。

   （2）电流量程的选择

    因为直流并励电动机的额定电流为1.25A，测量电枢电流的电表A₃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A₁选用200mA量程档。

   （3）电机额定转速为1500r/min，转速表选择为正向偏转。

   （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DQ26挂件的1.3A的90Ω与90Ω串联电阻，磁场回路R_f1可选用DQ27挂件的0.41A的900Ω与900Ω串联电阻。

  

    

 

 图1－2  直流他励电动机接线图 

注： 本实验若需选择测取直流电动机输出转矩T2，应在测功机MG电枢回路中串入DQ34挂件，连接时应将测试箱上的电枢电流Ia的两根出线端红色插头接入上图中A4表出线端，黑色插头接开关板S端。

     4、直流他励电动机的起动准备

按图1-2接线。图中直流他励电动机M用DQ09的直流并励电动机（按他励方式接线）其额定功率P_N=185W，额定电压U_N=220V，额定电流I_N=1.25A，额定转速n_N=1500r/min，额定励磁电流I_fFN＜0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为数显转速表。直流电流表选用DQ22A.B两只挂件。R_f1用DQ29的3750Ω阻值作为直流他励电动机励磁回路串接的电阻。R_f2选用DQ27的1800Ω阻值的变阻器作为MG励磁回路串接的电阻。R₁选用DQ29的185Ω阻值作为直流他励电动机的起动电阻，R₂选用DQ26的90Ω电阻6只串联和DQ27的900Ω与900Ω并联电阻相串联作为MG的负载电阻。 接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好。

5、他励直流电动机起动步骤

（1）检查按图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。然后，将电动机电枢串联起动电阻R₁、测功机MG的负载电阻R₂、及MG的磁场回路电阻R_f2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻R_f1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，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，观察电动机M及测功机MG的励磁电流值，调节R_fa使I_f2 等于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，使M起动。

（3）M起动后观察转速表的显示符号，应为正向偏转 (若转速表显示为“—”号，应关断电枢电源和励磁电源，通过对调电动机的励磁绕组的两端头接线来纠正)，同时调节控制屏上电枢电源‘电压调节’旋钮，使电动机端电压为220伏。逐步减小起动电阻 R₁阻值，直至短接。

（4）合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R₂ 阻值，使MG的负载电流I_F 改变，即直流电动机M的输出转矩T₂改变（可从智能转矩、转速、功率测试箱上直接测出电动机M不同的输出转矩T₂值）。

（5）调节他励电动机的转速。

电动机的调速可通过三种方法来实现：改变电动机M在电枢回路中所串电阻R₁的阻值；改变电动机励磁电流；改变电源端电压，在保持负载转矩不变（即负载电流I_F不变）的情况下实现转速变化。

1）、改变电枢回路串联电阻的调速方法：

    电动机起动后，在电动机端电压U=220伏，起动电阻R₁ 调至零位，磁场电阻R_f1  处于零位，测功机励磁电流I_f2为校正值100毫安的状态下，调节负载电阻R₂，使负载电流I_F为某个数值（可取其为额定电流的1/2，），并须在整个实验过程中保持此值不变。然后逐次改变R₁电阻值，观察在不同阻值下（各段电阻值可用万用表的欧姆档来确定）所对应的转速变化并记录到表1－2中，从中可发现，随着电动机电枢回路电阻的增加，电动机转速逐渐降低，且转速是在基速之下变化。这就是改变电动机电枢串联电阻调速的性能特征。

表1-2       U=220伏        I_f =IfN         I_f2 =100mA

       2）、改变励磁回路串联电阻的调速方法：（弱磁调速）

         在机组不停机的情况下，将起动电阻R₁调回零位，保持其他实验条件不变。逐步增大电动机励磁电阻R_f1的阻值（即减小励磁电流），电动机转速逐渐上升直至n＝1.2nN为止。观察在不同励磁电流下所对应的转速变化并记录在表1－3中，从中可发现，随着电动机励磁电流的减小（即电动机磁通减弱），电动机的转速逐渐上升，且电动机转速是在基速之上变化。这就是改变电动机励磁电阻调速的性能特征。

表1-3      U=220伏      R1 = 0              I_f2 =100mA

        3）、改变电动机端电压的调速方法

         在机组不停机的情况下，将励磁电阻R_f1调回至电阻最大的位置，保持其他实验条件不变，调节电源端电压，使电源电压从220伏分段往下降，其间注意观察在不同电压下的转速变化并记录到表1－4中，从中可发现：随着电压的下降，电动机的转速也随之下降。这就是电动机改变电压调速的性能特征。

表1-4     R1 = 0          I_f =IfN              I_f2 =100mA

（6）改变电动机的转向，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，将电枢绕组（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，并观察电动机的转向及转速表显示符号的变化。

   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R_f1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R_f1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、若要测量电动机的转矩T₂ ，必须将校正直流测功机MG的励磁电流调整到校正值：100mA，然后可从智能转矩、转速、功率测试箱上直接测出电动机M的输出转矩。

5．实验中若使用DQ34智能转矩、转速、功率测试箱，要注意必须将测试箱上的红色插头串接在测功机电枢回路中电流表的出线端，黑色插头接DQ31开关板的S端。

6．实验中若须改接线路，必须先切断励磁电源后才能进行改接，否则易损坏仪表。

   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R_f1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？

第二篇：实验一 直流电机的认识及直流发电机的特性

实验一  直流电机的认识及直流发电机的特性

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．学会直流电机电枢电阻的测量方法。

4．掌握直流他励电动机的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。

5．掌握用实验方法测定直流发电机的空载特性。

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．如何起动直流电动机？直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？

3．直流电动机起动时，励磁回路连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。

5．什么是发电机的空载特性？在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取?

6．做空载实验时，励磁电流为什么必须单方向调节？如何保证n=n_N不变？

三．实验项目

1．了解教学实验台中的直流稳压电源、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。

2．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。

3．直流他励电动机的起动、调速及改变转向。

4．直流他励发电机的空载特性测量：保持n=n_N，使I=0，测取Uo=f(I_f)。

四．实验设备及仪器

1．实验台主控制屏

2．转速、转矩、功率显示（NMEL-13C）

3．电机导轨（NMEL-14C）

4．直流电机仪表、电源（NMEL-18A）（位于实验台主控制屏的下部）

5．电机起动箱（NMEL-09）

6．直流电压、毫安、安培表（NMCL-001）

7．旋转指示灯及开关板（NMEL-05C）

8．三相可调电阻1800Ω（NMEL-03）

9．直流电动机M03

10．直流发电机M01

五．实验内容

(一)用伏安法测电枢的直流电阻

接线原理图见图1-1。

U：可调直流稳压电源（NMEL-18A）

R：3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09）

V：直流电压表（MCL-001）

A：直流安培表（MCL-001）

M：直流电动机M03电枢

（1）经检查接线无误后，逆时针调节磁场调节电阻R使至最大。直流电压表量程选为20V档，注意直流电压表先不要接入电路或选择最大量程；直流安培表量程选为2A档。

（2）在电机转子圆周上按120°标上记号。按顺序按下主控制屏绿色“闭合”按钮开关，可调直流稳压电源的船形开关以及复位开关，建立直流电源，并调节直流电源至220V输出，可将电压表接入电路。

缓慢调节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_M和电流I_a。将电机转子分别旋转三分之一和三分之二周，同样测取U_M、I_a，填入表1-1。

（3）增大R（逆时针旋转）使电流分别达到0.15A和0.1A，用上述方法测取六组数据，填入表1-1。

注意：以上读数一定要快。

（4）断开线路电流之前，必须先将电压表断开。

取三次测量的平均值作为实际冷态电阻值Ra=。

表1-1                                                      室温      ⁰C

表中R_a1=（R_a11+R_a12+R_a13）/3

R_a2=（R_a21+R_a22+R_a23）/3

R_a3=（R_a31+R_a32+R_a33）/3

（4）计算基准工作温度时的电枢电阻

由实验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：

R_aref=R_a 

式中R_aref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。（Ω）

R_a  ——电枢绕组的实际冷态电阻。（Ω）

θ_ref——基准工作温度，对于E级绝缘为75⁰C。

θ_a ——实际冷态时电枢绕组的温度。（⁰C）

   (二)直流电动机的起动

1．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300V量程档。

（2）电流量程的选择。

因为直流并励电动机的额定电流为1.1A，测量电枢电流的电表可选用2A量程档，额定励磁电流小于0.16A，测量励磁电流的毫安表选用200mA量程档。

（3）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。在本实验中，电枢回路调节电阻选用NMEL-09组件的100Ω/1.22A电阻，磁场回路调节选用NMEL-09的3000Ω/200mA可调电阻。

2．实验

按图1-2接线。

R：电枢调节电阻（NMEL-09）

R_f：磁场调节电阻（NMEL-09）

M：直流并励电动机M03：

可调直流稳压电源和直流电机励磁电源位于NMEL-18

V：可调直流稳压电源自带电压表

A：可调直流稳压电源自带电流表

mA：毫安表，位于直流电机励磁电源部分。

（1）检查电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否选择正确。

（2）将电机电枢调节电阻R₁调至最大，磁场调节电阻调至最小。

（3）合上控制屏的漏电保护器，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船形开关和可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出220V电压。

（4）减小R电阻至最小。

(三)调节他励电动机的转速。

分别改变串入电动机M电枢回路的调节电阻R和励磁回路的调节电阻R_f，定性观察转速变化情况，填表1-2。

表1-2

(四)改变电动机的转向

将电枢回路调节电阻R调至最大值，先断开可调直流电源的船形开关，再断开励磁电源的开关，使他励电动机停机，将电枢或励磁回路的两端接线对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向，填表1-3。

表1-3

(五) 直流发电机空载特性测量

实验线路如图1-3所示。

1．直流电机、测量仪表和电阻的选择

G：直流发电机M01，P_N=100W，U_N=200V，I_N=0.5A，n_N=1600r/min

M：直流电动机M03，按他励接法，PN=185W，UN=220V，IN=1.1A，IfN＜0.16A，nN=1600r/min

S₁：双刀双掷开关，位于NMEL-05C

R₁：电枢调节电阻100Ω/1.22A，位于NMEL-09

R_f1：磁场调节电阻3000Ω/200mA，位于NMEL-09

R_f2：磁场调节变阻器，采用NMEL-03最上端900Ω变阻器，并采用分压器接法。

mA₁、A₁：分别为毫安表和电流表，位于直流电源(MMEL-18)上。

U₁、U₂：分别为可调直流稳压电源和电机励磁电源(MMEL-18)。

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

2.实验步骤

a．合上励磁电源开关S₁，接通直流电机励磁电源，调节R_f2，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R_f1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。

c．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R_f1，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R_f2，使发电机空载电压达U₀=1.2U_N（240V）为止。

f．在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从U₀=1.2U_N开始，单方向调节分压器电阻R_f2，使发电机励磁电流逐次减小，直至I_f2=o。

每次测取发电机的空载电压U₀和励磁电流I_f2,只取7-8组数据，填入表1-4中，其中U₀=U_N和I_f2=0两点必测，并在U₀=U_N附近测点应较密。

表1-4                                               n=n_N=1600r/min

六．注意事项

1．图1-2中直流他励电动机起动时，须将励磁回路串联的电阻R_f调到最小，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R调至最大，然后方可接通电源，使电动机正常起动，起动后，将起动电阻R调至最小，使电机正常工作。

2．直流他励电机停机时，必须先切断电枢电源，然后断开励磁电源。同时，必须将电枢串联电阻R调回最大值，励磁回路串联的电阻R_f调到最小值，给下次起动作好准备。

    3．测量前注意仪表的量程及极性，接法。

七．实验报告

    1．填写各表格，整理数据并进行相应计算和分析。

    2．计算电动机M03的电枢电阻。

    3．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。

    4．讨论并回答以下问题：

    1)说明电动机起动时，起动电阻R 和磁场调节电阻Rf 应调到什么位置？为什么？

    2)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)作空载实验时，如何保证n=n_N不变？

    5．总结实验体会。