直流并励电动机

一.实验目的

1.掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性。

2.掌握直流并励电动机的调速方法。

二.预习要点

1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？

2.直流电动机调速原理是什么？

三.实验项目

1.工作特性和机械特性

保持U=UN 和If =IfN 不变，测取n、T2 、n=f(Ia)及n=f(T2)。

2.调速特性

(1)改变电枢电压调速

保持U=UN 、If=IfN =常数，T2 =常数，测取n=f(Ua)。

(2)改变励磁电流调速

保持U=UN，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(If)。

(3)观察能耗制动过程

四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台的主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。

2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（MEL-13）或电机导轨及编码器、转速表。

3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）

4．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。

5．直流并励电动机。

6．波形测试及开关板（MEL-05）。

7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。

五．实验方法

1．并励电动机的工作特性和机械特性。

实验线路如图1-6所示

U₁：可调直流稳压电源

R₁、R_f：电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。

mA、A、V₂：直流毫安、电流、电压表（MEL-06）

G：涡流测功机

I_S：涡流测功机励磁电流调节，位于MEL-13。

a．将R₁调至最大，R_f调至最小，毫安表量程为200mA，电流表量程为2A档，电压表量程为300V档，检查涡流测功机与MEL-13是否相连，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，按实验一方法起动直流电源，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。

b．直流电机正常起动后，将电枢串联电阻R₁调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R_f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U_N=220V，Ia=I_N，n=n_N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I_f=I_fN（额定励磁电流）。

c．保持U=U_N，I_f=I_fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I_a、转速n和转矩T₂，共取数据7-8组填入表1-8中。表1-8          U=U_N=220V     I_f=I_fN=       A   K_a=    Ω

2．调速特性

（1）改变电枢端电压的调速

a．按上述方法起动直流电机后，将电阻R₁调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻R_f，使电机的U=U_N，I_a=0.5I_N，I_f=I_fN，记录此时的T₂=     N.m

b．保持T₂不变，I_f=I_fN不变，逐次增加R₁的阻值，即降低电枢两端的电压U_a，R₁从零调至最大值，每次测取电动机的端电压U_a，转速n和电枢电流I_a，共取7-8组数据填入表1-9中。

表1-9                                         I_f=I_fN=       A,T₂=      N.m

（2）改变励磁电流的调速

a．直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻R_f调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=U_N，I_a=0.5I_N，记录此时的T₂=     N.m

b．保持T₂和U=U_N不变，逐次增加磁场电阻R_f阻值，直至n=1.3n_N，每次测取电动机的n、I_f和I_a，共取7-8组数据填写入表1-10中。

表1-10                                       U=U_N=220V，T₂=         N.m

(3)能耗制动

按图1一7接线

U₁：可调直流稳压电源

R₁、R_f：直流电机电枢调节电阻和磁场调节电阻（MEL-09）

R_L：采用MEL-03中两只900Ω电阻并联。

S：双刀双掷开关（MEL-05）

a．将开关S合向“1”端，R₁调至最大，R_f调至最小，起动直流电机。

b．运行正常后，从电机电枢的一端拨出一根导线，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。

c．重复起动电动机，待运转正常后，把S合向“2”端记录停机时间。

d．选择不同R_L阻值，观察对停机时间的影响。

六．实验报告

1.由表1-8计算出 P2和η，并绘出n、T2、η=f(I_a)及n=f(T₂)的特性曲线。

电动机输出功率

P₂=0.105nT₂

式中输出转矩T₂ 的单位为N·m，转速n的单位为r／min。

电动机输入功率

P₁=UI

电动机效率

η=×100％

电动机输入电流

I =I_a +I_fN

由工作特性求出转速变化率：

Δn= ×100％

2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U_a)和n=f(I_f)。分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。

3．能耗制动时间与制动电阻R_L的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？

七．思考题

1.并励电动机的速率特性n=f(I_a)为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？

2.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？

3.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？

4.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？

第二篇：直流并励电动机实验报告

实验报告

课程名称：______电机实验_________指导老师：___ _____成绩：__________________

实验名称：_______直流并励电动机___________实验类型：________________同组学生姓名：

一、实验目的和要求

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、主要仪器设备

D17直流并励电动机，测功机，实验工作台

三、实验步骤与内容

1.记录名牌数据：额定电压220V，额定电流1.1A，额定功率185W，额定转速1600r/min，

额定励磁电流 <0.16A

2.接好线路图，如下

3.工作特性和机械特性

<1> 电动机启动前，将R1最大，Rf调至最小，测功机常规负载旋钮调至零，直流电压调至零，各个测量表均调至最大量程处。

  <2> 接通实验电路，将直流电压源调至25伏左右，在电动机转速较慢的情况下，判断其转向是否与测功机上箭头所示方向一致。若不一致，则将电枢绕组或励磁绕组反接。

   <3> 将R1调至零，调节直流电压源旋钮，使U=220V，转速稳定后将测功机转矩调零。同时调节直流电源旋钮，测功机的加载旋钮和电动机的磁场调节电阻Rf，使U=UN=220V，I=IN=1.1A，n=nN=1600r/min，记录此时励磁电流If，即为额定励磁电流IfN。

  <4> 在保持U=UN=220V，If=IfN=0.071A及R1=0不变的条件下，逐次减小电动机的负载，测取电动机输入电流I，转速n和测功机转矩M，其中必要测量额定点和空载点。

  <5> 根据公式  P2=0.105*n*M2，P1=U*I   η= P2/ P1*100%    Ia=I-IfN, 计算出Ia、P2、η

4.调速特性

  （1）改变电枢端电压的调速

       <1> 直流电动机启动后，将电枢调节电阻R1调至0，同时调节测功机、直流电源及电阻Rf，使U=UN=220V，M2=500mN.m，If=IfN=0.071A

       <2> 保持此时的M2和If=IfN，逐次增加R1的阻值,即降低电枢两端的电压Ua，测取Ua，n, I

（2）改变励磁电流的调速

    <1> 直流电动机启动后，将电阻R1和Rf调至0，同时调节测功机、直流电源，使电动机U=UN=220V，M2=500mN.m。

<2>保持此时的M2和U=UN=220V，R1=0，逐次增加Rf的阻值至n=1.1nN=1760r/min,测取电动机的n, If, I 。

四、实验数据记录，处理与分析

1．工作特性和机械特性

测得实验数据与计算数据如下表

表格一

U=UN=220V，If=IfN=0.071A，Ra=20Ω

Δn=(n0-nN)/ nN=(1768-1600)/1600=10.5%

n=f(Ia)的曲线特性

n=f(M2)的曲线特性

效率与输出功率的关系曲线

转速与输出功率的关系曲线

转矩与输出功率的关系曲线

3.调速特性

（1）改变电枢端电压的调速

测得实验数据如下表

表格二

If=IfN=0.071A，M2=500mN.m

n=f(Ua)的曲线特性

(2)改变励磁电流的调速

 测得实验数据如下表

表格三

U=UN=220V，M2=500mN.m

n=f(If)的曲线特性

(3)在恒转矩负载时，两种调速方法电枢电流变化规律

  <1>改变电枢端电压的调速时，由公式Tem=CTΦIa可知，M与If不变时，Tem与Φ均不变，故Ia也不变，于此可知Ia在实验中几乎不变，从表格二中的数据可以证实这个结论。

  <2>改变励磁电流的调速时，由公式Tem=CTΦIa可知，M不变时，Tem不变，Φ与If成正相关，因此可知Ia与If成反相关，当励磁电流减小时，Ia会增加，表格三中的数据可得，Ia=f(If)的曲线特性若下图所示

Ia=f(If)的曲线特性

（4）两种调速方法的优缺点

     改变电枢端电压调速可以连续平滑的无极调速，机械特性硬，对于轻载与重载具有明显的调速效果。但转速只能从额定转速往下调，初投资大，维护要求高。

     改变励磁电流调速在恒转矩负载时，因磁通减小，导致电枢电流Ia增大，电机效率降低，而且长时间运行会导致电机发热，故弱磁调速适合恒功率场合。弱磁调速可以连续平滑调速，改变励磁电流控制方便，但转速只能从额定转速往上调，最高转速受机械强度与换向能力的限制。

五、思考题

1.并励电动机的速率特性n=f(Ia)为什么是略微下降？是否出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机有何影响？

答：n=U/CeΦ-RaTem/CeCTΦ2=n0-βTem，为一条下垂的斜线，由于直流电动机中的Ra<< CeCTΦ2, 故β很小，只是略微下降。当Ia增加时，由于电枢反应的去磁作用，导致Φ的减小，E=CeΦn知，n会增加，故可能出现上翘现象。

2.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？

答：当M和If不变时，由E=CeΦn知，电动机转速会下降

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

答：当M和Ua不变时，由E=CeΦn知，减小励磁电流会使Φ减小，而E几乎不变，故n升高

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

答：当磁场回路断线时，Φ值骤减，但由于但由于磁滞效应，仍有剩磁存在，

由公式n=U/CeΦ-RaTem/CeCTΦ2=n0-βTem可得，n0, β均变得很大，而且β>n0,于是当负载转矩很小时，可能会导致飞速。若负载转矩较大，这可能产生制动效果