1、实 验 报 告 课程名称：电机学 指导老师：史涔溦 成绩：_实验名称：直流电动机实验 实验类型：验证性实验 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、心得实验一 直流电动机实验一、实验目的和要求1、进行电机实验安全教育和明确实验的基本要求2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件3、学习直流电动机的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法4、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5、掌握直流并励电动机的调速方法6、并励电动机的能耗制动二、
2、实验内容和原理1、并励直流电动机起动实验2、改变并励直流电动机转向实验3、测取并励直流电动机的工作特性和机械特性4、并励直流电动机的调速方法三、主要仪器设备1、直流电源（220V，3A，可调）2、并励直流电动机3、负载：测功机。与被测电动机同轴相连。4、调节电阻。电枢调节电阻选取 0-90 欧，磁场调节电阻选取 03000 欧。5、直流电压电流表。电压表为直流 250V，电枢回路电流表量程 2.5A，励磁回路电流表量程200mA。四、操作方法与实验步骤（1）并励直流电动机的起动实验接线图：实验时，首先将电枢回路电阻调节到最大，因为起动初 n=0，而端电压为额定值，如果电枢回路电阻过小那么会因电
3、流过大而烧坏电机。其次应该 Rf 调节到最小，因为当电枢电流和电动势一定时，磁通量和转速是成反比的 ，如果磁场太弱，那么会造成很大的转速，从而造成危险。调节电源电压，缓缓启动电机，观察电动机的旋转方向是否符合负载的加载方向。最后逐步减小 R1，实现分级起动，直到完全切除 R1.注意每次起动前，将测功机加载旋钮置 0。实验完成后，将电压和测功机加载旋钮置 0。（2）改变并励直流电动机转向实验改变转向，即改变导体的受力方向，则改变电枢电流或者磁场的方向都可以实现。因此对调励磁绕组或者电枢绕组的极性即可。重新起动，观察转向。（3）测量并励直流电动机的工作特性和机械特性1、完全起动电机并获取稳定转速，
4、使得 R1=02、将电动机调节到额定状态，调节电源电压测功机加载旋钮及磁场调节电阻 Rf，至额定状态 ： U=UN ， I=IN ， n=nN ，记下此时的 If ，即 IfN。3、保持 U=UN ，If=IfN 不变 ，调测功机加载旋钮，逐渐减小电动机负载至最小，测 I、n、T2。（4）并励直流电动机的调速特性1、改变电枢电压调速1) 按操作 1 起动后，切除电枢调节电阻 R1（R1=0）2) 调节电源电压、测功机加载旋钮及磁场调节电阻 Rf，使 U=UN ，T2=500mN.m， If=IfN 3） 保持保持 T2=500mN.m ， If=IfN不变不变 ，从零开始逐渐增加 R1 至最大
5、值，从而逐渐降低电枢端电压 Ua，每次测 Ua、n、I。2、改变励磁电流调速1) 按操作 1 起动后，切除电枢调节电阻 R1（R1=0)和磁场调节电阻 Rf;2) 调节电源电压、测功机加载旋钮,使 U=UN ，T2=500mN.m3） 保持保持 U=UN ， T2=500mN.m，不变，不变 ，从零开始逐渐增加 Rf，从而逐渐减小励磁电流，直至n=1.2nN，每次测 If、n、I。五、实验数据记录和处理首先阅读并记录直流电机的铭牌数据：UN=220V，nN=1600r/min，IfN0.16A，IN=1.1A，PN=185W。（1）并励直流电动机的起动.实验过程记录：空载起动时，首先使 Ra
6、调最大，Rf 调最小。再调节负载转矩为 0。起动后将 Ra 逐步调节为 0，同时增大电压，使之达到额定电压，并且微调 Rf 使转速达到额定值。最终测得数据：n=1600r/minI=0.211AIf=97.6mAU=220V注意到在做完实验后，将测功机加载旋钮置 0(调节到最左)后，其读数仍显示为-0.03Nm（2）并励直流电动机转向实验实验过程记录：在实验过程中，检查起动时的电机转速是否和测功机标定方向相同，如果不同，那么需要停机，调换电枢或者励磁绕组极性后，再次起动。（3）并励直流电动机的工作特性和机械特性U=UN=220V，If=IfN=81.4mA，Ra=20 欧输 入 电 流 I（
7、A） 1.108 0.99 0.886 0.796 0.7 0.612 0.529 0.441 0.291 0.149转 速 n（ r/min） 1600 1608 1614 1619 1623 1631 1640 1650 1690 1726输 出 转 矩T2（ Nm） 0.95 0.85 0.75 0.65 0.55 0.45 0.35 0.25 0.10 0.00Ia(A) 1.0266 0.9086 0.8046 0.7146 0.6186 0.5306 0.4476 0.3596 0.2096 0.0676P2(W) 159.174 143.131126.7633110.201893
8、.4780976.8590660.10914 43.196917.69764 0效 率 （ %） 65.2994965.7166965.0334862.9293360.7000657.0848751.6490344.5237127.64392 0转速特性：n 与 T2 的关系曲线：（用不同曲线的拟合结果）转矩特性：效率特性：（4）并励直流电动机的调速特性1、改变电枢端电压调速If=IfN=81.4mA , T2=500mNm端电压Ua（V）220 206 191 181 172 160转速n（r/min）1620 1516 1396 1317 1246 1156输入电流I（A）0.66 0.6
9、7 0.67 0.67 0.67 0.66电枢电流Ia（A） 0.5786 0.5886 0.5886 0.5886 0.5886 0.5786曲线的绘制：2、改变励磁电流的调速U=UN=220V， T2=500mNm曲线的绘制：转速n（r/min）1520 1572 1602 1625 1661 1696 1728 1755励磁回路电流（mA）101.9 87.5 82.0 78.1 73.3 69.5 66.5 64.2输入电流I（A）0.65 0.65 0.66 0.66 0.68 0.68 0.69 0.70电枢电流Ia（A） 0.5686 0.5686 0.5786 0.5786 0
10、.5986 0.5986 0.6086 0.6186六、实验结果与分析1、在并励直流电动机的工作特性和机械特性的测定实验中，保持电枢两端电压不变，励磁电流不变，观察输入电流 I，转速 n 和输出转矩 T2 随着 P2 的变化。也就是测定转速特性、转矩特性和效率特性曲线。1）转速特性分析： aeUIRnC从公式上可以看出，当 T2 变小时，由于，而 Tem 和 T2 呈现正相关，所以当 Tem 减小，Ia 减小，因此 n 增大。由于励磁电流不变，emTaI因此总输入电流减小。而实验结果呈现的曲线也恰好符合这个规律。并且还可以得出转速变化率为 7.875%。2）转矩特性分析： PT由于当 P2 增
11、大时，n 略有下降，事实上得到的曲线应略向上弯曲，实验所得的图像在这一点上体现得不是特别明显，仅仅是最后的两个点略从拟合直线上移。3）效率特性分析：效率特性指的是 U=UN，If=IfN 保持不变时，效率与 P2 的关系曲线。效率的计算为 P2 与 P1 之比，而P1 的计算公式为 P1=UI。呈现出先急剧上升后趋于平缓略有下降的趋势。另，由于效率特性难以用多项式函数或指数函数表示，故在 excel 拟合的时候选用了“移动平均法” ，配合上平滑连接的曲线，大致表示出效率特性的走向规律。2、改变电枢电压调速根据公式 ，降低电枢电压后，转速将下降，且符合线性关系aeUIRnC3、改变励磁电流调速：
12、保持电枢电压和负载转矩不变，且使得 R1=0，降低磁通密度，那么会使得转速上升，并且上升速度较快。七、思考题p12:1、试说明电动机启动时，启动电阻 R1 和磁场调节电阻 Rf 应调节到什么位置，为什么？答：启动电阻 R1 应该调到最大， Rf 应调节到最小。因为如果 Rf 过大，那么磁场强度变小，可能会使得电机一下子加速到十分高的速度，远远超过额定转速，可能会对机械本身和操作者都造成伤害。而启动电阻调到最大是因为一开始由于转速很小，电动势很小，如果仅仅靠着 20 欧姆的电枢电阻，一下子加上220V 左右的电网电压，那么会使得电枢回路电流过大，从而造成危险。当转速达到一定值后，逐渐减小Ra，逐
13、级启动。2、增大电枢回路的调节电阻，电机的转速是如何变化的？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？答：电枢回路的电阻增大，如电枢电流瞬间保持不变，那么加在电枢两端的电压变大，会使得转速提升。增大励磁回路的调节电阻，转速也会提升。3、用什么方法可以改变直流电动机的转向？答：可以将电枢回路或励磁回路反接4、为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？答：如果没有接牢，接触电阻增加，那么相当于增加了励磁回路的电阻，导致磁通量变小，转速大大高于期望值。p215、并励电动机的转速特性为什么会略微下降？是否出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？答：根据公式 ，当 U 不变时，随着
14、Ia 的增大，n 自然会略略下降，只不过 Ra 通常较小，aeIRnC因而斜率不大。并励电动机不会出现上翘现象，因为 Ra 不会为负值。上翘的速率特性的电动机，当电枢电流增大，转速升高，那么在工作时的转速将超过空载转速，而空载转速一般已经高于额定值，因此是不合理的。6、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：当电枢电压减小时，转速瞬时保持不变，此时的电磁转矩和转速反方向，输入功率小于 0，实际上电机处于回馈制动状态。之后电机工作点沿着降压后的机械特性曲线下降，直到电磁转矩和外加转矩和空载转矩的和平衡。因此转速会不断降低，直到达到新的平衡点。7、当电动机
15、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？答：减小励磁电流，那么磁通量减小，在其他物理量不变的情况下，磁通量和转速成反比。8、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？答：是。除了出现飞速，还会因为电枢电流过大而造成电枢烧坏等现象发生。9、实验心得体会答：本次实验是电机学课程的第一次实验，且和之前大二阶段的电路电子实验不同，强调两个人的配合以及分工协作能力。由于电源输出部分本身有一个输出电压和输出电流的显示表，即 DT02 区域自带的电压表和电流表，它的精度和实验台上提供的 250V 量程电压表有所不同，在逐渐升高电压，提高转速的过程中，我们选择以电压表的读数为基准，调整旋钮使其显示 220.0V。而此时输出电压显示 225V 左右，原因是加上了电流表 A1 自身的压降。在其余的实验过程中，本人负责旋钮部分（如电阻和电压的调节） ，另一名同学负责监视转速的读数以及对负载转矩大小的调整，防止因为调节过猛导致转速过快从而发生危险。
