直流并励电动机的机械特性和调速
实验一直流并励电动机的机械特性和调速
一、实验目的
1、掌握用实验方法测取直流并励电动机的机械特性。
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机械特性？
2、直流电动机调速原理是什么？
三、实验项目
1、机械特性
保持U=U N和I f=I fN不变，测取n、T2，得到n=f（T2）
2、调速特性
（1）改变电枢电压调速
保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）
（2）改变励磁电流调速
保持U=U N，T2=常数，测取n=f（I f）
四、实验方法
1、实验设备
7 D51 波形测试及开关板1件
2、屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D44
3、并励电动机的机械特性
1）按图1-1接线。校正直流测功机 MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R
f1
选用D44的1800Ω阻值。
R f2选用D42的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R
1
用D44的180Ω阻值。R
2
选用
D42的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图1－1 直流并励电动机接线图
2）将直流并励电动机M的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R1调至最大值，接通控制屏下边右方的电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。
3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节校正直流测功机的励磁电流I f2为校正值（100 mA），再调节其负载电阻R2和电动机的磁场调节电阻R f1，使电动机达到额定值：
U＝U N，I＝I N，n＝n N。此时M的励磁电流I f即为额定励磁电流I fN。
4）保持U＝U N，I f=I fN，I f2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流
a
I，转速n和校正电机的负载电流I F（由校正曲线查出
电动机输出对应转矩T 2）。共取数据9-10组，记录于表1-1中。
4、调速特性
（1）改变电枢电压的调速
1）直流电动机M 运行后，将电阻R 1调至零，I f2调至校正值，再调节负载电阻R 2、电枢电压及磁场电阻R f1，使M 的U=U N ，I=0.5I N ，I f ＝I fN 记下此时MG 的I F 值。
2）保持此时的I F 值（即T 2值）和I f ＝I fN 不变，逐次增加R 1的阻值，降低电枢两端的电压Ua ，使R 1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压Ua ，转速n 和电枢电流Ia 。
3）共取数据8-9组，记录于表1-2中
（2）改变励磁电流的调速
1）直流电动机运行后，将M 的电枢串联电阻R 1和磁场调节电阻R f1调至零，将MG 的磁场调节电阻I f2调至校正值，再调节M 的电枢电源调压旋钮和MG 的负载，使电动机M 的U=U N ，I ＝0.5I N 记下此时的I F 值。
2）保持此时MG 的I F 值（T 2值）和M 的U ＝U N 不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至n ＝1.3n N ，每次测取电动机的n 、I f 和Ia 。共取 7－8组记录于表 1－3中。
五、实验报告
1、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。
六、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，减小电枢端电压，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“飞车”？为什么？
实验二三相异步电动机的启动与调速
一、实验目的
1. 通过实验掌握异步电动机的启动方式。
2. 通过实验掌握异步电动机的调速方法。
二、预习要点
1、复习异步电动机有哪些启动方法和启动技术指标。
2、复习异步电动机的调速方法。
三、实验项目
1、鼠笼式异步电动机直接启动
2、鼠笼式异步电动机星形——三角形(Y-Δ)降压启动
3、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器启动
4、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速
四、实验方法
1、实验设备
2、屏上挂件排列顺序
D33、D32、D51、D31
3、三相鼠笼式异步电机直接启动试验
图2-1 异步电动机直接启动
1) 按图2-1接线。电机绕组为Δ接法。异步电动机直接与测速发电机同轴联接，不联接负载电机DJ23。
2) 把交流调压器退到零位，开启电源总开关，按下“开”按钮，接通三相交流电源。
3) 调节调压器，使输出电压达电机额定电压220伏，使电机启动旋转，(如电机旋转方向不符合要求需调整相序时，必须按下“关”按钮，切断三相交流电源)。
4)再按下“关”按钮，断开三相交流电源，待电动机停止旋转后，按下“开”按钮，接通三相交流电源，使电机全压启动，观察电机启动瞬间电流值(按指针式电流表偏转的最大位置所对应的读数值定性计量)。
表2-1
4、三相鼠笼式异步电机星形——三角形(Y-Δ)启动
图2-2 三相鼠笼式异步电机星形——三角形启动
1) 按图2-2接线。线接好后把调压器退到零位。
2) 三刀双掷开关合向右边(Y接法)。合上电源开关，逐渐调节调压器使升压至电机额定电压220伏，打开电源开关，待电机停转。
3) 合上电源开关，观察启动瞬间电流，然后把S合向左边，使电机(Δ)正常运行，整个启动过程结束。观察起动瞬间电流表的显示值以与其它启动方法作定性比较。
表2-2
5、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器启动
电机定子绕组Y形接法
图2-3 线绕式异步电机转子绕组串电阻启动
1) 按图2-3接线。
2) 转子每相串入的电阻可用DJ17-1启动与调速电阻箱。
3) 调压器退到零位。
4) 接通交流电源，调节输出电压(观察电机转向应符合要求)，在定子电压为180伏，转子绕组分别串入不同电阻值时，测取定子电流。
5) 试验时通电时间不应超过10秒以免绕组过热。数据记入表2-3中。 表2-3
6、线绕式异步电动机转子绕组串入可变电阻器调速
1) 实验线路图同图2-3。同轴联接校正直流电机MG 作为线绕式异步电动机M 的负载，MG 的实验电路参考图1-1左接线。电路接好后，将M 的转子附加电阻调至最大。
2) 合上电源开关，电机空载起动， 保持调压器的输出电压为电机额定电压220伏，转子附加电阻调至零。
3) 调节校正电机的励磁电流I f 为校正值(100mA)，再调节直流发电机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出转矩T 2不变，改变转子附加电阻(每相附加电阻分别为0Ω、2Ω、5Ω、15Ω)， 测相应的转速记录于表2-4中。
表 2-4 U=220V I f = mA T 2= N ·
m
五、实验报告
1、比较异步电动机不同启动方法的优缺点。
2、由启动试验数据求下述三种情况下的启动电流： (1) 外施额定电压U N 。(直接法启动)
(2) 外施电压为 。(Y-Δ启动) 3、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对启动电流的影响。 4、线绕式异步电动机转子绕组串入电阻对电机转速的影响。
3N
U
六、思考题
1、起动时的实际情况和上述假定是否相符，不相符的主要因素是什么？
实验三交流伺服电动机
一、实验目的
1、掌握交流伺服电动机的机械特性及调节特性的测量方法。
2、观察交流伺服电动机的自转现象。
二、预习要点
1、对交流伺服电动机有什么技术要求？
2、交流伺服电动机有几种控制方式？
3、何谓交流伺服电动机的机械特性和调节特性？
三、实验项目
1、测交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性
2、观察自转现象
四、实验方法
2、屏上挂件排列顺序
D57、D33、D32、D41
3、幅值控制
图3-1 交流伺服电动机幅值控制接线图
1）实测交流伺服电动机α=1（即U C=U N=220V）时的机械特性
（1）关断三相交流电源，按图3-1接线。图中T1、T2选用D57挂件，V1、V2选用D33挂件。
（2）启动三相交流电源，调节调压器，使U f=220V，再调节单相调压器T2使U C=U N=220V。
（3）调节棘轮机构，逐次增大力矩T [T=（F10-F2）×3]，将弹簧称读数及电机转速记录于表3-1中。
2）实测交流伺服电动机α=0.75（即U C=0.75U N=165V）时的机械特性
（1）保持U f=220V不变，调节单相调压器T2使U C=0.75U N=165V。
（2）重复上述步骤，将所测数据记录于表3-2中。
3）实测交流伺服电动机的调节特性
（1）调节三相调压器使U f=220V，松开棘轮机构，即电机空载。逐次调节单相调压器T2。使控制电压U C从220V逐次减小直到0V。
（2）将每次所测的控制电压U C与电动机转速n记录于表3-3中。
4、观察交流伺服电动机“自转”现象
1）接线图同3-2，调节调压器使U1=127V，U C=220V，再将U C开路，观察电机有无“自转”现象。
图中T1、T2、C选用D57挂件。A1、A2表选用D32上1A档。V1、V2、V3选用D33上300V档。R1、R2选用D41挂件上90Ω并联90Ω共45Ω阻值并用万用表调定在5Ω阻值。示波器两探头地线应接图中N线，X踪和Y踪幅值量程一致，并设在迭加状态。
图3-2 交流伺服电动机幅值——相位控制接线图2）接线图同3-2一样，调节调压器使U1 =127V，U C=220V，再将U C调到0V，观察电机有无“自转”现象。
五、实验报告
1、作交流伺服电动机幅值控制时的机械特性和调节特性
2、分析实验数据及实验过程中发生的现象
六、思考题
1、分析无“自转”现象的原因？怎样消除“自转”现象？
实验四步进电动机实验
一、实验目的
1、通过实验加深对步进电动机的驱动电源和电机工作情况的了解。
2、掌握步进电动机基本特性的测定方法。
二、预习要点
1、了解步进电动机的工作情况和驱动电源。
2、步进电动机有哪些基本特性？怎样测定？
三、实验项目
1、单步运行状态
2、角位移和脉冲数的关系
3、空载突跳频率的测定
4、空载最高连续工作频率的测定
5、定子绕组中电流和频率的关系
6、平均转速和脉冲频率的关系
7、矩频特性的测定
四、实验方法
2、屏上挂件排列顺序
D54、D31、D41
3、基本实验电路的外部接线
图5-1表示了基本实验电路的外部接线。
图5-1 步进电机实验接线图
4、步进电机组件的使用说明及实验操作步骤
(1) 单步运行状态
接通电源，将控制系统设置于单步运行状态，或复位后，按执行键，步进电机走一步距角，绕组相应的发光管发亮，再不断按执行键，步进电机转子也不断作步进运动。改变电机转向，电机作反向步进运动。
(2) 角位移和脉冲数的关系
控制系统接通电源，设置好预置步数，按执行键，电机运转，观察并记录电机偏转角度，再重设置另一步数值，按执行键，观察并记录电机偏转角度于表5-1、表5-2中，并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。
表
表
(3) 空载突跳频率的测定
控制系统置连续运行状态，按执行键，电机连续运转后，调节速度调节旋钮
使频率提高至某频率（自动指示当前频率）。按设置键让步进电机停转，再重新启动电机（按执行键），观察电机能否运行正常，如正常，则继续提高频率，直至电机不失步启动的最高频率，则该频率为步进电机的空载突跳频率。
记为 Hz。
(4) 空载最高连续工作频率的测定
步进电机空载连续运转后缓慢调节速度调节旋钮使频率提高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则再缓慢提高频率，直至电机能连续运转的最高频率，则该频率为步进电机空载最高连续工作频率。记为 Hz。
(5) 定子绕组中电流和频率的关系
在步进电机电源的输出端串接一只直流电流表（注意+、-端）使步进电机连续运转，由低到高逐渐改变步进电机的频率，读取并记录5-6组电流表的平均值、频率值于表5-3中，观察示波器波形，并作好记录。
表
(6) 平均转速和脉冲频率的关系
接通电源，将控制系统设置于连续运行状态，再按执行键，电机连续运转，改变速度调节旋钮，测量频率f与对应的转速n，即n=f（f）。记录5-6组于表5-4中。
表
(7) 矩频特性的测定
置步进电机为逆时针转向，试验架上左端挂20N 的弹簧秤，右端挂30N 的弹簧秤，两秤下端的弦线套在皮带轮的凹槽，控制电路工作于连续方式，设定频率后，使步进电机启动运转，旋转棘轮机构手柄，弹簧秤通过弦线对皮带轮施加制
动力矩[力矩大小2(D
F F T ?-=）小大]，
仔细测定对应设定频率的最大输出动态力矩（电机失步前的力矩）。改变频率，重复上述过程得到一组与频率f 对应的转矩T 值，即为步进电机的矩频特性T=f （f ）。记录于表5-5中。
表
五、实验报告
经过上述实验后，须对照实验容写出数据总结并对电机试验加以小结。 1、步进电机驱动系统各部分的功能和波形试验。 (1) 方波发生器 (2) 状态选择
(3) 各相绕组间的电流关系 2、步进电机的特性 (1) 单步运行状态：步矩角 (2) 角位移和脉冲数（步数）关系 (3) 空载突跳频率 (4) 空载最高连续工作频率
(5) 绕组电流的平均值与频率之间的关系 (6) 平均转速和脉冲频率的特性n=f （f ） (7) 矩频特性T=f （f ）
六、思考题
1、平均转速和脉冲频率的关系怎样？为什么特别强调是平均转速？
2、各种通电方式对性能的影响？
实验五三相正弦波脉宽调制变频原理实验
一、实验目的
1、掌握正弦波脉宽调制变频的基本原理。
2、了解正弦波脉宽调制的载波、参考波、调制波的特点。
3、掌握低频补偿的原理。
二、预习要点
1、电机V/F变频调速的基本原理。
2、变频调速的优点。
三、实验项目
1、使用下位机控制：
1）连续改变频率观察电机的转速变化和工作情况
2、使用上位机控制：
1）给定频率观察电机转速变化和工作情况
2）观察电机在低频时，不同的补偿对电机工作的影响
3）观察额定频率设定，电机电压变化规律的不同
4）观察当补偿功能和电机频率设定， V/f曲线的变化
四、实验方法
2、实验原理
（1）正弦波SPWM变频调速方式：
正弦波脉宽调制法（SPWM）是最常用的一种调制方法，SPWM信号是通过三角波载波信号和正弦波信号相比较的方法产生，当改变正弦参考信号的幅值时，脉宽随之改变，从而改变了主回路输出电压的大小。当改变正弦参考信号的频率时，输出电压的频率即随之改变。
正弦波调制方式的特点是脉冲等幅，调节脉冲的宽度，使各脉冲的面积和与正弦波的幅值相等（或成正比例），因此，PWM调制波形中的基波为这个正弦波的参考波。在实际运用中对于三相逆变器，是由一个三相正弦波发生器产生三相参考正弦波信号，与一个公用的三角载波信号相比较，而产生三相调制波。而用DSP实现这个正弦参考波由数字方式产生。
3、实验步骤
（1）电机按“Δ”接法入实验箱，实验箱通过串口与上位机相连，在输出三相电源任意两相之间接入电压表，打开上位机软件dsp.exe，确认连接无误后，打开实验箱控制电源（注意：是控制电源，不是高压电源）。
（2）开控制电源后数码显示器显示1FFF。观察实验箱上欠压指示灯和继电器工作指示灯的状态：
①继电器工作指示灯工作，欠压指示灯不工作，按下控制键盘中的“启动”键，然后按下“加速”键，可以看到电机转动几转后停止，继电器工作指示灯熄灭，欠压指示灯工作。
②继电器工作指示灯和欠压指示灯同时工作，先按下“欠压复位”键，然后操作同①。
③继电器工作指示灯不工作，欠压指示灯工作，执行实验下一步。
使用下位机控制：
（3）确认以上操作完成以后，打开高压开关，按下“启动”键，数码显示器显示1F01，按“加速”键和“减速”键可使数码显示器在1F01和1F60之间变化，1F01和1F60分别对应1Hz和60Hz。连续按动加速键和减速键观察电机的转速变化和工作情况，观察电压表指针的变化规律。
使用上位机控制：
（4）按下“停止”键，电机停转，选择上位机控制，调制方式选为正弦波，然后通过上位机控制电机的加减速，观察电机的转速变化和工作情况。在控制电机过程中，观察上位机软件显示波形的变化。
（5）用上位机频率给定功能，给电机突加给定频率，观察电机转速变化和工作情况。
（6）使用上位机低频补偿功能，观察电机在低频时，不同的补偿对电机工作有什么影响。
（7）使用上位机的正反转功能，观察电机是如何在正反转之间切换的。（8）使用电机额定频率设定功能，观察选择50Hz和选择60Hz时电机电压的变化规律有什么不同。
（9）在使用补偿功能和电机频率设定时，观察V/f曲线有什么变化。
（10）从上位机停止电机，关闭高压，关闭控制电源，实验结束。
五、实验报告
1、画出正弦波脉冲的载波、参考波、调制波波形。
2、分析从1～50Hz围正弦波信号的幅值与频率的关系。
3、分析从50Hz～60Hz围正弦波信号的幅值与频率的关系。
六、思考题
1、低频为什么要加补偿，补偿为什么不能加的过高，如果过高会出现什么情况。
七、注意事项
1、整个系统必须先开控制电源开关，并且在开机保护指示灯处于“灭”的情况下才能开高压电源。
2、实验方法步骤要认真执行，否则可能会导致电流过大，烧坏保险丝，影响实验继续进行。
3、系统禁止频繁地在过高和过低的频率间进行切换，以免过大的冲击电流影响模块的使用寿命。
实验六三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性
一、实验目的
了解三相线绕式异步电动机在各种运行状态下的机械特性。
二、预习要点
1、如何利用现有设备测定三相线绕式异步电动机的机械特性。
2、测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。
3、如何根据所测出的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。
三、实验项目
1、测定三相线绕式转子异步电动机在R S=0时，电动运行状态和再生发电制动状态下的机械特性。
2、测定三相线绕转子异步电动机在R S=36Ω时，测定电动状态与反接制动状态下的机械特性。
四、实验方法
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械特性_及其工作特性与应用领域1
他励、串励、并励、复励直流电动机的机械 特性，及其工作特性与应用领域 一、他励直流电动机的机械特性，及其工作特性与应用领域 图中：n0为理想空载转速 n’0是实际空载转速。 他励电机的机械特性曲 线斜率小，机械硬度高。 他励直流电动机工作特性 1. 转速特性 2. 转矩特性 T T C C '=Φ 3. 效率特性 a a e e R U n I C C = + Φ Φ e T a T a T C I C I '==Φ2Fe mec Cuf a a a c 21a f 2Δ100%1() p p p I R I U P P U I I ??++++η= ?=- ?? +? ?
应用领域 他励电动机常用于转速不受负载影响又便于在大范围内调速的生产机械。如大型车床、龙门刨床。 二、串励直流电动机的机械特性， 串励电动机的机械特性为双曲线， 转速随转矩的增加而下降速率很快，称为软特性 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 工作特性
电动势平衡方程式 电动势公式 转矩平衡方程式 转矩公式 （其中，R fc 为串励绕组电阻） 应用领域 串励电机因转速可调范围广，启动扭矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。 a e a a E C n C I n '==Φe 20 T T T =+2e T a T a T C I C I '==Φa e f C C K '=T T f C C K '=2e 200 602πP T T T T n =+=+?
三、并励直流电动机的机械特性 n0为理想空载转速,与端电压有关， 直线斜率k<0,表明n是T的减函数， 其下降速率与调节电阻Rj大小有关。 Rj=0为自然机械特性 Rj不等于零为人工机械特性 Rj=0时，特征曲线接近于水平线，表示硬特性。即硬度高。工作特性
直流并励电机
专业：电子信息工程 姓名： 实验报告 课程名称：电机与拖动指导老师：卢琴芬成绩： 实验名称：直流并励电动机同组学生姓名：刘雪成李文鑫 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 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、实验内容 1．工作特性和机械特性 保持U＝U N和I f＝I fN不变，测取n、M2、n＝f(Ia)及n=f(M2)。 2．调速特性 (1)改变电枢电压调速 保持U＝U N，I f＝I fN常值，M2＝常值，测取n＝f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U＝U N，M2＝常值，R1＝0，测取n＝f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 三、实验步骤 1. 并励电动机的工作特性和机械特性 实验线路如图所示。电机选用D17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。 将电动机电枢调节电阻R l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R f，调到其电机的额定值U＝U N，I＝I N，n＝n N， 其励磁电流即为额定励磁电流I fN，在保持U=U N和I＝I fN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M，共取6—7组数据，记录于表中。
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R l调至零，同时调节负载(测功机)、直流电源及电阻R f使U＝U N、I f＝I fN、M2＝0.5 N·m，保持此时的M2的数值和I f＝I fN，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压Ua，R l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, 共取5—6组数据，记录于表中。 (2) 改变励磁电流的调速 直流电动机起动后，将电阻R l和电阻R f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＝U N，I f＝I fN，M2=0.5N·m，保持此时的M2数值和U＝U N的值，逐次增加磁场电阻R f，直至n＝1.3n N，每次测取电动机的n、I f和I，共取5—6组数据，记录于表中。 四、实验数据及处理 1. 并励电动机的工作特性和机械特性 表1－6 U＝U N＝220V，I f＝I fN＝82.1mA，Ra＝20 Ω 实验数据I （A） 1.080.990.800.520.430.280.16 n（r/min）1602161516281677169917221745 M2 (N.m) 1.060.960.860.420.320.130 计算数据Ia (A) 1.000.910.720.440.350.20.08 P2 (W)177.74 162.28 146.54 73.72 56.91 23.43 0.00 η (%)0.748 0.745 0.833 0.644 0.602 0.380 0.000 Δn＝ N N n n n 0×l00％=9.1% 1 2
他励直流电动机的机械特性曲线的分析
浅析：他励直流电动机的机械特性 在电源电压U 和励磁电路的电阻R f 为常数的条件下，表示电动机的转矩n 和转矩之间的关系n=f （T ）曲线，称为机械特性曲线。利用机械特性和负载转矩特性可以确定拖动系统的稳定转速，在一定条件下还可以利用机械特性和运动方程式分析拖动系统的动态运动情况，如转速、转矩及电流随时间的变化规律。可见，电动机的机械特性对分析电力拖动系统的启动、调速、制动等运行性能是十分重要的。 下图是他励直流电动机的电路原理图，他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直 流电动机的基本方程式导出。由公式 ， 和 导出机械特性方程式 ( 1-1 ) 他励直流电动机电路原理图 当电源电压U =常数，电枢回路总电阻R ＝常数，励磁磁通Φ＝常数时，电动机的机械特性如下图所示，是一条向下倾斜的直线，这说明加大电动机的负载，会使转速下降。特性 曲线与纵轴的交点为n 0时的转速，称为理想空载转速。 他励直流电动机的机械特性 a a a R I E U + =n E a Φe C =φa T em I C T =em T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=Φ e 0C U n =
实际上，当电动机旋转时，不论有无负载，总存在有一定的空载损耗和相应的空载转矩， 而电动机的实际空载转速 将低于n 0。由此可见式（1-1）的右边第二项即表示电动机带负载后的转速降，用 表示，则 ( 1-2 ) 式中 β——机械特性曲线的斜率。 β越大， 越大，机械特性就越“软”，通常称β大的机械特性为软特性。一般他励电动机在电枢没有外接电阻时，机械特性都比较“硬”。 机械特性的硬度也可用额定转速调整率△n N %来说明，转速调整率小，则机械特性硬度就高。 电动机的机械特性分为固有机械特性和人为机械特性 。 固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附 加电阻时的机械特性，其方程式为 固有机械特性如下图中的 曲线 所示，由于 较小，故他励直流电动机固有机械特性较“硬”。 他励直流电动机串电阻时的机械特性 人为机械特性是人为地改变电动机电路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公 式（1-1）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。 （1） 枢串电阻时的人为机械特性 此时 ，人为机械特性的方程式 与固有特性相比，理想空载转速n 0不变，但是，转速降△n 增大 。R pa 越大，△n 0 n 'n ?em em T T R n βΦ==?2T e C C n ?em N a N N T R U n 2T e e C C C ΦΦ-=a R R =a R pa a N N R R R U U +===,,ΦΦem N pa a N N T R R U n 2T e e C C C ΦΦ+-=
直流他励电动机实验报告记录
直流他励电动机实验报告记录
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电机学实验报告——直流他励电动机实验 姓名：张春 学号：2100401332
实验三直流他励电动机实验 一、实验目的 1．掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。 2．掌握直流他励电动机的调速方法。 二、实验内容 1．工作特性和固有机械特性 保持和不变，时，测取工作特性、、及 固有机械特性。 2．调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持电动机不变，常数，测取。 （2）改变励磁电流调速 保持，常数，时，测取。 3．观察能耗制动过程 三、实验说明及操作步骤 1．他励直流电动机的工作特性和固有机械特性 按图3-4接线，电阻选用挂箱上的阻值为、电流为 的可调电阻，作为直流并励电动机的起动电阻，电阻选用挂箱上的阻值为的可调电阻. 并接上励磁电流表（mA）和电枢电流表（A）。
（1）打开设备开关和设置好各个按钮状态，将电动机励磁回路电阻调至阻值最 小，电枢回路起动电阻调至阻值最大。 （2）调节直流稳压电源上的“电压调节”旋钮，使电动机输入电压为，电动机电枢回路起动电阻调至最小值，增加电动机磁场调节电阻，使电动机转速达额定值。 （3）调出电动机的额定运行点，确定电动机的额定励磁电流。 （4）在保持，不变的条件下，逐次减小电动机的负载，在额定负载到 空载范围内，测取电动机电枢电流，转速和输出转矩，共取组数据，记录于表3-1中。 表中：电动机输入功率P1＝U a I a+U f I fn，输出功率P2=0.105nT2 效率 表3-1 工作特性和固有机械特性实验数据 实 验 数 据 1.10 1.0 0.9 0.8 0.4 0.3 0. 2 16 638 169 3 171 17 34 1.18 1.08 0.9 7 0.8 6 0.4 0.2 8 0. 15 计 算 数 260 .96 238 .96 216 .96 194 .96 106 .96 84. 96 62.9 6 19818216514771.50.27.3
串励直流电动机工作原理
串励直流电动机工作原理 一、清点人数，记考勤 二、复习上节课相关知识 三、引入新课 1、组成：由定子、转子、电刷和换向器组成，如图2所示转子（电枢）：产 生电磁转矩。 转子（磁场）：产生磁场。 电刷：将直流电引入到电枢中。 换向器：保证同一磁极下电流的方向一致 1 —风扇； 2 —机座； 3 —电枢；4—主磁极；5 —电刷；6 —换向器；7 —接线板；8
—出线盒；9 —换向极；10 —端盖 图2直流电动机的组成 2、电动机的工作原理 基本工作原理：通电导体在磁场中产生电磁力，使导体产生旋转运动，实现了电能与机械能的转变。 工作情况：当蓄电池电流经过电刷引入电枢后，在线圈中有电流流过，方向如图所示根据左手定则，可以确定电磁力的方向，可见线圈在电磁力的作用下沿逆时针方向旋转。当线圈旋转过半圈后，两个换向片更换了接触的电刷，流过线圈的电流也发生了改变，但是电磁力矩的方向没有改变，这样就保证了电机始终向一个方向旋转，如图3所示。 图3直流电动机的工作原理 3、电动机的工作特性工作特性：直流串励式电动机的力矩M、转速n和功率P随电 枢电流变化的规律，如图4所示
空转制动 图4直流电动机的特性 转矩特性: 定义：电动机的转矩与电动机电流之间的关系 分析： ⑴起动瞬间，制动状态，电流值最大，电枢转速为零，力矩也相应达到最大值。且力矩与电流的平方成正比，因此力矩最大，易于发动机的起动。这就是汽车采用直流串励式电动机的主要原因。 ⑵随着转速的提高，力矩不断下降。 转速特性: 定义：电动机的转速与电动机电流之间的关系分析： ⑴当电枢电流增加时，电压降Is习R增加，在磁路未饱和时，①的值也增加，故n急剧下降。 ⑵直流串励电动机另一特性：重载时转速低，可保证发动机的安全起动，而在轻载时转速高，易造成飞车
三相异步电动机的机械特性习题
10.3 节 一、填空题 1、异步电动机的电磁转矩是由和共同作用产生的。 2、三相异步电动机最大电磁转矩的大小与转子电阻r2 值关，起动转矩的大小与转子电阻r2 关。 （填有无关系） 3、一台线式异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的旋转磁场转速，转差率，转速，最大电磁转矩，过载能力，电磁转矩。 4、若三相异步电动机的电源电压降为额定电压的0.8 倍，则该电动机的起动转矩T st =?T stN 。 5、一台频率为f1= 60Hz 的三相异步电动机，接在频率为50Hz 的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的，起动转矩变为原来的。 6、若异步电动机的漏抗增大，则其起动转矩，其最大转矩。 7、绕线式异步电动机转子串入适当的电阻，会使起动电流，起动转矩。 二、选择题 1、设计在f1= 50Hz 电源上运行的三相异步电动机现改为在电压相同频率为60Hz 的电网上，其电动机的（）。 （A）T st 减小，T max 减小，I st 增大（B）T st 减小，T max 增大，I st 减小 （C）T st 减小，T max 减小，I st 减小（D）T st 增大，T max 增大，I st 增大 2、适当增加三相绕线式异步电动机转子电阻r2时，电动机的（）。 （A）I st 减少, T st 增加, T max 不变, s m 增加（B）I st 增加, T st 增加, T max 不变, s m 增加 （C）I st 减少, T st 增加, T max 增大, s m 增加（D）I st 增加, T st 减少, T max 不变, s m 增加 3、一台运行于额定负载的三相异步电动机，当电源电压下降10%，稳定运行后，电机的电磁转矩（）。（A）T em =T N （B）T em = 0.8T N （C）T em = 0.9T N （D）T em >T N 4、一台绕线式异步电动机，在恒定负载下，以转差率s 运行，当转子边串入电阻r = 2r2',测得转差率将为 （）（r 已折算到定子边）。 （A）等于原先的转差率s （B）三倍于原先的转差率s （C）两倍于原先的转差率s （D）无法确定 5、异步电动机的电磁转矩与( )。 （A）定子线电压的平方成正比；（B）定子线电压成正比； （C）定子相电压平方成反比；（D）定子相电压平方成正比。 6、一般电动机的最大转矩与额定转矩的比值叫过载系数，一般此值应( )。 （A）等于1 （B）小于1 （C）大于1 （D）等于0 三、问答题
实习一：直流并励电动机
实验一直流并励电动机 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？ 答：工作特性：当U = U N ， R f + r f = C时，η, n ,T分别随P 2 变； 机械特性：当U = U N ， R f + r f = C时， n 随 T 变； 2.直流电动机调速原理是什么？ 答：由n=(U-IR)/Ceφ可知，转速n和U、I有关，并且可控量只有这两个，我们可以通过调节这两个量来改变转速。即通过人为改变电动机的机械特性而使电动机与负载两条特性的交点随之改变，从而达到调速的目的。 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=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-I系列电机教学实验台的主控制屏。 2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（MEL-13）、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）。
I S ：涡流测功机励磁电流调节，位于MEL-13。 （2）测取电动机电枢电流I a 、转速n和转矩T 2 ，共取数据7-8组填入表1-8中 表1-8U=U N=220V I f=I f N=K a=Ω 2．调 速 特 性 （1） 改变 电枢 端电 压的调速 f fN2 （2）改变励磁电流的调速 2= 一7接线 MEL-09） MEL-03中两只900Ω电阻 MEL-05） ．直流电动机起动前, 测功机加载旋钮调至零. 实验做完也要将测功机负载钮调到零，否则电机起动时，测功机会受到冲击。 2．负载转矩表和转速表调零.如有零误差，在实验过程中要除去零误差。 3．为安全起动, 将电枢回路电阻调至最大, 励磁回路电阻调至最小。 4．转矩表反应速度缓慢，在实验过程中调节负载要慢。 5．实验过程中按照实验要求, 随时调节电阻, 使有关的物理量保持常量, 保证实验数据的正确性。 七．实验数据及分析
实验一 直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
实验一直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性 一、实验目的 测定他励直流电动机的自然机械特性及各种电气参数变化时的人为机械特性。 通过试验掌握直流电动机在各种运行状态时的特点和能量转换的规律。 二、预习要点 1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？ 2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？ 3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。 三、实验项目 1、电动及回馈制动状态下的机械特性 2、电动及反接制动状态下的机械特性 3、能耗制动状态下的机械特性 四、实验设备及挂件排列顺序 1、实验设备 序 型号名称数量 号 1 DD01 电源控制屏1台 2 DD0 3 不锈钢电机导轨、测速系统及数显转速表1件 3 DJ15 直流并励电动机1台 4 DJ23 校正直流测功机1台 5 D51 波形测试及开关板1件 2、屏上挂件排列顺序D51 五、实验方法及步骤
按图1-1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1的量程为500V，直流电流表A2、A4的量程为200mA，A1、A3的量程为5A。R2 、R4选用R1、R3上的900Ω电阻分压接法，R1选用R2、R4上4个90Ω串联，R3选用R5上的900Ω并联加上R6上的90Ω串联和实验台面上两个1300Ω并联。开关S1、S2选用D51上的双刀双掷开关。 直流电动机运行于电动及回馈制动状态下的自然机械特性 (一)试验概述： (1)测定被试直流电动机M运行于电动状态的机械特性时，在其轴上可加负载的形式是多种多样的，然而要获得反接、回馈及能耗制动等状态时的机械特性，其最可行的方法是采用一台直流电机来做负载，利用负载机MG工作在不同的运行状态，来测出受试电动机M于不同运转状态的机械特性。 (2)本实验的自然机械特性从额定运行点开始，向空载、回馈发电方向进行，测取被试机M的n、I a然后计算它的转矩T，求得n=f(T )机械特性（由于直流电机T=C TφI，在φ保持不变时则T=I）。 (3)当被试机M运行于电动状态时(即第一象限运行)，其负载机MG处于制动运行状态（可以是发电制动状态也可以是电枢反接、转速反向的制动状态）。本实验建议采用电枢反接、转速反向的制动状态运行，使MG服从于M的转向，因此负载机MG合闸时电枢串联的电阻R3应足够大，以免负载转矩太大，引起电枢电流太大，我们可以通过调节MG的电枢串联电阻R3的大小，而调节被试机M的负载的大小。 (4)当被试机M运行于回馈发电状态时(即第二象限运行)，这时它需要负载机MG为原动机来拖动。因此负载机MG应处于正向高转速下的电动运行，这可以通过减小R3的阻值；或减小I4值而得到实现。 （二）原理和步骤 A）原理： (1)实验线路如图1-1，直流电动机的自然机械特性试验的条件是U=U N；I f=I fN；R1 = 0 求n=f(T)，因此实验 过程中应注意保持试验条件不变。 (2)当被试机M正向电动时(即运行于第一象限)： M：电枢正接，起动后R1 = 0 。 MG：电枢反接，(在R3于阻值最大时接通电源) 使负载机MG 处于反接制动运行，改变R3的阻值可以得到负载机MG的各个 不同斜率的负载特性曲线与被试机M的被测机械特性曲线相交 平衡，从而调节被试机M的负载，其运行图如图1-2所示的虚 线a、b、c、d、e点。 (3)当被试机M回馈制动运行时(即运行于第Ⅱ象限)： M：电枢正接，（被负载机MG正拖到转速大于理想空载转速）。 MG：电枢正接，通过改变磁场电阻R4使负载机的理想空载转速大于被试机的理想空载转速。然后改变R3的阻值可以得到负载机MG的各个不同斜率的负载特性曲线与被试机M的被测机械特性曲线相交平衡，从而调
直流他励电动机实验
1-2 直流他励电动机 一、实验目的 1、掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。 2、掌握直流他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=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。 2、调速特性 （1）改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。 四、实验设备及仪表 五、实验方法 1、他励电动机的工作特性和机械特性 （1）按图1-2接线。涡流测功机T在此作为直流电动机M的负载，用于测量
电动机的转矩和输出功率。R f选用D44的1800Ω阻值。R st用D44的180Ω阻值。 图1－2 直流他励电动机接线图 (2) 将直流他励电动机M的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动 电阻R st 调至最大值，接通电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 （3）M起动正常后，调节电枢电源的电压为220V，将其电枢串联电阻R st 调至零，再调节给定调节增加负载和电动机的磁场调节电阻R f ，使电动机达到 额定值U＝U N ，I＝I N ，n＝n N 。此时M的励磁电流I f 即为额定励磁电流I fN 。 （4）保持U＝U N，I f=I fN的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流I a ，转速n共取数据9-10组，记录于表1-2中。
2 、 调速特性 （1）改变电枢端电压的调速 1）直流电动机M 运行后，将电枢电阻R 1调至零，再调节给定调节增加负载、电枢电压及磁场电阻R f1，使M 的U=U N ，I=0.5I N ，I f ＝I fN 记下此时的T 2值。 2）保持此时的即T 2值和I f ＝I fN 不变，逐次增加R 1的阻值，降低电枢两端的电压U a ，使R 1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 。 3）共取数据8-9组，记录于表1-3中 六、实验报告 1、由表2-2计算出P 2和η，并给出n 、T 2、η＝f （I a ）及n ＝f （T 2）的特性曲线。 电动机输出功率： P 2＝0.105nT 2 式中输出转矩T 2的单位为N.m （由I f2及I F 值，从校正曲线T 2=f （I F ）查得），转速n 的单位为r/min 。 电动机输入功率： P 1=UI 输入电流： I=I a +I fN 电动机效率： 由工作特性求出转速变化率： 2、绘出他励电动机调速特性曲线n ＝f （U a ）。分析在恒转矩负载时的电枢电流变化规律以及优缺点。 七、思考题 1、他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？ % 100n n n %n N N 0?-= ?% 1001 2?=P P η
实验二 直流并励电动机
实验二直流并励电动机 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=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、n=f(I a)及n=f(T2)。 2.调速特性 (1)改变电枢电压调速 保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f(Ua)。 (2)改变励磁电流调速 保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。 (3)观察能耗制动过程 四．实验设备及仪器 1．NMEL系列电机教学实验台的主控制屏。 2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。 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（NMEL-06）。 5．直流并励电动机。M03 (U N=220v，I N=1.1A，n N=1600) 6．波形测试及开关板（NMEL-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NMEL-09。
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U＝U N＝221V I f=I fN=56.1mA I f2=1.1 A