第一章直流电机部分

1、第一章直流电机实验一直流电机一. 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、改变电机方向与 调速的方法。.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。三. 实验项目1. 了解MEL系

2、列电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、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。四. 实验设备及仪器1. MEL-I系列电机系统教学实验台主控制屏2. 电机导轨及测功机（或电机导轨及校正直流发电机卜转速转矩测量挂箱（MEL-13）3. 直流并励电动机（M03）4 . 220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部）5. 电机起动箱（MEL-09。6. 直流电压、毫安、安培表（MEL-06 ）。五. 实验说明及操作步骤1 由实验指导人员讲解电机实验的基本要

3、求，实验台各面板的布置及使用方法， 注意事项。2. 在控制屏上按次序悬挂 MEL-13、MEL-09组件，并检查 MEL-13和涡流测功机 的连接。3 用伏安法测电枢的直流电阻，接线原理图见图1-1。图1-1测电枢绕组直流电阻接线图U :可调直流稳压电源R: 3000Q磁场调节电阻（MEL-09 ）V :直流电压表（MEL-06 ） 20V档或万用表直流20V档A :直流安培表（MEL-06 ） 2A档M :直流电机电枢表1-1室温C序号Um (V)Ia ( A )R (Q)Ra平均(Q)Raref (Q)1Ra11Ra1Ra12Ra132Ra21Ra2Ra22Ra233Ra31Ra3Ra32

4、Ra33表中 Ra1= ( Ra11 + Ra12+Ra13)/3Ra2= ( Ra21 + Ra22+R a23) /3Ra=(Ra1+ Ra2+ Ra3)/3Ra3= ( Ra31 + Ra32+Ra33)/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：Raref=Ra235ref235式中Raref 换算到基准工作温度时电枢绕组电阻。(Q)Ra电枢绕组的实际冷态电阻。(Q)9 ref基准工作温度，对于E级绝缘为75C。0 a 实际冷态时电枢绕组的温度。(C)4 .直流仪表、转速表和变阻器的

5、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) 电机额定转速为1600r/min，若采用指针表和测速发电机，则选用 1800r/min 量程档。若采用光电编码器，则不需要量程选择。(4) 变阻器的选择变阻器选用的原则是根据实验

6、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MEL-09组件的100Q /1.22A电阻，磁场回路调节选用MEL-09 的 3000 Q /200mA 可调电阻。5.直流电动机的起动1_O图1-2直流他励电动机接线图Ri：电枢调节电阻(MEL-09 ) Rf：磁场调节电阻(MEL-09 ) M :直流并励电动机 M03 : G :涡流测功机Is :电流源，位于 MEL-13，由“转矩设定”电 位器进行调节。实验开始时， 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。U1：可调直流稳压电源U2：直流

7、电机励磁电源 V1：可调直流稳压电源自带电压表V2：直流电压表，量程为 300V档，位于 MEL-06A :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。(1) 按图1-2接线，检查 M、G之间是否用联轴器联接好，电机导轨和MEL-13 的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确选择。(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，转矩设定电位器（位于MEL-13 ）逆时针调到底（目的是空载起动）。（3）开启控制屏的总电源控制钥匙开关至“开”位置，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

8、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Ri电阻至最小（电枢回路中串 Ri是为了限制起动电流，起动完成后Ri 就可调至最小）。6 .调节他励电动机的转速。（1）分别改变串入电动机 M电枢回路的调节电阻 Ri和励磁回路的调节电阻 Rf（2） 调节转矩设定电位器，注意电枢回路电流不要超过1.1A，以上两种情况可分 别观察转速变化情况7 .改变电动机的转向将电枢回路调节电阻 Ri调至最大值，“转矩设定”电位器逆时针调到零， 先断开电 枢电源（可调直流电源），再断开励磁电源，使他励电动机停机，将电枢或励磁

9、回路的 两端接线 对调后，再按前述起动电机，观察电动机的转向及转速表的读数。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 Rf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Ri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Ri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，后断开励磁电源 。同时，必须将 电枢串联电阻Ri调回最大值，励磁回路串联的电阻 Rf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. 画出直流并励电动机电枢串电阻起动的接线图。说明电动机起动时，

10、起动电阻Ri和磁场调节电阻 R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. 为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？实验二直流发电机一.实验目的1 掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该 被试电机的有关性能。2 .通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。.预习要点1什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。2. 做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？3. 并励发电机的自励条件有哪些？

11、当发电机不能自励时应如何处理？4. 如何确定复励发电机是积复励还是差复励？三. 实验项目1. 他励发电机（1）空载特性：保持 n=nN使i=o,测取uo=f（i f）。外特性：保持 n=nN使i f =ifN，测取u=f（i）。调节特性：保持 n=nN,使u=in,测取if =f（i）。2. 并励发电机（1）观察自励过程测外特性：保持 n=nN使R2 =常数,测取u=f（i）。3. 复励发电机积复励发电机外特性：保持n=nN使r=常数，测取u=f（i）。四. 实验设备及仪器1 . MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-1、MEL-IIA、B ）。2 电机导轨及测功机，转矩转速测量组件（ME

12、L-13 ）或电机导轨及转速表。3 .直流并励电动机 M03。4 .直流复励发电机 M01。5 直流稳压电源（位于主控制屏下部）。6 .直流电压、毫安、安培表（MEL-06 ）。7 .波形测试及开关板（MEL-05 ）。8三相可调电阻 900Q（ MEL-03 ）。9三相可调电阻 90Q（ MEL-04 ）。10 .电机起动箱（MEL-09 ）。五. 实验说明及操作步骤1 .他励发电机。按图1-3接线图1-3直流他励发电机接线图G :直流发电机 M01 , Pn=100W , Un=200V , In=0.5A , NN=1600r/minM :直流电动机 M03，按他励接法S1、S2：双刀双

13、掷开关，位于MEL-05Ri：电枢调节电阻 100Q /1.22A，位于 MEL-09。Rfi:磁场调节电阻 3000 Q/200mA，位于 MEL-09。Rf2 :磁场调节变阻器，采用MEL-03最上端900 Q变阻器，并采用分压器接法。R2：发电机负载电阻，采用 MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值 为2250Q （ 900 Q与900 Q电阻串联加上 900 Q与900 Q并联）。调节时先调节串联部分， 当负载电流大于 0.4A时用并联部分，并将串联部分阻值调到最小并用导线短接以避免 烧毁熔断器。mAi、Ai:分别为毫安表和电流表，位于直流电源上。Ui、U2:分别为可调直

14、流稳压电源和电机励磁电源。V2、mA2、A2：分别为直流电压表 （量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA 档），直流安倍表（量程为2A档）（1）空载特性a. 打开发电机负载开关 S2,合上励磁电源开关 Si,接通直流电机励磁电源，增大 Rf2,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Ri至最大，磁场调节电阻 Rfi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。b 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

15、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 Ri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Rfi，使电动机（发电机）转速达到 i600r/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 Rf2,使发电机空载电压达 V0=1.2Un （240V）为止。f. 在保持电机额定转速（1600r/min）条件下（靠调节Rfi来保持），从Uo=1.2Un开始，单方向调节分压器电阻Rf2，使发电机励磁电流逐次减小，直至lf2=O。每次测取发电机的空载电压Uo和励磁电流If2,只取7-8组数据，填入表1-2中，其中U

16、o=Un和If2=O两点必测，并在 Uo=Un附近测点应较密。表 1-2n=n N=1600r/minUo (V)If2 ( A )（2）外特性a.在空载实验后，把发电机负载电阻R2调到最大值（把 MEL-03中间和下端的变阻器逆时针旋转到底），合上负载开关S2。b .同时调节电动机磁场调节电阻Rfi，发电机磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2,使发电机的n=n n,U=Un （200V）, I=In （ 0.5A ），该点为 发电机的额定运行点，其励磁电 流称为额定励磁电流lf2N=A.c.保持n=nN和lf2=lf2N不变（靠调节Rfi和Rf2来保持，逐渐增加负载电阻，即减 少发电机负载电流，

17、在额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，直到空载（断开开关 S2）,共取6-7组数据，填入表1-3中。其中额定和空载两点 必测。表 1-3n=n N=1600r/minl f2=l f2Nu (V)l ( a )（3）调整特性a.断开发电机负载开关S2,调节发电机磁场电阻Rf2,使发电机空载电压达额定值（Un=200V ）b .保持发电机n=nN （靠调节Rf1来保持）,合上负载开关 S2，调节负载电阻 R2, 逐次增加发电机输出电流I，同时相应调节发电机励磁电流If2,使发电机端电压保持额定值U=Un，从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流I和励磁电流I

18、f2,共取5-6组数据填入表1-4中。表 1-4n=nN=1600r/min,U=U n=200Vl (A)lf2 (A)2. 并励直流发电机图1-4直流并励发电机接线图（1）观察自励过程a.断开主控制屏电源开关，即按下红色按钮，钥匙开关拨向“关”。按图1-4接线Ri、Rfi：电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。Ai、mAi:直流电流表、毫安表，位于可调直流电源和励磁电源上。mA2、A2:直流毫安表、电流表位于MEL-06。Rf2: MEL-03中二只900 Q电阻相串联，并调至最大。R2:采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为 2250QoSi、S2：位于

19、 MEL-05Vi、V2:直流电压表，其中 Vi位于直流可调电源上，V2位于MEL-06 ob .断开Si、S2，按前述方法起动电动机（从转速表观察电机转向，要求正转） 调节电动机转速，使发电机的转速n=nN,用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励进行充磁。c.合上开关 Si，逐渐减少 Rf2，观察电动机电枢两端电压，若电压逐渐上升，说 明满足自励条件，如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。(2)外特性a. 在并励发电机电压建立后，调节负载电阻R2到最大，合上负载开关S2,调节电动机的磁场调节电阻Rfi，发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻 R2

20、，使发电机n=nN,U=UN, |=|n。b .保证此时Rf2的值和n=nN不变的条件下，逐步减小负载，直至1=0，从额定到负载运行范围内，每次测取发电机的电压 U和电流I,共取6-7组数据，填入表1-5中, 其中额定和空载两点必测。表 1-5n=n N=1600r/mi nRf2=AU (V)I ( a )3. 复励发电机(1)积复励和差复励的判别a. 接线如图1-5所示R1、Rf1：电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。A1、mA1 :直流电流、毫安表V2、A2、mA2：直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06组件。Rf2 :采用 MEL-03中两只900 Q电阻串联。R2:

21、采用MEL-03中四只900Q电阻串并联接法，最大值为2250 Q。S1、S2：单刀双掷和双刀双掷开关，位于MEL-05开关板上。按图接线，先合上开关 S,将串励绕组短接，使发电机处于并励状态运行，按上述 并励发电机外特性试验方法，调节发电机输出电流1=0.51 n, n=nN, U=U。b. 打开短路开关 S1,在保持发电机 n, Rf2和R2不变的条件下，观察发电机端电 压的变化，若此电压升高即为积复励， 若电压降低为差复励，如要把差复励改为积复励, 对调串励绕组接线即可。图1-5直流复励发电机接线图(2)积复励发电机的外特性。实验方法与测取并励发电机的外特性相同。先将发电机调到额定运行点

22、，n=nN, U=U,1=1 n,在保持此时的Rr2和n=nN不变的条件下，逐次减小发电机负载电流，直至1=0。从额定负载到空载范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，记录于表1-6中，其中额定和空载两点必测。表 1-6n=nn = r/ minR 彳2=常U (V)I (A)六. 注意事项1. 起动直流电动机时，先把 Ri调到最大，R2调到最小，起动完毕后，再把 R调到 最小。2. 做外特性时，当电流超过0.4安时，R2中串联的电阻必须调至零，以免损坏。七. 实验报告1. 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。2.在同

23、一张座标上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。分别算出三种励磁方式的电压变化率: U=UnUn100并分析差异的原因。3. 绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增 加时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。八. 思考题1. 并励发电机不能建立电压有哪些原因？2. 在发电机一电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低？为了保持发电机的转速 n=nN,应如何调节？实验三直流并励电动机一.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

24、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=IN 和 If =I fN 不变，测取 n=f(I a)及 n=f(T 2)。2. 调速特性 改变电枢电压调速保持 U=UN、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=IN, T2 =常数，Ri =0，测取 n=f(l f)。(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

25、、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 900Q( 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iRf图1-6直流并励电动机接线图Ri、Rf：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Is:涡流测功机励磁电流 调节，位于MEL-13。a.正常起动电机并 使电机正转（即将Ri调 至最大，Rf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

26、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. 将直流电动机调至额定状态（即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 Rf和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U n=220V , Ia=lN, n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流lf=|fN （额定励磁电流）。）c. 测取机械特性 n=f（T 2）和工作特性n=f（I

27、 a）（即保持U=U n , If=IfN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la、转速n和转矩T2,共取数据7-8组填入表1-8中）。实 验 数 据la ( A )n (r/min )T2 (N.m)计 算 数 据P2 (w)P1 (w)n( %) n (%)表1-8U = U n = 220VIf= IfN =AK a=Q2 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Ri调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻 Rf,使电机的U=U n, Ia=0.5lN, I f=IfN，记录此时的T2=N.mb .保

28、持T2不变(通过调节转矩控制电位器来保持)，lf=l fN不变(通过调节 Rf来保持)，逐次增加 Ri的阻值，即降低电枢两端的电压Ua, Ri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la，共取7-8组数据填入表1-9中。表 1-9I f=|fN=A,T 2=N.mUa ( V )n (r/min )la (A)(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Rf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=Un , Ia=0.5lN，记录此 时的T2=N.mb .保持T2和U=U n不变，逐次增加磁场电阻Rf阻值，直至n=1.3nN，每次测取电动机的n、If和la,共取7-8组数据填写入表1-10中。表 1-10U=U n=220V , T2=N.mn (r/min )If (A)Ia (A)能耗制动Ul图1-7直流并励电动机能耗制动接线图按图1 一 7接线Ui :可调直流稳压电源R1、R仁直流电机电枢 调节电阻和磁场调节电阻(MEL-09)Rl :采用MEL-03中两只900 Q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