并励直流电动机的认识实验与特性测试

1、北京联合大学实验报告 实验一课程（项目）名称： 并励直流电动机的认识实验与特性测试学 院： 自动化学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1501s 组员姓名： 林丁棣、周琪、杜浩文 实验项目一 并励直流电动机的认识实验与特性测试一.实验目的通过直流电机认识实验，了解实验中所用设备和仪表的使用及安全操作规程；学会并励直流电动机的接线和操作方法，掌握并励直流电动机的起动、调速和实现反转的方法；通过测取并励直流电动机工作特性和机械特性，掌握测试电机的基本技能和方法，树立工程意识，从运行的角度理解机电能量转换的原理，深入理解工作特性和机械特性的内涵，为熟练掌握和灵活运用电动机奠定基础。二.

2、实验任务1. 了解实验室概况，熟悉电源与实验设备布局，常用设备、仪表的使用及安全操作规程；2. 并励直流电动机的起动、调速与反转；3. 测取一台直流并励电动机的工作特性和机械特性。保持U=UN和If=IfN不变，测取n、T2、=f（Ia）和n=f（T2）。4. 明确电动机机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T的关系。三.实验设备与装置1.DDSZ-1型电机及电气技术实验装置结合现代教育的特点和实验教学的发展趋势，实验室配备了DDSZ-1型电机及电气技术实验装置（联网型）；该装置主要包括电源控制屏、电机导轨、涡流测功机、电动机、发电机、变压器、步进电机、交流伺服电机、直线电机实验部件、直流无刷电

3、机及控制系统以及相应的智能电机特性测试仪、智能测试仪表等实验组件挂箱。为培养学生试验分析、系统调试和解决实际工程技术问题的能力以及教师指导、管理实验进程逐步实现开放性实验创造了条件。2.电源控制屏可调直流电源40230V、3A三相可调交流电源0450V钥匙式电源总开关直流励磁电源220V、0.5A定时器兼报警记录仪三相可调输出线电压指示图3-1 DD01电源控制屏3.智能电机特性测试及控制系统智能电机特性测试系统由导轨、涡流测功机、光码盘测速系统（配日本欧姆龙1024光电码器）和智能电机特性测试控制系统组件构成，图3-2所示为智能电机特性测试系统组成图。采用此测试方式与传统的直流发电机作校正电

4、机的测功方式相比，更为方便、直观，转矩可直接读数，将大大提高实验效率和精度。涡流测功机控制箱D55-4电机导轨涡流测功机被试电机图3-2 智能电机特性测试系统组成图D55-4涡流测功机控制箱是最新研制的电机参数测量部件，它与电机实验台配套使用，采用标准小型挂件和铝制面板封装。在它内部采用新型、高速片上SOC作为主控芯片，同时配有涡流测功机的专用电源。通过精心规划的软件，可以同时快速的完成电机输出转速、输出转矩、输出功率的测量。D55-4挂件平面示意图如图3-3所示。D55-4挂件使用说明如下：使用前按照设备说明书连接好各部件，打开电源。转速显示框：显示当前的电机转速。显示范围±130

5、00r/min。转矩显示框：显示当前的电机转矩。显示范围±02Nm。功率显示框：显示当前的电机功率。显示范围0900W。清零按钮：当开始实验时，或者需要调零时点动此键（转矩显示框）。突加载开关：当指向突加载时，电机负载立即变为0，反之正常。控制方式开关：当指向转速控制时，本挂件进入转速控制模式（PID调节），反之则进入转矩控制模式。旋钮：在转速控制模式此旋钮用于设定电机转速；在转矩模式此旋钮用于设定电机负载转矩（如果发现有空段属正常现象）。10芯接口：用于连接导轨上的部件（电机的转速传感器、转矩传感器、电源）。使用注意事项：本挂件采用AC220V供电，使用时请按电工操作规程操作，否则

6、后果自负。本挂件与旋转电机配套使用，请在使用时扎好头发、衣服等以免和电机旋转轴造成危险！在使用过程中请勿用手、硬物等去抱住电机旋转轴，同时远离实验物以免造成伤害！在使用过程中发现异味、异常现象等立即停止实验，待检查后才能操作！ 4.主要实验设备表3-1 主要实验设备序号型 号名 称数 量1DD03-4导轨、涡流测功机及光码盘测速系统1台2D55-4智能电机特性测试及控制系统1台3DJ15直流并励电动机1台4D31直流电压表、毫安表、电流表1件5D44可调电阻器、电容器1件6附件连接导线约10根 要求记录实验设备编号、电机铭牌数据等。5.屏上挂件排列顺序 D55-4、D31、D44四.实验内容与

7、方法1.并励直流电动机的认识实验并励直流电动机的起动、调速与反转1）接线图 实验线路接线图如图3-4所示。并励直流电动机的电枢绕组和励磁绕组并联由同一直流电源供电。 图34 并励直流电动机实验线路图 实验接线图 电动机铭牌图R1、R2：电枢回路调节电阻和励磁回路调节电阻，均位于D44部件。 选择电阻值R1=180；R2=1800。B：涡流测功机，安装于电机导轨。U：光码盘测速系统。Is：涡流测功机励磁电流调节，位于涡流测功机控制箱D55-4。A、mA、V：直流电流表、毫安表、电压表。2）实验准备及测试步骤如下：（1）将直流并励直流电动机M的电枢串联起动电阻R1调至最大值，励磁调节电阻R2调至最

8、小值；（2）将测功机控制箱D55-4的控制方式开关，指向转矩控制模式，调节涡流测功机的控制旋钮为最小（电动机空载），闭合测功机的电源开关并将数字显示清零。（3）起动电动机。电机电源的电压调节旋钮置最小，接通电枢电源开关，逐步增加电源电压，观察电动机的起动过程（应按其规定的方向旋转），逐步调节电枢电源的电压为220V。（4）改变电枢端电压调速。M起动正常后，保持此时的If和T2不变，调节电枢串联电阻R1，由最大值逐步减小至零，测取电动机电枢端电压Ua，转速n及电枢电流值Ia记录于表3-2。 表32 If 98.20 mA T2 0.03 N·mR（R1+Ra）R1maxR11<

9、R1maxR12< R11R13< R12R1min=0Ua（V）206.3207.8211.7215.9218.2n（r/min）14921506153515671584Ia（A）0.0710.0700.0710.0710.071（5）改变励磁电流调速。直流电动机运行后，M的电枢串联电阻R1和励磁调节电阻R2调至零，保持电动机M的U=UN，记下此时的T2值（电机未施加负载转矩）。逐次增加励磁调节电阻阻值R2直至n1.2nN，每次测取电动机的n、If和Ia，共取 78组记录于表33中。注意：导线连接要牢固，严禁励磁回路开路，电动机转速不得超过1.2nN。 表33 UUN 220 V

10、 T2 0 N·mn（r/min）15911683175317901815184318781902If（mA）96.9083.9175.5671.5268.7265.6461.8359.04Ia（A）0.0690.070.0710.0720.0720.0730.0740.075 （6）改变电动机的转向。将电枢绕组或励磁绕组中的任意一个绕组的两端对调。起动电动机（注意：电枢串联起动电阻R1调至最大值，励磁调节电阻R2调至最小值），观察转向变化并记录（从电动机轴端视顺时针或逆时针）。2.并励直流电动机的特性测试1）直流并励电动机工作特性和机械特性实验线路，可参考图3-4所示接线。2）将直

11、流并励直流电动机M的电枢串联起动电阻R1调至最大值，励磁调节电阻R2调至最小值，接通电源开关，起动电动机。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。3）闭合测功机开关并将数字显示清零，在转矩模式下调节涡流测功机控制旋钮，逐步增加电机负载转矩，同时调节励磁电阻R2，使电动机达到额定运行点：UUN，IaIaN，nnN，此时电动机M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。记录额定点数据：UN、IfN、IaN、nN、电动机的输出转矩T2 =TN和输出功率P2=PN。5）保持UUN，If=IfN，从额定运行点开始，逐次减小电动机负载，直至电动机空载。测取电动机的电枢电流Ia，

12、转速n和输出转矩T2、输出功率P2，共取数据9-10组，记录于表3-4中。表34 工作特性数据 UUN 220 V If=IfN= 74.68 mA实验数据IaA1.0070.9390.860.7780.6930.6330.5630.4890.3840.063nr/min1599160916201630164016491659166916891770T2N·m1.091.010.920.830.730.660.590.510.390.01P2W183.4170.9157.7142.5126.2115.1102.189.1669.322.410计算数据IA1.0811.0130.934

13、0.8520.7670.7070.6370.5630.4580.137P1W237.82222.86205.48187.44168.74155.54140.14123.86100.7630.1477.1176.6876.7476.0274.7974.0072.8671.9868.807.9n 10.623.现象分析与实验数据处理1）对电动机认识实验中的起动过程、电动机的转速变化、旋转方向的改变等现象进行说明与分析，明确使用电动机的注意事项。2）并励直流电动机的特性测试，据测量数据计算I、P1、n并填入表中。 输入电流： I=Ia+IfN 电动机输入功率： P1=UI 电动机效率： 计算转速变化

14、率：绘制出并励电动机的工作特性和机械特性n、T、f（Ia）及nf（T）曲线(忽略T0时, TT2)。对实验数据和特性进行分析，说明结论，撰写完成实验报告。4.实验前的预习1） 什么是直流电动机的工作特性和机械特性？工作特性：电动机输入电源-电流在定子与转子之间产生电磁感应-电磁同极排斥-推动转子（定子是固定的）-转动做功-传动带动其它设备.机械特性：电动机的转速n 随转矩T而变化的特性【n=f(T)】称为机械特性。2） 并励电动机的速率特性nf（Ia）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？电枢电流不大时，电枢反应的影响很小，可以忽略不计；但当电枢电流

15、较大时，由于饱和的影响，产生去磁作用，使每极磁通量略有降低，磁通降低，转速将会上升，机械特性就会呈现上翘现象，使电动机运行不稳定。3） 如何改变电动机的旋转方向？为什么？电动机是三相异步电动机，只要改变其中任意两根线的接头就可以改变旋转方向。原理：异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向有取决于电动机的三相电流相序，因此，要改变转向只需改变电流的相序即可。对于直流电动机，可改变励磁绕组的电流方向或者改变电枢的电流方向4） 当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，会引起电动机转速如何变化？为什么？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如何

16、变化？为什么？电磁转矩与电枢电流成正比，减小电枢端电压，电枢励磁电流也会下降，电动机在新的转速下保持恒速运行。转速不变时，反电动势与励磁电流成正比，减小励磁电流，反电动势会减小，电枢电流变大，电动机会加速，直到比较高的转速，保持恒速运行。5） 他励（或并励）直流电动机调速的原理是什么？方法有几种？各有何特点？1 、降低电枢电压调速 基速以下调速 2 、电枢电路串电阻调速 3 、弱磁调速基速以上调速 各种调速成方法特点： 1 、降低电枢电压调速，电枢回路必须有可调压的直流电源，电枢回路及励磁回路电阻尽可能小，电压降低转速下降，人为特性硬度不变、运行转速稳定，可无极调速。 2 、电枢回路串电阻调速，人为特性是一族 过 n 。的射线，串电阻越大，机械特性越软、转速越不稳定，低速时串电阻大，损耗能量也越多，效率变低。调速范围受负载大小影响，负载大调速范围广，轻载调速范围小。 3 、弱磁调速，一般直流电动机，为避免磁路过饱和只能弱磁不能强磁。电枢电压保持额定值，电枢回路串接电阻减至最小，增加励磁回路电阻 Rf ，励磁电流和磁通减小，电动机转速随即升高，机械特性变软。 转速升高时，如负载转矩仍为额定值，则电动机功率将超过额定功率，电动机过载运行、这