电机及电气技术实验装置直流并励电动机的实验
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、η=f（Ia）、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，测取n=f（If）。
3、观察能耗制动过程
四、实验方法
1、实验设备
| 序号 | 型 号 | 名 称 | 数 量 |
| 1 | DQ03-1 | 导轨、旋转编码器及数显转速表 | 1套 |
| 2 | DQ19 | 校正直流测功机 | 1台 |
| 3 | DQ09 | 直流并励电动机 | 1台 |
| 4 | DQ22 | 直流数字电压、毫安、安培表 | 2件 |
| 5 | DQ27 | 三相可调电阻器 | 1件 |
| 6 | DQ29 | 可调电阻器、电容器 | 1件 |
| 7 | DQ31 | 波形测试及开关板 | 1件 |
2、屏上挂件排列顺序
DQ22、DQ27、DQ31、DQ22、DQ29
3、并励电动机的工作特性和机械特性
（1）按图2-6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。Rf1选用DQ29的900Ω阻值，按分压法（看第一章可调电阻器分压法的介绍）接线。Rf2 选用DQ27的900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。R1用DQ29的180Ω阻值。R2选用DQ27的900Ω串联900Ω再加900Ω并联900Ω共2250Ω阻值。
图2-6 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Rf1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。
（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If2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Rf1，使电动机达到额定值：U＝UN，I＝IN，n＝nN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。
（4）保持U＝UN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载（即增大负载电阻）。测取电动机电枢输入电流Ia，转速n和校正电机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录于表2-7中。
表2－7 U＝UN＝ V If=IfN= mA If2=100 mA
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实 验 数 据 |
Ia（A） | ||||||||||
| n（r/min） | |||||||||||
| IF（A） | |||||||||||
| T2（N·m） | |||||||||||
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计 算 数 据 |
P2（W） | ||||||||||
| P1（W） | |||||||||||
| η（％） | |||||||||||
| Δn（％） | |||||||||||
（1）电枢绕组串电阻调速
1）直流电动机M运行后，将电阻R1调至零，If2调至校正值，再调节负载电阻R2、电枢电压及磁场电阻Rf1，使M的U=UN，Ia=0.5IN，If＝IfN记下此时MG的IF值。
2）保持此时的IF值（即T2值）和If＝IfN不变，逐次增加R1的阻值，降低电枢两端的电压Ua，使R1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2-8中
表2－8 If＝IfN＝ mA IF= A(T2＝ N·m) If2=100mA
| Ua（V） | |||||||||
| n（r/min） | |||||||||
| Ia（A） |
1）直流电动机运行后，将M的电枢串联电阻R1和磁场调节电阻Rf1调至零，将MG的磁场调节电阻If2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=UN，Ia＝0.5IN记下此时的IF值。
2）保持此时MG的IF值（T2值）和M的U＝UN不变，逐次增加磁场电阻阻值：直至n＝1.3nN，每次测取电动机的n、If和Ia。共取 7－8组记录于表2－9中。
表2－9 U＝UN＝ V IF= A(T2＝ N·m) If2= 100mA
| n（r/min） | ||||||||
| If（mA） | ||||||||
| Ia（A） |
（1）按图2-7接线，其中R1选用DQ29上90Ω串90Ω共180Ω阻值，Rf1选用DQ29上的900Ω串900Ω共1800Ω阻值，RL选用DQ27上900Ω串900Ω再加上900Ω并900Ω共2250Ω阻值。
图2-7并励电动机能耗制动接线图
（2）把M的电枢串联起动电阻R1调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小位置。S1合向1端位置，然后合上控制屏下方右边的电枢电源开关，使电动机起动。
（3）运转正常后，将开关S1合向中间位置，使电枢开路。由于电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。
（4）将R1调回最大位置，重复起动电动机，待运转正常后，把S1合向RL端，记录停机时间。
（5）选择RL不同的阻值，观察对停机时间的影响（注意调节R1及RL不宜太小的阻值，以免产生太大的电流，损坏电机）
五、实验报告
1、由表2-7计算出P2和η，并给出n、T2、η＝f（Ia）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（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。
电动机输入功率： P1=UI
输入电流： I=Ia+IfN
由工作特性求出转速变化率
2、绘出并励电动机调速特性曲线n＝f（Ua）和n=f（If）。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RL的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？
六、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？