电机及电气技术实验装置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
了解和测定他励直流电动机在各种运转状态下的机械特性
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、实验方法
1、实验设备
| 序 号 | 型 号 | 名 称 | 数 量 |
| 1 | DQ03-1 | 电机导轨、旋转编码器及数显转速表 | 1件 |
| 2 | DQ09 | 直流并励电动机 | 1件 |
| 3 | DQ19 | 校正直流测功机 | 1件 |
| 4 | DQ22 | 直流电压、毫安、安培表 | 2件 |
| 5 | DQ26 | 三相可调电阻器 | 1件 |
| 6 | DQ27 | 三相可调电阻器 | 1件 |
| 7 | DQ29 | 可调电阻器、电容器 | 1件 |
| 8 | DQ31 | 波形测试及开关板 | 1件 |
DQ31、DQ22、DQ27、DQ26、DQ22、DQ29
图 6-1他励直流电动机机械特性测定的实验接线图
按图6-1接线，图中M用编号为DQ09的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DQ19的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为300V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。
3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性
(1) R1、R2分别选用DQ29的1800Ω和180Ω阻值，R3选用DQ27上4 只900Ω串联共3600Ω阻值，R4 选用DQ27上1800Ω再加上DQ26上6只90Ω串联共2350Ω阻值。
(2) R1阻值置最小位置，R2、R3及R4阻值置最大位置。开关S1、S2选用DQ31挂箱上的对应开关，并将S1合向1电源端，S2合向2'短接端(见图6-1)。
(3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M起动运转。调节“电枢电源”电压为 220V；调节R2阻值至零位置，调节R3阻值，使电流表A3为100mA。
(4) 调节电动机M的磁场调节电阻R1阻值，和电机MG 的负载电阻R4阻值(先调节DQ27上1800Ω阻值，调至最小后应用导线短接)。使电动机M的n=nN=1500r/min，IN=If+Ia=1.1 A。此时他励直流电动机的励磁电流If为额定励磁电流IfN。保持U=UN=220V ，If=IfN，A3表为100mA。增大R4阻值，直至空载(拆掉开关S2的2'上的短接线)，测取电动机M在额定负载至空载范围的n、Ia，共取8-9组数据记录于表6-1中。
(5) 在确定S2上短接线仍拆掉的情况下，把R4调至零值位置(其中DQ27上1800Ω阻值调至零值后用导线短接)，再减小R3阻值，使MG的空载电压与电枢电源电压值接近相等 (在开关S2两端测)，并且极性相同，把开关S2合向1'端。
(6) 保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，调节R3阻值，使阻值增加，电动机转速升高，当A2表的电流值为0A时，此时电动机转速为理想空载转速，继续增加R3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1800 r/min，测取M的n、Ia。共取8～9组数据记录于表6-2中。
(7) 停机（先关断“电枢电源”开关，再关断“励磁电源”开关， 并将开关S2合向到2'端）。
表6-1 UN=220V IfN= mA
| Ia（A） | |||||||||
| n（r/min） |
| Ia（A） | |||||||||
| n（r/min） |
(1) 在确保断电条件下，改接图6-1，R1阻值不变，R2用DQ27的900Ω与900Ω并联并用万用表调定在400Ω，R3用DQ29的180Ω阻值，R4用DQ27上1800Ω阻值加上DQ26上6只90Ω电阻串联共2340Ω阻值。
(2) S1合向1端，S2合向2'端( 短接线仍拆掉)，把电机MG电枢的二个插头对调，R1 、R3置最小值，R2置400Ω阻值， R4置最大值。
(3) 先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使电动机M 起动运转，在S2两端测量测功机MG的空载电压是否和“电枢电源”的电压极性相反，若极性相反，检查R4阻值确在最大位置时可把S2合向1'端。
(4) 保持电动机的“电枢电源”电压U=UN=220V，If=IfN不变， 逐渐减小R4阻值（先减小DQ29上1800Ω阻值，调至零值后用导线短接），使电机减速直至为零。继续减小R4阻值，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于电势反接制动状态运行，直至电动机M的Ia=IaN，测取电动机在1、4象限的n、Ia共取12～13 组数据记录于表6-3中。
(5) 停机( 必须记住先关断“电枢电源”而后关断“励磁电源”的次序，并随手将S2合向到2'端)。
表6-3 UN=220V IfN= mA R2=400Ω
| Ia（A） | ||||||||||||
| n（r/min） |
(1) 图6-1中，R1阻值不变，R2用DQ29的180Ω固定阻值，R3用DQ27的1800Ω可调电阻，R4阻值不变。
(2) S1合向2短接端，R1置最大位置，R3置最小值位置，R4调定180Ω阻值，S2合向1'端。
(3) 先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使校正直流测功机MG起动运转，调节“电枢电源”电压为220V，调节R1使电动机M的If=IfN，调节R3使电机MG励磁电流为100mA，先减少R4阻值使电机M的能耗制动电流 Ia=0.8IaN, 然后逐次增加R4阻值，其间测取M的Ia、n共取8-9组数据记录于表6-4中。
(4) 把R2调定在90Ω阻值，重复上述实验操作步骤(2)、(3)，测取M的Ia、n共取5-7组数据记录于表6-5中。
当忽略不变损耗时，可近似认为电动机轴上的输出转矩等于电动机的电
磁转矩T=CMΦIa，他励电动机在磁通Φ不变的情况下，其机械特性可以由曲线n＝f(Ia)来描述。
表6-4 R2=180Ω IfN= mA
| Ia（A） | ||||||||
| n（r/min） |
| Ia（A） | ||||||||
| n（r/min） |
根据实验数据，绘制他励直流电动机运行在第一、第二、第四象限的电动和制动状态及能耗制动状态下的机械特性n=f(Ia)(用同一座标纸绘出)。
六、思考题
1、回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点？
2、直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变，试问电磁转矩的方向是否也不变？为什么？
3、直流电动机从第一象限运行到第四象限，其转向反了，而电磁转矩方向不变，为什么？作为负载的MG，从第一象限到第四象限其电磁转矩方向是否改变？为什么？