直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性_实验报告

实验报告
课程名称：《电机与运动控制系统》实验第3次实验
实验名称：直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性实验时间：2015年xx月xx日
实验地点：xxxxxxxxxx组号__________
学号：xxxxxxxxxx
姓名：xxxxx
指导老师：xxxxxx评定成绩：___________
实验三直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性
一、实验目的
了解直流他励电动机的各种运转状态时的机械特性。

二、预习要点
1．改变直流电动机机械特性有哪些方法。

2．直流电动机回馈制动及反接制动时，能量传递关系、电势平衡方程式以及机械特性。

三、实验项目
1．直流电动机电动及回馈制动特性
2．直流电动机电动及反接制动特性
3．直流电动机能耗制动特性
四、实验线路及操作步骤
图3－1 直流他励电动机机械特性实验
实验线路如图3－1所示。

图中被试直流他励电动机选用D26。

其额定点为U
N
＝220V、
I N ＝0.55A、n
N
＝1500r/min、P
N
＝80W；励磁电流I
f
＜0.13A。

1．电动及回馈制动特性
实验线路按图3－1接线。

实验设备有：直流电动机（D26），直流负载机（D17），电机导轨，220V直流电源，220V
励磁电源，直流电压电流表，900Ω/0.41A可变电阻箱，90Ω/1.3A可变电阻箱，双刀开关，磁场调节电阻（0～3000Ω）。

量程选择为：直流电压表V1、V2量程选为250V，直流电流表量程选为：A1为0.2A，
A2为2.5A，A3为0.2A，A4为2.5A，R1选用900Ω可变电阻，R2选用两个90Ω电阻串联，R3选用磁场调节电阻（0～3000Ω），R4取阻值2250Ω（2个900Ω(0.41A)并联再与2个900Ω串联）。

若仪表自动切换量程则无需选择。

安装电机时，将被试电动机和负载电机与测功机同轴相联，旋紧固定螺丝
先将开关S
1合向1－1端，S
2
合向2－2端，R
2
、R
3
及R
4
置最大值，R
1
置最小值。

接通220V
直流可调电源，使D26电机起动，然后把R
2调至零，调节电源电压、R
1
、R
2
、R
3
及R
4
，使U
＝U
N ＝220V、n＝n
N
＝1500r/min、I
1
＋I
2
＝0.55A，此时I
1
＝I
fN
，保持D26电机的U＝U
N
＝220V、
I 1＝I
fN
不变，改变R
4
和R
3
阻值，测取在额定负载至空载范围内的n、I
2
，共取4～5组数据
记录于表3－1中。

表3－1 U
N ＝220V I
fN
＝ A
拆掉2－2端短接线，调节R
3
，使负载电机的空载电压与220V直流电源电压接近相等，
并且极性相同，把S
2合向1－1端，把R
4
阻值减小，直至为零，再调节R
3
使阻值逐渐增加，
的转速升高，当电机转速超过其理想空载转速时，则被试电动机从第一象限进入了第二象限
回馈制动状态运行，继续增加R
3阻值直至I
2
为额定值。

测取n、I
2
，共取4～5组数据记录
于表3－2中。

实验中应注意电机转速不超过2100转/分。

表3－2 U
N ＝220V I
fN
＝ A
因为M
2＝C
M
ФI
2
，而C
M
Ф为常数，则M∞I，为简便起见，只要求画n＝f ( I
2
)特性，
其图见图3-2。

图3-2 电动及回馈制动特性
2．电动及反接制动特性
实验电路图同图6－1中，其中R
1选用磁场调节电阻（0～3000Ω），R
2
选用900Ω/0.41A
可调电阻箱，R
3不用，R
4
选用阻值2250Ω（2个900Ω(0.41A)并联再与2个900Ω串联）。

其
余各量程同实验1。

先将开关S
1合向1－1端，S
2
合向2－2端(短接线拆掉)，把D17负载电机电枢二个插
头对调，R
1置最小值，R
2
置300Ω左右，R
4
置最大值。

起动D26被试电机，测量D17负载电机的空载电压是否和220V电源电压极性相反，若
极性相反可把S
2合向1－1端。

调节R
2
为900Ω，调节220V直流电源电压使U＝U
N
＝220V，
调节R
1使I
1
＝I
fN
，保持以上值不变，逐渐减小R
4
阻值，电机减速直至为零，仍减小R
4
阻值，
此时D26被试电机工作于反接制动状态运行(第四象限)，电机转速显示为负值；再减小R
4
阻值，直至D26电机的I
2为I
2N
，测取被试电机在1、4象限内的n、I
2
，共取5～6组数据记
录于表3－3中。

表3－3 R
2＝900ΩU
N
＝220V I
fN
＝ A
注意：在电机转速为零时，要记录两个被试电机的电枢电流（一个是从正转到刚停，另一个是从停止到刚反转），并分析存在这两个电流的原因。

为简便起见，画n＝f(I
2
)特性，见图3－3。

图3-3 电动及反接制动特性
3．能耗制动特性
实验电路图同图6－1中，其中R
1选用磁场调节电阻（0～3000Ω），R
2
选用360Ω电阻、
（四个90Ω电阻串联），R
3选用900Ω/0.41A可调电阻箱，R
4
选用阻值2250Ω（2个900Ω
(0.41A)并联再与2个900Ω串联）。

其余各量程同实验1。

为了能获得某一制动电阻值时的能耗动曲线，操作前把S
1合向2－2端，R
2
置360Ω，
R 1置最大值，R3置最小值，R
4
置300Ω（把两只串联电阻调在零位，把两只并联电阻调在300
Ω位置），S2合向1－1端。

起动D17负载电机，调节电源电压使U＝220V，调节R
1使D26被试电机的I
1
＝I
fN
，调节
R 3使D17负载电机的I
3
＝If＝100mA，调节R
4
并先使R
4
阻值减小，然后逐渐增加R
4
阻值，使
D26电机的制动电流在I
2N 以内测取I
2
、n，共取4～5组数据记录于表6－4中。

表3－4 R
2＝360ΩI
fN
＝mA
调节R
2为180Ω，重复上述实验步骤，测取I
2
、n，共取4～5组数据记录于表6－5中。

表3－5 R
2＝180ΩI
fN
＝mA
画出以上二条能耗制动特性曲线n＝f（I
2
），见图3－4。

图3－4 能耗制动特性
五、实验注意事项
调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻器过流引起烧坏。

六、实验报告
根据实验数据绘出D26电动机运行在第一、第二、第四象限的制动特性n=f（I
2
）及能
耗制动特性n=f（I
2
）。

七、实验数据
1.电动及回馈制动特性
表3－1 U N ＝220V I fN ＝0.1137 A
N 和I2的拟合公式为y = -234.69x + 1605.2，R2 = 0.97553，其中有两个点明显偏离其他点，故舍去，a E a E I C R C U n φ
φ
-
=
，由此可见，理想空载转速为
1605.2r/min 。

表3－2 U N ＝220V I fN ＝0.1137 A
N 和I2的拟合公式为y = -365.47x + 1627，R2 = 0.99453，电动机由正向电动运行逐渐变成正向回馈制动运行。

2.能耗制动特性
表3－4 R 2＝360Ω I fN ＝112.3
mA
N 和I2的拟合公式为y = -2959.9x - 22.581，R2 = 0.99994，能耗制动时不接电源，理想应该过原点，实际上可能存在偏差。

表3－5 R
2＝180ΩI
fN
＝114.2 mA
N和I2的拟合公式为y = -1523.5x - 5.5483，R2 = 0.99998，能耗制动时不接电源，理想应该过原点，实际上可能存在偏差，相比于R2=360欧姆，当R2=180欧姆时特性曲线更加平缓，也即制动过程更加缓慢，通过控制制动电阻阻值来控制制动的快慢程度。

八、实验数据误差分析
1、由于长时间使用，实验元器件的标称值与实际值不符，且各项性能都逐渐变差，所以引入了系统误差；
2、实验过程中由于电机的转速需要过较长时间才能稳定下来，而在读取转速时可能转速还没有稳定下来，所以引入了人为误差；
3、由于在实验过程中电机转速不够稳定，且线路存在电阻、杂散电感电容影响，所以引入了系统误差；
4、在读取实验仪器的示数时，由于是人眼读取数据，因而存在估读、错读、漏读等可能，所以引入了人为误差；
5、由于实验测量仪器不够精准，示数波动较大，所以引入了系统误差；
6、由于电机经过较长时间使用，各项性能都会变差，测量器件也会，所以引入系统误差；
九、实验小结
1、直流电动机在运行过程中，励磁回路绝不可以断开，即绝不可以失磁，因为如果失磁，由于剩磁作用电机的转速将会迅速升高，有可能引发严重的事故；
2、相比于R2=360欧姆，当R2=180欧姆时特性曲线更加平缓，也即制动过程更加缓慢，因此可以通过控制制动电阻阻值来控制制动的快慢程度；
3、由于电机控制步骤和注意事项较多，所以在做电机实验时应该小心谨慎，不能够过于急躁，避免发生事故；
4、在接通电机电源之前，一定要保证线路连接没有问题，励磁回路和电枢回路都要仔细检查一遍，这样才能尽可能避免事故；
5、在做电机实验时，由于所做实验内容较多，所以每次实验前应该先预习一下实验内容的理论基础知识，这样做实验时才能够事半功倍；
6、由于在测电机转速时，需要等待较长时间，因此要有足够的耐心，否则如果过于急躁，那么没有等到电机稳定下来就读取电机转速，会给实验结果引入很大的人为误差；
十、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?
答：理想空载点处Ia=0，也即电枢回路电流为0时为理想空载点。

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？
答：会变为负值，因为此时电枢回路电流方向改变了，而a
T e I C T φ=，前两项都
没有变，Ia 变方向了，所以电磁转矩会改变方向。

3．实验机组，当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，从第一到第四象限其电磁转矩方向是否改变？为什么？
答：
①当电动机从第一象限运行到第四象限，此时拖动位能性负载，为反向回馈制动运行，此时U 反向，n 反向，Te 与n 相反，所以方向不变；
②作为负载的，从第一到第四象限其电磁转矩方向不变，因为负载转矩和电动机的电磁转矩始终相反，电磁转矩方向不变，故负载转矩方向也不变。

11。