电机学实验一 并励直流电动机
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并励直流电机起动方法：
①降低端电压起动：通过降低电机端电压来限制起动电流。
优点：起动电流小，能量损耗小；
缺点：专用电源，系统复杂。
②电枢回路串电阻起动：起动时在电枢回路串入变阻器以限制起动电流，待转速上升后再逐级切除起动电阻。（分级起动）
优点：设备简单,且始终保持较大的起动转矩，使电机有较大加速度，均匀加速；
0.491
173
1307
0.560
0.491
169
1271
0.560
0.491
（2）改变励磁电流调速
1442
1.442
0.541
112.9
1460
1.460
0.536
106.2
1477
1.477
0.537
101.2
1503
1.503
0.536
93.5
1524
1.524
0.536
88.9
1553
1.553
RMSE: 5.187
由图像可以看出，电枢端电压下降后，理想空载转速降低，人为特性曲线与固有特性曲线平行。端电压下降，转速下降。
优点：可以连续平滑的调速，对于轻载与重载具有明显的调速效果。
缺点：转速只能从而定转速往下调，初投资较大，维护要求高。
（6）改变励磁电流调速
General model Power2:
（2）电动机起动前，电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小；
（3）调节电源电压，缓缓起动电机，观察电动机转向是否符合测功机加载方向；
（4）逐渐减小电阻，直至完全切除。
2.改变并励直流电动机转向实验
对调电枢绕组或者励磁绕组的极性，重复上述操作，重新起动，观察转向；
3.测取并励直流电动机的工作特性和机械特性
Linear model Poly1:
f(x) = p1*x + p2
Coefficients (with 95% confidence bounds):
p1 = -130.1 (-137.5, -122.7)
p2 = 1738 (1733, 1743)
Goodness of fit:
SSE: 178.9
R-square: 0.9903
Adjusted R-square: 0.9896
RMSE: 3.575
由图像我们可以看出，电机转速和电枢电流之间是一条略微向下的直线，变化率大约为5%，所以可以近似看作为恒速电机。
（2）转矩特性
Linear model Poly1:
f(x) = p1*x + p2
Coefficients (with 95% confidence bounds):
0.987
1621
0.95
0.92
161.69
80.06%
1.31%
0.940
1627
0.90
0.87
153.75
80Leabharlann Baidu24%
1.69%
0.889
1632
0.85
0.82
145.66
80.74%
2.00%
0.829
1637
0.80
0.76
137.51
82.24%
2.31%
0.792
1643
0.75
0.72
（4）并励电动机在负载运行的时候，当磁场回路断线时，是否一定会出现“飞速”？为什么？
SSE: 84.26
R-square: 0.9954
Adjusted R-square: 0.9951
RMSE: 2.453
由图像可以看出，直流并励电动机的机械特性为转速和负载转矩的关系，机械特性是向下降的曲线，此时为固有机械特性。
（5）改变电枢端电压调速
Linear model Poly1:
f(x) = p1*x + p2
SSE: 254
R-square: 0.9977
Adjusted R-square: 0.9972
RMSE: 5.312
变化规律：随着If的减小，磁通逐渐减小，磁通减小导致理想空载转速的增大，同时特性曲线的斜率也随之增大，使转速减小。
优点：弱磁调速可以连续平滑调速，改变励磁电流控制比较方便。
缺点：在恒转矩负载的情况下进行改变励磁电流调速，因为刺痛减小会导致电枢电流Ia增大，导致电枢电阻上的发热功率升高，电机效率降低。而且转速只能从而定转速往上调，最高转速受机械强度与换向能力的限制。
61.79%
7.50%
2.并励直流电动机的调速特性
（1）改变电枢端电压调速
220
1664
0.560
0.491
213
1601
0.566
0.497
206
1558
0.564
0.495
200
1510
0.566
0.497
193
1458
0.564
0.495
186
1405
0.562
0.493
180
1369
0.560
129.39
81.34%
2.69%
0.748
1648
0.70
0.68
121.13
81.09%
3.00%
0.695
1655
0.65
0.63
112.95
82.02%
3.44%
0.642
1660
0.60
0.57
104.58
82.96%
3.75%
0.560
1670
0.50
0.49
87.68
81.17%
4.38%
p1 = 1.088 (1.059, 1.116)
p2 = -0.04271 (-0.06174, -0.02367)
Goodness of fit:
SSE: 0.002601
R-square: 0.998
Adjusted R-square: 0.9978
RMSE: 0.01363
由图像可以看出，电枢转矩与电枢电流的变化近似成一条经过原点、斜率为1的直线，说明电枢转矩与电枢电流之间可看成近似为正比例函数关系，不经过原点的原因是因为电机起动需要克服一些摩擦转矩等因素。
ii.改变端电压的人为机械特性
特点：理想空载转速n0低于额定电压时的理想空载转速n0故对于不同的电压U，机械特性为一簇平行线。
iii.减弱主磁通的人为机械特性
特点： 理想空载转速增加; 同一负载转矩下转速降Δn以磁通的平方比例增大。
三、主要仪器设备
1．直流电源（DT02,220V，3A可调）
2.并励直流电动机（D17）
课程名称：电机学指导老师：成绩：
实验名称：直流电机认识实验及并励直流动机实验类型：同组学生姓名：
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
1、实验目的和要求
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
0.541
82.2
1589
1.589
0.544
75.4
1625
1.625
0.552
69.3
1651
1.651
0.555
66.7
1690
1.690
0.560
62.1
1711
1.711
0.568
60.9
1730
1.730
0.571
60.0
6、实验结果与分析
1.曲线的绘制及工作特性分析
（1）转速特性
MATLAB拟合曲线结果：
③保持 不变， 不变，从零开始逐渐增加 ，从而减小励磁电流，直到 ，测量并记录 、 、 。
5、实验数据记录和处理
1.并励直流电动机工作特性和机械特性
实验测量数据
计算所得数据
1.094
1603
1.06
1.03
178.41
79.12%
0.19%
1.038
1618
1.00
0.97
169.89
79.69%
1.13%
（1）按照上述操作起动电机后，切除 ；
（2）将电动机调至额定状态。调节电源电压、测功机加载旋钮和磁场调节电阻 ，至额定状态： ， ， ，记下此时的 ，这时励磁电流即为额定励磁电流；
（3）保持 、 不变，调节测功机加载旋钮，逐渐减小电动机负载至最小，测量并记录 、 、 。
4.并励直流电动机的调速特性
（1）改变电枢电压调速
3.负载—测功机
与被测电动机同轴相连，具有调零、加载、转向显示等功能
4.调节电阻（DT04）
电枢调节电阻：
磁场调节电阻：
5.直流电压电流表（DT10）
直流电压表量程250V，电枢回路电流表量程2.5A，励磁回路电流表量程200mA
4、操作方法和实验步骤
1.并励直流电动机起动实验
（1）按照实验原理中的电路接线图，连接实物图；
（4）电动机老化产生的实验误差。
3.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？是否出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机有何影响？
答： 。由公式可以得知，当Ia增大时，转速减小，但是由于Ra很小，所以斜率 很小，所以只是略微下降。当Ia增加时，由于电枢反应的去磁作用，导致φ减小，所以可能湖即出现上翘现象。
Coefficients (with 95% confidence bounds):
p1 = 7.526 (7.282, 7.769)
p2 = 5.386 (-41.84, 52.61)
Goodness of fit:
SSE: 188.3
R-square: 0.9987
Adjusted R-square: 0.9985
缺点：起动电阻上有功率损耗。
（2）并励直流电动机组的工作特性
①转速特性
条件：
②转矩特性
条件：
③效率特性
条件：
（3）并励直流电动机组的机械特性
①固有机械特性
条件：
表达式：
②人为机械特性
条件：
i.电枢回路串电阻时的人为机械特性
特点：理想空载转速n0与固有特性相同，故改变电阻的人为机械特性为过（0，n0）点的一簇放射状直线
2.掌握直流并励电动机的调速方法
2、实验内容和原理
1.实验内容
（1）并励直流电动机起动实验
（2）改变并励直流电动机转向实验
（3）测取并励直流电动机的工作特性和机械特性
（4）并励直流电动机的调速方法（改变电枢电压调速、改变励磁电流调速）
2.实验原理
实验接线图如下图所示
（1）并励直流电动机起动实验
起动：电动机组（电动机带生产机械）从静止到某一转速下稳定运行的过程，称为起动过程
Goodness of fit:
SSE: 0.003952
R-square: 0.9128
Adjusted R-square: 0.8994
RMSE: 0.01744
由图像我们可以看出，电机的效率随着电枢电流的增大而不断增大，在起动之后的电机效率基本趋于稳定，维持在80%左右，可以近似看做电机效率随电枢电流的增长，呈现对数增长模式。
f(x) = a*x^b+c
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = 2.823e+005 (-2.114e+005, 7.759e+005)
b = -1.581 (-2.052, -1.111)
c = 1285 (1203, 1368)
Goodness of fit:
（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的转速降低？
答： 。当转矩M和励磁电流If不变时，减小点数两端的端电压，会引起电动机转速下降。
（3）当电动机的负载转矩和电枢电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？
答： 。当转矩M和电枢电压U不安地时候，减小励磁电流会减小φ，当E几乎不变的时候，转速n会随之上升
（3）效率特性
General model Power2:
f(x) = a*x^b+c
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = -0.00165 (-0.004925, 0.001624)
b = -2.896 (-4.1, -1.691)
c = 0.8142 (0.7991, 0.8293)
0.500
1680
0.43
0.43
75.85
80.00%
5.00%
0.409
1690
0.34
0.34
60.33
80.66%
5.63%
0.369
1700
0.27
0.30
48.20
73.02%
6.25%
0.322
1710
0.22
0.25
39.50
70.97%
6.88%
0.255
1720
0.14
0.19
25.28
（4）转速转矩特性
Linear model Poly1:
f(x) = p1*x + p2
Coefficients (with 95% confidence bounds):
p1 = -119.8 (-124.5, -115.1)
p2 = 1733 (1730, 1736)
Goodness of fit:
2.误差分析
（1）在启动之后，去除Ra电阻的阻值，可能没有去除干净，导致测量数据存在误差；
（2）在调速过程中，保持恒定的数据会随着变量的变化而相应发生微小变化，在多次测量的过程中，可能存在调节的恒量值与原恒量值之间的一定出入，从而导致实验误差；
（3）实验器材（直流电压表、电流表、稳压电源等）自身存在的实验测量误差；
①按操作1启动后，切除电枢调节电阻 ；
②调节电源电压、测功机加载旋钮及磁场调节电阻Rf，使 ， ， ；
③保持 不变， 不变，从零开始逐渐增加 至最大值，从而减低电枢端电压Un，测量并记录 、 、 。
（2）改变励磁电流调速
①按操作1启动后，切除电枢调节电阻 ,和磁场调节电阻 ；
②调节电源电压、测功机加载旋钮，使得 、 ；
①降低端电压起动：通过降低电机端电压来限制起动电流。
优点：起动电流小，能量损耗小；
缺点：专用电源，系统复杂。
②电枢回路串电阻起动：起动时在电枢回路串入变阻器以限制起动电流，待转速上升后再逐级切除起动电阻。（分级起动）
优点：设备简单,且始终保持较大的起动转矩，使电机有较大加速度，均匀加速；
0.491
173
1307
0.560
0.491
169
1271
0.560
0.491
（2）改变励磁电流调速
1442
1.442
0.541
112.9
1460
1.460
0.536
106.2
1477
1.477
0.537
101.2
1503
1.503
0.536
93.5
1524
1.524
0.536
88.9
1553
1.553
RMSE: 5.187
由图像可以看出，电枢端电压下降后，理想空载转速降低，人为特性曲线与固有特性曲线平行。端电压下降，转速下降。
优点：可以连续平滑的调速，对于轻载与重载具有明显的调速效果。
缺点：转速只能从而定转速往下调，初投资较大，维护要求高。
（6）改变励磁电流调速
General model Power2:
（2）电动机起动前，电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小；
（3）调节电源电压，缓缓起动电机，观察电动机转向是否符合测功机加载方向；
（4）逐渐减小电阻，直至完全切除。
2.改变并励直流电动机转向实验
对调电枢绕组或者励磁绕组的极性，重复上述操作，重新起动，观察转向；
3.测取并励直流电动机的工作特性和机械特性
Linear model Poly1:
f(x) = p1*x + p2
Coefficients (with 95% confidence bounds):
p1 = -130.1 (-137.5, -122.7)
p2 = 1738 (1733, 1743)
Goodness of fit:
SSE: 178.9
R-square: 0.9903
Adjusted R-square: 0.9896
RMSE: 3.575
由图像我们可以看出，电机转速和电枢电流之间是一条略微向下的直线，变化率大约为5%，所以可以近似看作为恒速电机。
（2）转矩特性
Linear model Poly1:
f(x) = p1*x + p2
Coefficients (with 95% confidence bounds):
0.987
1621
0.95
0.92
161.69
80.06%
1.31%
0.940
1627
0.90
0.87
153.75
80Leabharlann Baidu24%
1.69%
0.889
1632
0.85
0.82
145.66
80.74%
2.00%
0.829
1637
0.80
0.76
137.51
82.24%
2.31%
0.792
1643
0.75
0.72
（4）并励电动机在负载运行的时候，当磁场回路断线时，是否一定会出现“飞速”？为什么？
SSE: 84.26
R-square: 0.9954
Adjusted R-square: 0.9951
RMSE: 2.453
由图像可以看出，直流并励电动机的机械特性为转速和负载转矩的关系，机械特性是向下降的曲线，此时为固有机械特性。
（5）改变电枢端电压调速
Linear model Poly1:
f(x) = p1*x + p2
SSE: 254
R-square: 0.9977
Adjusted R-square: 0.9972
RMSE: 5.312
变化规律：随着If的减小，磁通逐渐减小，磁通减小导致理想空载转速的增大，同时特性曲线的斜率也随之增大，使转速减小。
优点：弱磁调速可以连续平滑调速，改变励磁电流控制比较方便。
缺点：在恒转矩负载的情况下进行改变励磁电流调速，因为刺痛减小会导致电枢电流Ia增大，导致电枢电阻上的发热功率升高，电机效率降低。而且转速只能从而定转速往上调，最高转速受机械强度与换向能力的限制。
61.79%
7.50%
2.并励直流电动机的调速特性
（1）改变电枢端电压调速
220
1664
0.560
0.491
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0.566
0.497
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0.564
0.495
200
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0.566
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193
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0.495
186
1405
0.562
0.493
180
1369
0.560
129.39
81.34%
2.69%
0.748
1648
0.70
0.68
121.13
81.09%
3.00%
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1670
0.50
0.49
87.68
81.17%
4.38%
p1 = 1.088 (1.059, 1.116)
p2 = -0.04271 (-0.06174, -0.02367)
Goodness of fit:
SSE: 0.002601
R-square: 0.998
Adjusted R-square: 0.9978
RMSE: 0.01363
由图像可以看出，电枢转矩与电枢电流的变化近似成一条经过原点、斜率为1的直线，说明电枢转矩与电枢电流之间可看成近似为正比例函数关系，不经过原点的原因是因为电机起动需要克服一些摩擦转矩等因素。
ii.改变端电压的人为机械特性
特点：理想空载转速n0低于额定电压时的理想空载转速n0故对于不同的电压U，机械特性为一簇平行线。
iii.减弱主磁通的人为机械特性
特点： 理想空载转速增加; 同一负载转矩下转速降Δn以磁通的平方比例增大。
三、主要仪器设备
1．直流电源（DT02,220V，3A可调）
2.并励直流电动机（D17）
课程名称：电机学指导老师：成绩：
实验名称：直流电机认识实验及并励直流动机实验类型：同组学生姓名：
一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
1、实验目的和要求
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
0.541
82.2
1589
1.589
0.544
75.4
1625
1.625
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0.555
66.7
1690
1.690
0.560
62.1
1711
1.711
0.568
60.9
1730
1.730
0.571
60.0
6、实验结果与分析
1.曲线的绘制及工作特性分析
（1）转速特性
MATLAB拟合曲线结果：
③保持 不变， 不变，从零开始逐渐增加 ，从而减小励磁电流，直到 ，测量并记录 、 、 。
5、实验数据记录和处理
1.并励直流电动机工作特性和机械特性
实验测量数据
计算所得数据
1.094
1603
1.06
1.03
178.41
79.12%
0.19%
1.038
1618
1.00
0.97
169.89
79.69%
1.13%
（1）按照上述操作起动电机后，切除 ；
（2）将电动机调至额定状态。调节电源电压、测功机加载旋钮和磁场调节电阻 ，至额定状态： ， ， ，记下此时的 ，这时励磁电流即为额定励磁电流；
（3）保持 、 不变，调节测功机加载旋钮，逐渐减小电动机负载至最小，测量并记录 、 、 。
4.并励直流电动机的调速特性
（1）改变电枢电压调速
3.负载—测功机
与被测电动机同轴相连，具有调零、加载、转向显示等功能
4.调节电阻（DT04）
电枢调节电阻：
磁场调节电阻：
5.直流电压电流表（DT10）
直流电压表量程250V，电枢回路电流表量程2.5A，励磁回路电流表量程200mA
4、操作方法和实验步骤
1.并励直流电动机起动实验
（1）按照实验原理中的电路接线图，连接实物图；
（4）电动机老化产生的实验误差。
3.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？是否出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机有何影响？
答： 。由公式可以得知，当Ia增大时，转速减小，但是由于Ra很小，所以斜率 很小，所以只是略微下降。当Ia增加时，由于电枢反应的去磁作用，导致φ减小，所以可能湖即出现上翘现象。
Coefficients (with 95% confidence bounds):
p1 = 7.526 (7.282, 7.769)
p2 = 5.386 (-41.84, 52.61)
Goodness of fit:
SSE: 188.3
R-square: 0.9987
Adjusted R-square: 0.9985
缺点：起动电阻上有功率损耗。
（2）并励直流电动机组的工作特性
①转速特性
条件：
②转矩特性
条件：
③效率特性
条件：
（3）并励直流电动机组的机械特性
①固有机械特性
条件：
表达式：
②人为机械特性
条件：
i.电枢回路串电阻时的人为机械特性
特点：理想空载转速n0与固有特性相同，故改变电阻的人为机械特性为过（0，n0）点的一簇放射状直线
2.掌握直流并励电动机的调速方法
2、实验内容和原理
1.实验内容
（1）并励直流电动机起动实验
（2）改变并励直流电动机转向实验
（3）测取并励直流电动机的工作特性和机械特性
（4）并励直流电动机的调速方法（改变电枢电压调速、改变励磁电流调速）
2.实验原理
实验接线图如下图所示
（1）并励直流电动机起动实验
起动：电动机组（电动机带生产机械）从静止到某一转速下稳定运行的过程，称为起动过程
Goodness of fit:
SSE: 0.003952
R-square: 0.9128
Adjusted R-square: 0.8994
RMSE: 0.01744
由图像我们可以看出，电机的效率随着电枢电流的增大而不断增大，在起动之后的电机效率基本趋于稳定，维持在80%左右，可以近似看做电机效率随电枢电流的增长，呈现对数增长模式。
f(x) = a*x^b+c
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = 2.823e+005 (-2.114e+005, 7.759e+005)
b = -1.581 (-2.052, -1.111)
c = 1285 (1203, 1368)
Goodness of fit:
（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的转速降低？
答： 。当转矩M和励磁电流If不变时，减小点数两端的端电压，会引起电动机转速下降。
（3）当电动机的负载转矩和电枢电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？
答： 。当转矩M和电枢电压U不安地时候，减小励磁电流会减小φ，当E几乎不变的时候，转速n会随之上升
（3）效率特性
General model Power2:
f(x) = a*x^b+c
Coefficients (with 95% confidence bounds):
a = -0.00165 (-0.004925, 0.001624)
b = -2.896 (-4.1, -1.691)
c = 0.8142 (0.7991, 0.8293)
0.500
1680
0.43
0.43
75.85
80.00%
5.00%
0.409
1690
0.34
0.34
60.33
80.66%
5.63%
0.369
1700
0.27
0.30
48.20
73.02%
6.25%
0.322
1710
0.22
0.25
39.50
70.97%
6.88%
0.255
1720
0.14
0.19
25.28
（4）转速转矩特性
Linear model Poly1:
f(x) = p1*x + p2
Coefficients (with 95% confidence bounds):
p1 = -119.8 (-124.5, -115.1)
p2 = 1733 (1730, 1736)
Goodness of fit:
2.误差分析
（1）在启动之后，去除Ra电阻的阻值，可能没有去除干净，导致测量数据存在误差；
（2）在调速过程中，保持恒定的数据会随着变量的变化而相应发生微小变化，在多次测量的过程中，可能存在调节的恒量值与原恒量值之间的一定出入，从而导致实验误差；
（3）实验器材（直流电压表、电流表、稳压电源等）自身存在的实验测量误差；
①按操作1启动后，切除电枢调节电阻 ；
②调节电源电压、测功机加载旋钮及磁场调节电阻Rf，使 ， ， ；
③保持 不变， 不变，从零开始逐渐增加 至最大值，从而减低电枢端电压Un，测量并记录 、 、 。
（2）改变励磁电流调速
①按操作1启动后，切除电枢调节电阻 ,和磁场调节电阻 ；
②调节电源电压、测功机加载旋钮，使得 、 ；