直流电机和同步电机参数实验大纲资料

直流电动机参数测量实验大纲

一、实验目的

1、掌握直流电动机参数的测定方法：用伏安法测量直流电动机的冷态电枢回路电阻和励磁回路电阻。

K。

2、获得直流电机的电动势常数

E

3、将实验中参数记录并作为下一步仿真实验模型中的参数。

二、实验原理

1、直流电动机的物理模型

直流电机是利用载流导体在磁场中会受到力的作用原理制成的，其物理模型如下图1.1所示。

图中固定部分有磁铁（称作主磁极）和电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组 (其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的) 。图1.1表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）

图1.1 直流发电动机物理模型

上设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。

2、直流电动运行原理

图1.2为直流电动机运行原理图，给两个电刷加上直流电源，如图1.2（1）所示，则有直流电流从电刷B、换向片E流入，经过线圈abcd，从换向片F、电刷A流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd受到电磁力的作用，其方向可由

图1.2 直流电动机运行原理

左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子顺时针转动。当转子转到如图1.2（2）所示的位置，电刷A、B和换向片E、F间的间隙接触，此时无电流通过，但载流导体ab和cd由于惯性继续顺时针转动，越过间隙之后电刷A与换向片E，电刷B与换向片F接触，如图1.2（3），直流电流从电刷B、换向片F流入，在线圈中的流动方向是dcba，从换向片E、电刷A流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。当转子转到如图1.2（3）所示的位置，电刷A、B和换向片E、F间的间隙接触，此时无电流通过，但载流导体ab和cd由于惯性继续顺时针转动，越过间隙之后电刷B与换向片E，电刷A与换向片F接触，如上图1.2（1）。转子将不断重复上述过程，这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。

3、直流电动机数学方程

本实验采用的直流电动机的磁极实际是通过励磁电流流经励磁绕组产生的，电动机接线如下图所示：

图1.3 直流电动机接线示意图

直流电动机电枢回路电压方程为：

E dt

di L i R u a a a a ++=a ωE K E =或n 60

2E K E π=

F F E L K i a = 式中，a u 、a i 为直流电机电枢电压电流；a L R a 、为电枢回路电阻和电感；E

为电枢感应电动势；）（为电机转子机械角速度s rad /ω；n 为转子转速（r/min ）；

E K 为电动势常数；a

F L 为磁场和电枢绕组间互感。

直流电动机励磁回路电压方程为：

dt

di L R F F F F F +=i u 式中，

为、F F u i 直流电机励磁电压和电流；F F L R 、为励磁回路电阻和电感。 直流电动机转矩方程为：

ωωB dt

d J

T T L +=-e a T e i K T =

式中，J 为转动惯量（kg 2m ⋅）；B 为粘滞摩擦系数（N.m.s ）；T K 为转矩系数，。E T K K =

根据以上方程可知，对直流电动机实验中需要测量的参数分别为：

电枢回路电阻a R 、励磁回路电阻F R 。

本实验用伏安法测电枢及励磁的冷态直流电阻。

将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁心的温度。当所测温度与室温之差不超过2K ，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，可用于计算基温定子相电阻。

三、实验设备

直流电动机：220v ，12.4A ，1500r/m ；

滑动变阻器：300欧，3A ；

电压表：300V/75V 档；

直流电流表：30A 档；

功率表：5A ，300V 档；

转速计：测量转速；

导线若干，开关，电叉。

四、实验电路和实验步骤

1、伏安法测直流电机绕组冷态电阻

1、实验接线图

图1.5 伏安法测绕组电阻

2、实验步骤

（1）按实验接线图将各元器件可靠连接。测量电枢绕组时，不接入励磁绕

组。

（2）测量室温和电机铁芯温度和室温并记录，二者比较确认电机处于冷态。

（3）将滑动变阻器R 调至最大值，然后接通电源，调节R 使实验电流为变阻器额定电流3A ，测量此时绕组的电压值和电流值并记录于表1中。

（4）将绕组旋转 120机械角，重复测量一次并记录，之后再将绕组旋转 120测量一次并记录。

2、伏安法测直流电机励磁绕组冷态电阻

1、实验接线图

图1.6 伏安法测励磁绕组电阻

2、实验步骤

（1）按实验接线图将各元器件可靠连接。测量励磁电枢绕组时，不接入绕组。

（2）将滑动变阻器R 调至最大值，然后接通电源，调节滑动变阻器R 使实验电流接近励磁电流额定值，测此时绕组电压值和电流值，并记录于附表2中。

3、伏安法测直流电机反电动势系数

1、实验接线图