电机学实验1实验报告
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实验报告
课程名称：电机学 指导老师：史涔溦 成绩：__________________
实验名称：直流电动机实验 实验类型：验证性实验 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
实验一 直流电动机实验
一、实验目的和要求
1、进行电机实验安全教育和明确实验的基本要求
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件
3、学习直流电动机的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法
4、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
5、掌握直流并励电动机的调速方法
6、并励电动机的能耗制动
二、实验内容和原理
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
三、主要仪器设备
1、直流电源（220V，3A，可调）
2、并励直流电动机
3、负载：测功机。与被测电动机同轴相连。
4、调节电阻。电枢调节电阻选取0-90欧，磁场调节电阻选取0—3000欧。
5、直流电压电流表。电压表为直流250V，电枢回路电流表量程2.5A，励磁回路电流表量程200mA。
四、操作方法与实验步骤
（1）并励直流电动机的起动实验
接线图：
实验时，首先将电枢回路电阻调节到最大，因为起动初n=0，而端电压为额定值，如果电枢回路电阻过小那么会因电流过大而烧坏电机。其次应该Rf调节到最小，因为当电枢电流和电动势一定时，磁通量和转速是成反比的 ，如果磁场太弱，那么会造成很大的转速，从而造成危险。调节电源电压，缓缓启动电机，观察电动机的旋转方向是否符合负载的加载方向。最后逐步减小R1，实现分级起动，直到完全切除R1.
注意每次起动前，将测功机加载旋钮置0。实验完成后，将电压和测功机加载旋钮置0。
（2）改变并励直流电动机转向实验
改变转向，即改变导体的受力方向，则改变电枢电流或者磁场的方向都可以实现。因此对调励磁绕组或者电枢绕组的极性即可。重新起动，观察转向。
（3）测量并励直流电动机的工作特性和机械特性
1、完全起动电机并获取稳定转速，使得R1=0
2、将电动机调节到额定状态，调节电源电压测功机加载旋钮及磁场调节电阻Rf，至额定状态 ：U=UN ，I=IN ，n=nN ，记下此时的If ，即IfN。
3、保持 U=UN ，If=IfN 不变 ，调测功机加载旋钮，逐渐减小电动机负载至最小，测I、n、T2。
（4）并励直流电动机的调速特性
1、改变电枢电压调速
1) 按操作1起动后，切除电枢调节电阻R1（R1=0） 2) 调节电源电压、测功机加载旋钮及磁场调节电阻Rf，使U=UN ，T2=500mN.m ， If=IfN
3）保持T2=500mN.m ， If=IfN不变 ，从零开始逐渐增加R1 至最大值，从而逐渐降低电枢端电压Ua，每次测 Ua、n、I。
2、改变励磁电流调速
1) 按操作1起动后，切除电枢调节电阻R1（R1=0)和磁场调节电阻Rf;
2) 调节电源电压、测功机加载旋钮,使U=UN ，T2=500mN.m
3）保持U=UN ，T2=500mN.m，不变 ，从零开始逐渐增加Rf，从而逐渐减小励磁电流，直至n=1.2nN，，每次测 If、n、I。
五、实验数据记录和处理
首先阅读并记录直流电机的铭牌数据：
UN=220V，nN=1600r/min，IfN<0.16A，IN=1.1A，PN=185W。
（1）并励直流电动机的起动.
实验过程记录：
空载起动时，首先使Ra调最大，Rf调最小。再调节负载转矩为0。起动后将Ra逐步调节为0，同时增大电压，使之达到额定电压，并且微调Rf使转速达到额定值。
最终测得数据：
n=1600r/min
I=0.211A
If=97.6mA
U=220V
注意到在做完实验后，将测功机加载旋钮置0(调节到最左)后，其读数仍显示为-0.03Nm
（2）并励直流电动机转向实验
实验过程记录：
在实验过程中，检查起动时的电机转速是否和测功机标定方向相同，如果不同，那么需要停机，调换电枢或者励磁绕组极性后，再次起动。
（3）并励直流电动机的工作特性和机械特性
U=UN=220V，If=IfN=81.4mA，Ra=20欧
输入电流I（A）1.1080.990.8860.7960.70.6120.5290.4410.2910.149转速n（r/min）1600160816141619162316311640165016901726输出转矩T2（Nm）0.950.850.750.650.550.450.350.250.100.00Ia(A)1.02660.90860.80460.71460.61860.53060.44760.35960.20960.0676P2(W)159.174143.131126.7633110.201893.4780976.8590660.1091443.196917.697640效率（%）65.2994965.7166965.0334862.9293360.7000657.0848751.6490344.5237127.643920
转速特性：
n与 T2的关系曲线：
（用不同曲线的拟合结果）
转矩特性：
效率特性：
（4）并励直流电动机的调速特性
1、改变电枢端电压调速
If=IfN=81.4mA , T2=500mNm
端电压Ua（V） 220 206 191 181 172 160
转速n（r/min） 1620 1516 1396 1317 1246 1156
输入电流I（A） 0.66 0.67 0.67 0.67 0.67 0.66 电枢电流Ia（A） 0.5786 0.5886 0.5886 0.5886 0.5886 0.5786
曲线的绘制：
2、改变励磁电流的调速
U=UN=220V，T2=500mNm
曲线的绘制： 转速n（r/min） 1520 1572 1602 1625 1661 1696 1728 1755
励磁回路电流（mA） 101.9 87.5 82.0 78.1 73.3 69.5 66.5 64.2
输入电流I（A） 0.65 0.65 0.66 0.66 0.68 0.68 0.69 0.70
电枢电流Ia（A） 0.5686 0.5686 0.5786 0.5786 0.5986 0.5986 0.6086 0.6186
六、实验结果与分析
1、
在并励直流电动机的工作特性和机械特性的测定实验中，保持电枢两端电压不变，励磁电流不变，观察输入电流I，转速n和输出转矩T2随着P2的变化。也就是测定转速特性、转矩特性和效率特性曲线。
1）转速特性分析：
aaeUIRnC
从公式上可以看出，当T2变小时，由于
emTaTCI，而Tem和T2呈现正相关，所以当Tem减小，Ia减小，因此n增大。由于励磁电流不变，因此总输入电流减小。而实验结果呈现的曲线也恰好符合这个规律。
并且还可以得出转速变化率为7.875%。
2）转矩特性分析：
22PT
由于当P2增大时，n略有下降，事实上得到的曲线应略向上弯曲，实验所得的图像在这一点上体现得不是特别明显，仅仅是最后的两个点略从拟合直线上移。
3）效率特性分析：
效率特性指的是U=UN，If=IfN保持不变时，效率与P2的关系曲线。效率的计算为P2与P1之比，而P1的计算公式为P1=UI。呈现出先急剧上升后趋于平缓略有下降的趋势。
另，由于效率特性难以用多项式函数或指数函数表示，故在excel拟合的时候选用了“移动平均法”，配合上平滑连接的曲线，大致表示出效率特性的走向规律。
2、改变电枢电压调速
根据公式aaeUIRnC，降低电枢电压后，转速将下降，且符合线性关系
3、改变励磁电流调速：
保持电枢电压和负载转矩不变，且使得R1=0，降低磁通密度，那么会使得转速上升，并且上升速度较快。
七、思考题
p12:
1、试说明电动机启动时，启动电阻R1和磁场调节电阻Rf应调节到什么位置，为什么？
答：启动电阻R1应该调到最大，Rf应调节到最小。因为如果Rf过大，那么磁场强度变小，可能会使得电机一下子加速到十分高的速度，远远超过额定转速，可能会对机械本身和操作者都造成伤害。而启动电阻调到最大是因为一开始由于转速很小，电动势很小，如果仅仅靠着20欧姆的电枢电阻，一下子加上220V左右的电网电压，那么会使得电枢回路电流过大，从而造成危险。当转速达到一定值后，逐渐减小Ra，逐级启动。
2、增大电枢回路的调节电阻，电机的转速是如何变化的？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？
答：电枢回路的电阻增大，如电枢电流瞬间保持不变，那么加在电枢两端的电压变大，会使得转速提升。增大励磁回路的调节电阻，转速也会提升。
3、用什么方法可以改变直流电动机的转向？
答：可以将电枢回路或励磁回路反接
4、为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？
答：如果没有接牢，接触电阻增加，那么相当于增加了励磁回路的电阻，导致磁通量变小，转速大大高于期望值。
p21
5、并励电动机的转速特性为什么会略微下降？是否出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？
答：根据公式aaeUIRnC，当U不变时，随着Ia的增大，n自然会略略下降，只不过Ra通常较小，因而斜率不大。并励电动机不会出现上翘现象，因为Ra不会为负值。上翘的速率特性的电动机，当电枢电流增大，转速升高，那么在工作时的转速将超过空载转速，而空载转速一般已经高于额定值，因此是不合理的。
