电机实验一
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实验一直流并励电动机
一．实验目的
1．学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。
3．学会直流电机电枢电阻的测量方法。
4．掌握直流他励电动机的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。
二．预习要点
1.什么是直流电动机的工作特性和机械特性？
答：工作特性：当U = U N，R f + r f = C时，η, n ,T分别随P2变；
机械特性：当U = U N，R f + r f = C时，n 随T 变；
2.直流电动机调速原理是什么？
答：由n=(U-IR)/C eφ可知，转速n和U、I有关，并且可控量只有这两个，我们可以通过调节这两个量来改变转速。
即通过人为改变电动机的机械特性而使电动机与负载两条特性的交点随之改变，从而达到调速的目的。
三．实验项目
1．观察直流电动机结构
2．了解MCL电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。
3.工作特性和机械特性
保持U=UN 和If =IfN 不变，测取n=f(Ia)及n=f(T2)。
4.调速特性
(1)改变电枢电压调速
保持U=UN 、If=IfN =常数，T2 =常数，测取n=f(Ua)。
(2)改变励磁电流调速
保持U=UN，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(If)。
四．实验设备及仪器
1．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（MEL-13）、编码器、转速表。
2．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）
3．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。
4．直流并励电动机。
5．波形测试及开关板（MEL-05）。
6．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。
五．实验内容
（一）观察直流电动机结构，并记录直流时机主要铭牌数据，填入表1-1。
（二）直流电动机的起动
R1：电枢调节电阻（NMEL-09）
Rf
：磁场调节电阻（NMEL-09）
M：直流并励电动机M03：
G：涡流测功机
IS：电流源
U1：可调直流稳压电源
U2：直流电机励磁电源
V1：可调直流稳压电源自带电
压表
V2：直流电压表，量程为300V
档
A：可调直流稳压电源自带电流
表
mA：毫安表。
（1）按图1-1接线，检查M、G之间是否用联轴器联接好，电机导轨和实验台测功机部分的连接线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确选择。
（2）将电机电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻调至最小，转矩设定电位器（位于实验台测功机部分）逆时针调到底。
（3）开启控制屏的总电源控制钥匙开关至“开”位置，按次序按下绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船形开关和可调直流电源船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管亮，指示直流电压已建立，旋转电压调节电位器，使可调直流稳压电源输出220V电压。
（4）减小R1电阻至最小，电机起动完毕。
（三）并励电动机的工作特性和机械特性
（1）电动机启动前，将R1最大，Rf调至最小，测功机常规负载旋钮调至零，直流电压调至零，各个测量表均调至最大量程处。
（2）接通实验电路，将直流电压源调至25伏左右，在电动机转速较慢的情况下，判断其转向是否与测功机上箭头所示方向一致。
若不一致，则将电枢绕组或励磁绕组反接。
（3）将R1调至零，调节直流电压源旋钮，使U=220V，转速稳定后将测功机转矩调零。
同时调节直流电源旋钮，测功机的加载旋钮和电动机的磁场调节电阻Rf，使U=UN=220V，
图1-1 直流他励电动机接线图
I=IN=1.1A ，n=nN=1600r/min ，记录此时励磁电流If ，即为额定励磁电流IfN 。
（4）在保持U=UN=220V ，If=IfN=0.071A 及R1=0不变的条件下，逐次减小电动机的负载，测取电动机输入电流Ia ，转速n 和测功机转矩T2。
（5）将测量结果填入表1-2，并计算出Ia 、P2、η 电动机输出功率P2=0.105nT2
式中输出转矩T2 的单位为N ·m ，转速n 的单位为r ／min 。
电动机输入功率：P1=UI 电动机效率
η=12P P ×100％
电动机输入电流：I =Ia +IfN
表1-2 U=UN=220V ；If=IfN=0.0748A ，Ra=20Ω （四）调速特性
（1）改变电枢端电压的调速
表1-3 I
（2）改变励磁电流的调速
六．注意事项
1．直流电动机起动前, 测功机加载旋钮调至零. 实验做完也要将测功机负载钮调到零，否则电机起动时，测功机会受到冲击。
2．负载转矩表和转速表调零.如有零误差，在实验过程中要除去零误差。
3．为安全起动, 将电枢回路电阻调至最大, 励磁回路电阻调至最小。
4．转矩表反应速度缓慢，在实验过程中调节负载要慢。
5．实验过程中按照实验要求, 随时调节电阻, 使有关的物理量保持常量, 保证实验数据的正确性。
七．实验报告
1．整理数据并进行相应计算和分析。
2．绘制并励电动机调速特性曲线n=f(Ua)和n=f(If)
3．分析在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点。
解：在恒转矩负载时两种调速的电枢电流变化规律以及两种调速方法的优缺点为：
调压调速是在基速以下调节转速的方法，电压越小，转速越小。
调压调速的优点：（1）可实现无级调速；（2）相对稳定性较好；（3）调速范围较宽，D可达10-20；（4）调速经济性较好。
调压调速的缺点：需要一套可控的直流电源。
弱磁调速是在基速以上调节转速的方法，励磁电流减小，磁通变小，转速升高。
弱磁调速的优点：（1）控制方便，能量损耗小；（2）可实现无级调速。
弱磁调速的缺点：由于受电动机机械强度和换向火花的限制，转速不能太高，调速范围窄，一般要与调压调速配合使用。
八．问题讨论
1.并励电动机的速率特性n=f(Ia)为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？
答：根据并励电动机的速率特性公式，若忽略电枢反应，当电枢回路电流增加时，转速下降；若考虑电枢反应的去磁效应，磁通下降可能引起转速的上升，即出现上翘现象。
这样的变化与电枢回路电流增大引起的转速降相抵消，对电动机的影响是使电动机的转速变化很小。
2.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？
答：由直流电动机机械特性的表达式可知，转速与电枢电压成正比、与磁通量成反比，所以降低电压时转速下降。
