电机及拖动原理 实验一、二、三综述

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1、电机及拖动基础 实验内容及要求 参考实验指导书实验一、二、三，完成相 应实验内容。 熟悉实验工作台，掌握电机接线方法 测取直流电机电枢绕组阻值 学会电机启动、调速、改向方法，观察实验现 象 学会发电机空载特性、外特性、调节特性实验 方法 学会电动机转速特性、转矩特性、机械特性实 验方法 实验原理 1.测取直流电动机或发电机电枢绕组电阻值 电枢回路电动式平衡方程：Ua=Ea+RaIa。 用电机铭牌数据可以估算Ra值： Ra=(1/2-2/3)*(UNIN-PN)/IN*IN 实验所测电阻值是室温下冷态阻值，需要换算到基准工作温度下电阻 值。铜导线参考工作 温度75下热态电阻Ra75=RaT*(2

2、35+75)/(235+T) 2.他励直流电动机起动、调速、改变转向实验 （1）起动 他励直流电动机起动时，必须先保 证有磁场，即先接通励磁电 流If。有时，为了确保电枢电流Ia 加入时产生的起动（电磁）转矩 最大，可以加入额定励磁电流IfN 以建立满载主磁场。 起动时，转速n = 0，电枢感应电 动式Ea = 0，忽略电枢电感， 则电枢电流IaST = Ua / Ra。由于 电枢绕组电阻Ra 很小，如果直接 加 额定电枢电压UaN 起动，IaST 可 能突增到额定电流IaN 的十多倍。 为了限制起动电流，常常采用减压 起动方法，起动时减小电枢电压Ua ，起动过程中逐渐 将电枢电压Ua 加大到

3、额定电压UaN 。此方法实质上是让电动机采用图 1-2所示特性起动。 电枢回路串联电阻R 也是经常采 用的一种起动方法，此时起动电流 IaST = Ua / (Ra + R)， 起动时串联较大的起动电阻R， 起动过程中逐渐减小R，直至切 除。此方法实质上是让电动 机采用图1-2所示特性起动。 （2）调速：根据他励直流电动机机械特性 n=Ua/Ce-RaIa/Ce，有三种调速方法：改变电 枢电压Ua 调速、改变电枢回路电阻（串电阻） 调速、改变磁通（励磁电流If）调速。 （3）反转：调整励磁绕组或调整电枢绕组接 线极性，均可使电动机旋转方向反向。 3他励直流发电机外特性实验 他励直流发电机外特性

4、表示发电机 端电压随负载变化的关系，是在保 持n = nN、 = N（即If = IfN）下，发电机输出 电压Ua 与负载电流IL（即电枢电流Ia）的关系 ：Ua = f (Ia)，曲线形式如图1-3 所示。 实验环境 1.用伏安法测取电枢绕组电阻 抄写直流电机铭牌数据。 电机 编号 名称PN(W)UN(V)IN(A)nUfN(v)IfN(A) DJ15直流并励 电动机 1852201.201600r/ min 2200.13 DJ23校正直流 测功机 3552202.21500r/ min 2200.16 估计电枢绕组电阻 Ra （） 直流并励电动机 （DJ15） 27.4336.57 校正

5、直流测功机 （DJ23） 13.3317.75 （2）按图1-4 所示选择电源、仪表和变阻器，并 按电路接线。检查无误后接通电枢电源，迅速测 取直流电机（M）电枢两端电压U 和电枢电流I。 拨动电机转轴，使之分别旋转约1/3和2/3 周，再 次测取U、I 值记录于表1-2 中，取三次测量的平 均值作为实际冷态电阻值。调整电阻R 再测一次 ，平均后换算到基准工作温度的电枢绕组电阻值 。 接线时宜先完成回路的连接，然后直接在测量点接并联支路；同一回路尽量用相同 颜色导线，便于区别检查；合理使用不同长度的导线，尽量不采用导线相互连接而延 长的方法。 使用变阻器时，确保保险管（丝）被连接在电路中，以保

6、护变电阻器的安全。变阻 器串、并联可如图1-5 所示连接。 测量时电流要合适（取0.1 0.2A）。电流太大，可能由于剩磁的作用使电机旋转， 使测量无法进行；电流太小，可能由于接触电阻产生较大的误差。 合理选择仪表量程，适时切换合适档位，避免电流、电压超过设备最大能力，尽量 不要让实验台出现保护报警。 电机： 室温： 角度U(V)I(A)R()Ra() Ra75() 04.080.2A20.419.9720.43524.318 1203.9019.5 2404.0020.0 02.090.1A20.920.9 1202.1021.0 2402.0820.8 2他励直流电动机运行实验 （1）准备

7、：安装好校正直流测功机DJ23、直流并励电动机DJ15；检 查紧固螺丝、电机之间联轴器、联轴垫块安装可靠；参照图1-6 将 DJ15 连接成他励电动形式，DJ23 暂不接线。 （2）起动：接通励磁电源，观察励磁电流IfM，调节励磁回路电阻RfM 使IfM 到额定值。再接通电枢电源，使电动机旋转起来。观察电枢电压 Ua、电枢电流IaM。将Ua 调到额定值，再调节电枢回路电阻RaM 直至最 小然后短接，调节过程中注意观察转速n 和电枢电流IaM。 （3）调速：调节Ua、RaM、RfM，观察转速n 的变化，记录在表1-3 中。 （4）停机：先断开电枢电源，再断开励磁电源。将励磁回路调节电 阻RfM、

8、电枢回路调节电阻RaM 回位，为下次起动做好准备。 （5）反向：将电枢绕组（或励磁绕组）两端接线对调，重复（2）（ 3）步骤，观察转向。 他励直流电动机实验 序号调节参数变化转速变化 1调节电枢 电源 Ua:升高升高 2Ua:降低降低 3减小RfMIfM():升高降低 4加大RfMIfM():降低升高 5减小RaMIaM:升高升高 6加大RaMIaM:降低降低 总结一 1.其它条件不改变，调节电枢电源的大小， 则转速n与电枢电压成正比。 2.其它条件不变，减小RfM，则电流IfM增大， 但转速n降低。 3.其它条件不变，减小RaM，IaM增大，则转速 n增大。 所以转速n与Ua、RaM的大小成

9、正比，与RfM的大 小成反比。 3他励直流发电机外特性实验 （1）准备：不改变直流电动机DJ15（M）的接线，将DJ15 作为原动 机，参照图1-7 所示将校正直流测功机DJ23（MG）连接成他励直流发 电机形式，用RL 模拟负载电阻。 （2）空载：接通电源使直流电动机（M）旋转，观察发电机（MG） 空载电压U。 （3）负载：合上负载开关，设法调节发电机（MG）的转速n、励磁 电流IfG、负载电流IF（正比于负载转矩TL），观察发电机的端电压U ，将观察结果记录在表1-4 中。 观察负载加重（IF 加大）过程中转速n 如何变化。 调节过程应缓慢进行，同时密切观察转速、电压、电枢电流，合 理选择

10、仪表量程，适时切换合适档位，避免电流、电压超过设备最大 能力，尽量不要让实验台出现保护报警。 在减小模拟负载电阻RL（即负载加重）过程中，应先调节电流能 力较小（阻值较大）的变阻器，在将它调到最小后，用导线将其两端 短接，以避免烧断保险丝或损坏变阻器。 他励直流发电机实验 调节参数变化电压变化 调节转速n: 升高升高 n: 降低降低 减小RfGIfG():升高升高 加大RfGIfG():降低降低 减小RLIF:升高降低 加大RLIF:降低升高 总结二 电压的大小变化与转速n 的快慢、RL的大小 成正比，与RfG的大小成反比。 （4）转矩/功率测量1：调节校正直流测功机（此处即发电机MG）励 磁

11、回路电阻RfG，使MG 的励磁电流为校正值IfG = 100mA（或50mA）， 根据MG 的电枢电流IF，通过查表即可得到电机轴上转矩T（也就是电 动机的输出转矩），用公式P = Tn / 9.55 则可以计算出轴上功率。 （5）转矩/功率测量2：如果校正直流测功机（MG）的励磁电流为校 正值IfG = 100mA（或50mA），正确连接“D55-2 转矩、转速、功率表” 后，则可以直接读取转速、转矩和功率值。 （6）外特性：设法使发电机励磁电流IfG 保持为额定值，同时使发电 机转速n 保持为额定值，调节负载电阻RL 使负载电流IF 从0 逐步加大到 约1.2A（注意保持转速额定）。调节过

12、程中选择合适测量点，测量发 电机端电压U 和负载电流IF，记录在表1-5 中。完成后迅速停机，初步 绘制发电机外特性曲线，判断所测特性是否合理。 他励直流发电机外特性n=nN= 1500r/min IfG=IfN=100mA U(V)220201199196195188178172169168 IF(A)00.1520.2140.2660.3030.4470.7610.971.141.2 直流发电机 1直流发电机的工作特性 （1）空载特性 在空载（Ia = 0）和额定转速（n = nN）的情况下，发电机端电压与其励磁电 流之间的关系曲线U0 = f (If0)，称为直流发电机的空载特性。空载特

13、性反映发 电机内部的磁路设计情况。由于U0 Ea = Ce0nN，空载特性与空载磁化曲线 0 = f (If0)仅差一个比例系数，它们的形状完全相同，如图2-1 所示。 对于他励直流发电机，空载特性通过空载试验获得，并励和复励直流发电机 按照他励方式测取空载特性。测取时，保持原动机的转速n = nN 不变，发电 机空载。调节励磁电流If0，使发电机空载电压U0 (1.1 1.3)UN，然后再使If0 逐步降回到零，同时逐点测取空载端电压U0及励磁电流If0。改变励磁电流方 向，依照同样的方法测取反方向空载特性。由于磁路中存在磁滞现象，正反 空载特性只是整个磁滞回线的一半，另外一半可以直接测取，

14、也可根据对称 关系画出。空载特性应取整个磁滞回线的平均曲线。 其他特性 1.他励直流发电机实验 MG:校正直流测功机DJ23。 G:直流福利大电机DJ13，记录其额定参数。 G: PN=100W UN=200V IN=0.5A nN =1600r/min 测取空载特性 （1）测取空载特性 按图2-5 接线，断开开关，起动电动机（注意先接通励磁 电源，再接通电枢电源）。调节并保持n = nN，从发电机 端电压U0 = 1.2UN 开始，逐步减小励磁电流IfG 直至为零，同 时选择合适测量点，记录空载端电压U0 和励磁电流IfG。 他励直流发电机空载特性n=nN= 1600r/min IL=0 U

15、O(V)24023022021020520019015010080 IfG (mA) 1211099888837971472620 （2）测取外特性 合上开关（注意先将负载电阻调到最大）使发电机带上负载，设法使 发电机在额定点运行：IL = IN，U = UN，n = nN，此时励磁电流额定IfG = IfN。调节负载电阻时，注意先调节电流能力较小（阻值较大）的变阻 器，在将它调到最小后，用导线将其两端短接，以避免烧断保险丝或 损坏变阻器。 逐步减轻负载直至空载（断开开关），过程中应保持n = nN，IfG = IfN， 同时选择合适测量点，记录端电压U 和负载电流IL。 他励直流发电机外特性n=nN= 1600r/min IfG=IfN= 110mA （3）测取调节特性 使发电机n = nN，U = UN，合上开关带上负载。逐步增大负载电流IL， 调节励磁电流IfG以保持U = UN，同时应保持n = nN。选择合适测量点， 记录负载电流IL 和励磁电流IfG。 他励直流发电机调节特性n=nN= 1500r/min U=UN= 200V U(V)231228219210205200180150126101 IL(A)0.0010.1030.190.220.2860.3320.389