实验三 直流电动机
一．实验目的
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。 2．掌握直流电动机的调速方法。
二．预习要点
1．什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 2．直流电动机调速原理是什么？
三．实验项目
1．工作特性和机械特性
保持U=UN 和If =IfN 不变，测取n、T2 、n=f(Ia)及n=f(T2)。 2．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)。 （3）观察能耗制动过程
四．实验设备
1．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1） 2．直流电动机励磁电源（NMEL-18/2） 3．可调电阻箱（NMEL-03/4）
4．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13） 5．开关（NMEL-05） 6．直流电压、电流表 7．直流并励电动机M03
五．实验方法
1．并励电动机的工作特性和机械特性。 实验线路如图1-6所示。
V、A：直流电压表（量程为300V档）、直流电流表（量程为2A档）。
a．将直流电动机励磁电源调至最大，直流电动机电枢电源调至最小。检查涡流测功机
与NMEL-13是否相连，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”旋钮逆时针旋到底，使船形开关处于“ON”，按实验一方法起动直流电机，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。
b．直流电机正常起动后，调节直流电动机电枢电源的输出至220V，再分别调节直流电动机励磁电源和“转速/转矩设定”旋钮，使电动机达到额定值
：
U=UN=220V
，
I=IN
，
n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。
c．保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节”转速/转矩设定”旋钮，测取电
动机电枢电流I、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。
表1-8 U=UN=220V If=IfN= 73 mA
直流机电枢电源
图1-6 直流电动机接线图
2．调速特性
（1）改变电枢端电压的调速 实验线路如图1-6所示。
a．按上述方法起动直流电机后，同时调节”转速/转矩设定”旋钮，直流电动机电枢电压和直流电动机励磁电流，使电动机的U=UN，I=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2=0.63 N.m。
b．保持T2不变，If=IfN不变，逐次降低电枢两端的电压U，每次测取电压U，转速n和电枢电流I，共取7-8组数据填入表1-9中。
（2）改变励磁电流的调速
a．直流电动机起动后，将直流电动机励磁电流调至最大，调节直流电动机电枢电源为220V，调节”转速/转矩设定”旋钮，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2=0.75 N.m
b．保持T2和U=UN不变，逐次减小直流电动机励磁电流，直至n=1.3nN，每次测取电
动机的n、If和Ia，共取7-8组数据填写入表1-10中。
（3）能耗制动 按图1-7接线。
R1：采用NMEL-03/4中电阻R1。 S：双刀双掷开关（NMEL-05） a．将开关S1合向电枢电源端，电枢电源调至最小，磁场电源调至最大，起动直流电机。
b．运行正常后，将开关S1合向中间位
图1-7 直流电动机能耗制动接线图
直流机电枢电源
置，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。
c．重复起动电动机，待运转正常后，把S1合向电阻R1端，选择不同R1阻值，观察对停机时间的影响，记录停机时间。
六．实验报告
1．由表1-8计算出 P2和η，并绘出n、T2、η=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲线。 注:： 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=
P2
×100％ P1
由工作特性求出转速变化率： Δn=
nOnN
×100％ nN
2．绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U)和n=f(If)。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。
1) 改变电枢端电压的调速，电枢电流变化很小，电机的转速随电压的增大而变大；
其优点是可以连续平滑地无级调速，机械特性硬，调速范围大，效率高，无论是轻载还是重载均有明显的调速效果，缺点是只能从额定转速往下调节；
2) 改变励磁电流的调速，转速越高，电枢电流越大，转速随电流的变大而减小；
其优点是可以连续平滑调速，调节励磁电流方便，缺点是恒转矩负载时电枢电流会由于磁通减小而增大，时间过长会导致发热，并且此调速方法只能从额定转速向上调节，最高转速受机械强度与换向能力限制。
3．能耗制动时间与制动电阻R1的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？ 答：能耗制动时间与制动电阻RL的阻值是正比例的关系,也就是说制动电阻越大,制动时间相对越长.这是因为电机在工作电源断开的瞬间,电机转子因为运转惯性产生的电磁会在定子绕组中产生较高的反向电动势,这个电动势因为由同时接人的制动电阻与定子绕组构成回路而产生反相感应电流在转子,定子之间产生相反的电磁场,这相反的电磁场产生的电磁力直接阻碍转子的惯性运转而使其迅速停止。
该制动方法最大的缺点是对定子,转子,线圈绕组及机械传动部分的机械冲击较大,尤其是大型电机,这个电阻大小的取值非常重要.
实验三 直流电动机
一．实验目的
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。 2．掌握直流电动机的调速方法。
二．预习要点
1．什么是直流电动机的工作特性和机械特性？ 2．直流电动机调速原理是什么？
三．实验项目
1．工作特性和机械特性
保持U=UN 和If =IfN 不变，测取n、T2 、n=f(Ia)及n=f(T2)。 2．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)。 （3）观察能耗制动过程
四．实验设备
1．直流电动机电枢电源（NMEL-18/1） 2．直流电动机励磁电源（NMEL-18/2） 3．可调电阻箱（NMEL-03/4）
4．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13） 5．开关（NMEL-05） 6．直流电压、电流表 7．直流并励电动机M03
五．实验方法
1．并励电动机的工作特性和机械特性。 实验线路如图1-6所示。
V、A：直流电压表（量程为300V档）、直流电流表（量程为2A档）。
a．将直流电动机励磁电源调至最大，直流电动机电枢电源调至最小。检查涡流测功机
与NMEL-13是否相连，将NMEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关拨向“转矩控制”，”转速/转矩设定”旋钮逆时针旋到底，使船形开关处于“ON”，按实验一方法起动直流电机，使电机旋转，并调整电机的旋转方向，使电机正转。
b．直流电机正常起动后，调节直流电动机电枢电源的输出至220V，再分别调节直流电动机励磁电源和“转速/转矩设定”旋钮，使电动机达到额定值
：
U=UN=220V
，
I=IN
，
n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。
c．保持U=UN，If=IfN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节”转速/转矩设定”旋钮，测取电
动机电枢电流I、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。
表1-8 U=UN=220V If=IfN= 73 mA
直流机电枢电源
图1-6 直流电动机接线图
2．调速特性
（1）改变电枢端电压的调速 实验线路如图1-6所示。
a．按上述方法起动直流电机后，同时调节”转速/转矩设定”旋钮，直流电动机电枢电压和直流电动机励磁电流，使电动机的U=UN，I=0.5IN，If=IfN，记录此时的T2=0.63 N.m。
b．保持T2不变，If=IfN不变，逐次降低电枢两端的电压U，每次测取电压U，转速n和电枢电流I，共取7-8组数据填入表1-9中。
（2）改变励磁电流的调速
a．直流电动机起动后，将直流电动机励磁电流调至最大，调节直流电动机电枢电源为220V，调节”转速/转矩设定”旋钮，使电动机的U=UN，Ia=0.5IN，记录此时的T2=0.75 N.m
b．保持T2和U=UN不变，逐次减小直流电动机励磁电流，直至n=1.3nN，每次测取电
动机的n、If和Ia，共取7-8组数据填写入表1-10中。
（3）能耗制动 按图1-7接线。
R1：采用NMEL-03/4中电阻R1。 S：双刀双掷开关（NMEL-05） a．将开关S1合向电枢电源端，电枢电源调至最小，磁场电源调至最大，起动直流电机。
b．运行正常后，将开关S1合向中间位
图1-7 直流电动机能耗制动接线图
直流机电枢电源
置，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。
c．重复起动电动机，待运转正常后，把S1合向电阻R1端，选择不同R1阻值，观察对停机时间的影响，记录停机时间。
六．实验报告
1．由表1-8计算出 P2和η，并绘出n、T2、η=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲线。 注:： 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=
P2
×100％ P1
由工作特性求出转速变化率： Δn=
nOnN
×100％ nN
2．绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U)和n=f(If)。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。
1) 改变电枢端电压的调速，电枢电流变化很小，电机的转速随电压的增大而变大；
其优点是可以连续平滑地无级调速，机械特性硬，调速范围大，效率高，无论是轻载还是重载均有明显的调速效果，缺点是只能从额定转速往下调节；
2) 改变励磁电流的调速，转速越高，电枢电流越大，转速随电流的变大而减小；
其优点是可以连续平滑调速，调节励磁电流方便，缺点是恒转矩负载时电枢电流会由于磁通减小而增大，时间过长会导致发热，并且此调速方法只能从额定转速向上调节，最高转速受机械强度与换向能力限制。
3．能耗制动时间与制动电阻R1的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？ 答：能耗制动时间与制动电阻RL的阻值是正比例的关系,也就是说制动电阻越大,制动时间相对越长.这是因为电机在工作电源断开的瞬间,电机转子因为运转惯性产生的电磁会在定子绕组中产生较高的反向电动势,这个电动势因为由同时接人的制动电阻与定子绕组构成回路而产生反相感应电流在转子,定子之间产生相反的电磁场,这相反的电磁场产生的电磁力直接阻碍转子的惯性运转而使其迅速停止。
该制动方法最大的缺点是对定子,转子,线圈绕组及机械传动部分的机械冲击较大,尤其是大型电机,这个电阻大小的取值非常重要.