最终版实验一直流他励电动机机械特性
他励直流电动机的机械特性(精)
反之，如果电网电压波动使机械特性偏低，由曲线1转为曲 线3，则瞬间工作点将转到 B 点，电磁转矩小于负载转矩， 转速将由 B点降低到 C 点，在 C 点取得新的平衡；而当 扰动消失后，工作点将又恢复到原工作点A。这种情况我们就 称为系统在A点能稳定运行，而图2.16（b）则是一种不稳定运 行的情况，读者可自己分析。 由以上分析，可得出如下结论：若两条特性曲线有交点 （必要条件），且在工作点上满足 dTem dTL （2-11） ＜
dn dn
（充分条件）则系统能稳定运行，式（211 ）即为稳定运行条件。对恒转矩负载 , 则 dT / dn 0即电磁转矩的变化与转速 的变化要异号,图示则为电动机的机械特性 曲线应是往下倾斜的。显然在图2.16（b） dTL / dn 0 dT / dn 0 中的A点， ，因此不 能稳定运行。
图2.14 他励直流电动机改 变电枢电压时的机械特性
3．减弱磁通时的人为机械特性 可以在励磁回路内串接电 阻R pf或降低励磁电压U f 来减弱 R pa 0 特 磁通，此时 U U N ， 性方程式为； UN Ra （2-10） n T 2 em Ce CeCT
由于磁通 的减少，使 得理想空载转速 n 0 和斜率 都增大，其特性曲线如图2.15 所图示。
2.3.1
机械特性方程式
图 2.11 是他励直流电动机的 电路原理图，他励直流电动机的 机械特性方程式，可由他励直流 电动机的基本方程式导出。由式 U Ea I a Ra 、 E a C e n 和 式 Tem CT I a 可求得机械特性方 程式;
←
U R n T C C C
U n C
0 e
图2.12 他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机特性实验报告
实验报告他励直流电动机的机械特性一、实验原理1、当在他励直流电动机上加上一定电压U和一定的励磁电流时，电磁转矩与转速之间将呈现的关系。
而励磁电压，励磁转矩T=。
可得。
这便是直流他励电动机机械特性的一般表达式。
实验中可以先不串电阻R，测量出励磁电流和相应转速n的一系列对应值，作图得出的空载转矩，并得出和的值。
串入R后得出T的另外对应值，作图得出的他励直流电动机的机械特性曲线2、学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。
3、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。
4、熟悉他励电动机的接线、起动、改变电机转向与调速的方法。
5、掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。
二、实验注意事项1、实验时，人体不可接触带电线路。
2、接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。
3、学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。
实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。
4、电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。
5、总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。
6、在做直流电动机实验时，要注意开/关机顺序先开“直流电机励磁电源”，后开“可调直流稳压电源”先关“可调直流稳压电源”，后关“直流电机励磁电源”三、实验安全要求1、实验时，人体不可接触带电线路。
2、接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。
3、学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。
实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。
4、电机如直接起动则应先检查功率表及电流表的电流量程是否符合要求，有否短路回路存在，以免损坏仪表或电源。
5、总电源或实验台控制屏上的电源接通应由实验指导人员来控制，其他人只能由指导人员允许后方可操作，不得自行合闸。
直流他励电动机实验
1-2 直流他励电动机一、实验目的1、掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。
2、掌握直流他励电动机的调速方法。
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=U N和I f=I fN不变，测取n、T2、η=f（I a）、n=f（T2）。
2、调速特性（1）改变电枢电压调速保持U=U N、I f=I fN=常数，T2=常数，测取n=f（U a）。
四、实验设备及仪表五、实验方法1、他励电动机的工作特性和机械特性（1）按图1-2接线。
涡流测功机T在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。
Rf 选用D44的1800Ω阻值。
Rst用D44的180Ω阻值。
图1－2 直流他励电动机接线图(2) 将直流他励电动机M的磁场调节电阻R f1调至最小值，电枢串联起动电阻R st调至最大值，接通电枢电源开关使其起动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。
（3）M起动正常后，调节电枢电源的电压为220V，将其电枢串联电阻R st 调至零，再调节给定调节增加负载和电动机的磁场调节电阻R f，使电动机达到额定值U＝U N，I＝I N，n＝n N。
此时M的励磁电流I f即为额定励磁电流I fN。
（4）保持U＝U N，I f=I fN的条件下，逐次减小电动机负载。
测取电动机电枢输入电流I a，转速n共取数据9-10组，记录于表1-2中。
表1－2 U＝U N＝V I f=I fN= mA实验数据I a（A）n（r/min）T2（N·m）计算P2（W）P1（W）2 、 调速特性（1）改变电枢端电压的调速1）直流电动机M 运行后，将电枢电阻R 1调至零，再调节给定调节增加负载、电枢电压及磁场电阻R f1，使M 的U=U N ，I=0.5I N ，I f ＝I fN 记下此时的T 2值。
2）保持此时的即T 2值和I f ＝I fN 不变，逐次增加R 1的阻值，降低电枢两端的电压U a ，使R 1从零调至最大值，每次测取电动机的端电压U a ，转速n 和电枢电流I a 。
他励直流电动机的机械特性(精)
2.15 他励直流电动机 弱磁时的机械特性
2.3.3
电力拖动系统稳定运行的条件
设有一电力拖动系统，原来匀速运行于某一转速， 由于受到外界某种短时的扰动，如负载的突然变化或 电网电压波动等（注意：这种变化不是人为的控制调 节），而使电动机转速发生变化，离开了原平衡状态， 当外界的扰动消失后，系统能恢复到原来的转速，或 在新的条件下达到新平衡状态，就称该系统能稳定运 行，否则就称为不稳定运行。显然，稳定运行是拖动 系统所必须满足的条件。 为了使系统能稳定运行，电动机的机械特性和负 载的转矩特性必须配合得当，这就是电力拖动系统稳 定运行的条件。
n 越大，机械特性就 越大， 越“软”，通常称大的机械特
性为软特性。一般他励电动机在 电枢没有外接电阻时，机械特性 都比较“硬”。机械特性的硬度 n N 也可用额定转速调整率 ％来 说明，见式（1-22），转速调整 率小， 则机械特性硬度就高。
2.3.2 固有机械特性和人为机械特性
1．固有机械特性 固有机械特性是当电动机 的电枢工作电压和励磁磁通 均为额定值，电枢电路中没 有串入附加电阻时的机械特 性，其方程式为 U R n T （2-7） C CC 固有机械特性如图2.13中 的曲线 R Ra 所示，由于 Ra 较小，故他励直流电动机固 有机械特性较“硬”。
em
em
由于大多数负载转矩都是随转速的升高而增大 或者保持恒值，因此只要电动机具有下降的机械特 性，就能满足稳定运行的条件。一般来说，电动机 如果具有上升的机械特性，运行是不稳定的，但若 拖动某种特殊负载，如通风机负载，那么只要能满 足式（2-11）的条件，系统仍能稳定运行。 应当指出，式（2-11）所表示的电力拖动稳定 运行的条件，不论对直流电动机还是交流电动机都 是适用的，因而具有普遍意义。
最终版实验一____直流他励电动机机械特性
实验一直流他励电动机机械特性一．实验目的了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性二．预习要点1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。
三．实验项目1．直流他励电动机机械特性。
2．回馈制动特性3. 自由停车及能耗制动。
4．反接制动。
四．实验设备及仪器1．NMEL系列电机系统教学实验台主控制屏。
2．电机导轨及转速表（MMEL-13）3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）5．波形测试及开关板（NMEL-05B）6、直流电压、电流、毫安表（NMEL-06）7．电机起动箱（NMEL-09）五．实验方法及步骤1．直流他励电动机机械特性及回馈制动特性接线图如图1-1M为直流他励电动机M12，U N=220V，I N=0.55A，n N=1500r/min，P N=80W；励磁电压U f=220V，励磁电流I f＜0.13A。
G为直流发电机M03，U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/min;直流电压表V1为220V可调直流稳压电源（电枢电源）自带，V2的量程为300V （MEL-06）；图1-1直流他励电动机机械特性实验线路图直流电流表mA1、A1分别为直流励磁及220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（NMEL-06）R1选用1800Ω欧姆电阻（NMEL-03）R2选用180欧姆电阻（NMEL-04中两90欧姆电阻相串联）R3选用3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09）R4选用2250Ω电阻（用NMEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）开关S1、S2选用NMEL-05中的双刀双掷开关。
他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性一、实验目的了解和测定他励直流电动机在各种运转状态的机械特性二、预习要点1、改变他励直流电动机机械特性有哪些方法？2、他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？3、他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。
三、实验项目1、电动及回馈制动状态下的机械特性2、电动及反接制动状态下的机械特性3、能耗制动状态下的机械特性四、实验方法1、实验设备2、屏上挂件排列顺序D51、D31、D42、D41、D31、D44按图1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1、V2的量程为1000V，直流电流表A1、A3的量程为200mA，A2、A4的量程为5A。
R1、R2、R3、及R4依不同的实验而选不同的阻值。
3、R2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性(1) R 1、R 2分别选用D44的1800Ω和180Ω阻值，R 3选用D42上4 只900Ω串联共3600Ω阻值，R 4 选用D42上1800Ω再加上D41上6只90Ω串联共2340Ω阻值。
(2) R 1阻值置最小位置，R 2、R 3及R 4阻值置最大位置，转速表置正向1800r/min 量程。
开关S 1、S 2选用D51挂箱上的对应开关，并将S 1合向1电源端，S 2合向2'短接端。
(3) 开机时需检查控制屏下方左、右两边的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“开”按钮，随后接通“励磁电源”开关，最后检查R 2阻值确在最大位置时接通“电枢电源”开关，使他励直流电动机M 起动运转。
调节“电枢电源”电压为 220V ；调节R 2阻值至零位置，调节R 3阻值，使电流表A 3为100mA 。
他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性他励电机属于直流电机，是指电机的励磁线圈和电枢绕组是分开的电机，励磁电流单独提供，与电枢电流无关。
他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电。
他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。
但这种电动机调运范围很宽，多用于主机拖动中。
1、固有机械特性
固有机械特性是当电动机的电枢工作电压和励磁磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械特性，其方程式为；
固有机械特性曲线如右上图所示，由于电枢电阻Ra比较小，则？n也比较小，所以他励直流电动机的固有机械特性是比较“硬”的。
2、人为机械特性
人为机械特性是人为地改变电动机回路参数或电枢电压而得到的机械特性，即改变公式（2-4）中的参数所获得的机械特性，一般只改变电压、磁通、附加电阻中的一个，他励电动机有下列三种人为机械特性。
（1）电枢回路串电阻时的人为机械特性
保持U =UN ，Φ=ΦN ，R =Ra+Rpa，电枢回路串电阻人为机械特性的方程式为；
与固有特性相比，理想的空载转速不变，但转速降？n增大，特性变“软”，当Rpa越大，？n也越大，特性越“软”，如图中曲线1，2所示。
这类人为机械特性是一组通过n0但具有不同斜率的直线。
他励直流电动机串电阻时的机械特性
从图上可见，当负载转矩TL不变时，只改变电阻Rpa的大小，可以改变电动机的转速，例如TL=TN，电枢回路串电阻Rpa=0，转速na，当Rpa=Rpa1，转速nb，Rpa=Rpa2，转速nc，因此，电枢回路串电阻的方法，可用于他励直流电动机调速。
（2）改变电枢端电压时的人为机械特性。
直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性
3.能耗制动状态下的机械特性测量
二、实验原理（或设计方案）
他励直流电动机机械特性测定实验接线图
直流电动机的机械特性是指电机在额定电压与额定励磁电流的供给下，电动机轴上所产生的转矩M和相应的运行转速п之间的关系。机械特性是选用电动机的一个重要依据，各类电动机都因有自己的机械特性而适用于不同的场合。
3.表6-3：UN=220V IfN=85mA R2=400Ω
Ia(A)
0.96
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
n(r/min)
-1482
-1281
-1087
-927
-768
-601
Ia(A)
0.6
0.52
0.45
0.4
0.34
0.3
n(r/min)
-41
0
240
243
580
688
R2=1800Ω能耗制动状态下的机械特性
0.68
0.67
0.66
0.65
0.64
0.63
n(r/min)
-617
-609
-595
-588
-582
-573
-558
-548
6、实验结果及分析（或设计总结）
1.回馈制动，反接制动和能耗制动是什么意思？各自有什么特点？
回馈制动：回馈制动是一种是非常有效的节能方法。避免了制动时对环境及设备的破坏。
反接制动：反接制动是在电动机切断正常运转电源的同时改变电动机定子绕组的电源相序，使之有反转趋势而产生较大的制动力矩的方法。
（3）R1调到最小，R2、R3和R4调到最大。将开关S1合向1电源端，开关s2合向2短接端。
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实验一直流他励电动机机械特性一．实验目的
了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性
二．预习要点
1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？
2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？
3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。
三．实验项目
1．直流他励电动机机械特性。
2．回馈制动特性
3. 自由停车及能耗制动。
4．反接制动。
四．实验设备及仪器
1．NMEL系列电机系统教学实验台主控制屏。
2．电机导轨及转速表（MMEL-13）
3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）
4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）
5．波形测试及开关板（NMEL-05B）
6、直流电压、电流、毫安表（NMEL-06）
7．电机起动箱（NMEL-09）
五．实验方法及步骤
1．直流他励电动机机械特性及回馈制动特性
接线图如图1-1
M为直流他励电动机M12，U N=220V，I N=0.55A，n N=1500r/min，P N=80W；励磁电压U f=220V，励磁电流I f＜0.13A。
G为直流发电机M03，U N=220V，I N=1.1A，n N=1600r/min;
直流电压表V1为220V可调直流稳压电源（电枢电源）自带，V2的量程为300V （MEL-06）；
图1-1直流他励电动机机械特性实验线路图
直流电流表mA1、A1分别为直流励磁及220V可调直流稳压电源自带毫安表、安倍表；
mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫伏表、安培表（NMEL-06）
R1选用1800Ω欧姆电阻（NMEL-03）
R2选用180欧姆电阻（NMEL-04中两90欧姆电阻相串联）
R3选用3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09）
R4选用2250Ω电阻（用NMEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）
开关S1、S2选用NMEL-05中的双刀双掷开关。
按图1-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻等的设置；
（1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。
（2）电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。
（3）直流励磁电源船形开关和220V可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。
实验步骤。
a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为U N=220伏，调节R2阻值至零。
b．分别调节直流电动机M的磁场调节电阻R1，发电机G磁场调节电阻R3、负载电阻R4（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器，再调节900Ω电阻相并联的旋钮），使直流电动机M的转速n N=1500r/min，I N=0.55A，此时I f=I fN，记录此值。
c．保持电动机的U=U N=220V，I f=I fN不变，改变R4及R3阻值，测取M在额定负载至空载范围的n、I a，共取5-6组数据填入表中。
d．折掉开关S2的短接线，调节R3，使发电机G的空载电压达到最大（不超过220伏），并且极性与电动机电枢电压相同。
e．保持电枢电压U=U N=220V，I f=I fN，把开关S2合向“1”端，把R4值减小，此时开始记录数据，（先调节相串联的900Ω电阻旋钮，调到零用导线短接以免烧毁熔断器）R4值减小到零后，再调节R3阻值使阻值逐渐增加，电动机M的转速升高，当A1表的电流值为0时，此时电动机转速为理想空载转速，继续增加R3阻值，则电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至电流接近0.8倍额定值（实验中应注意电动机转速不超过2100转/分）。
测取电动机M的n、I a，共取9组数据填入表1-2中。
记录完数据后调节直流可调电源的电位器，使V1读数为U N=0伏，R2阻值调至180Ω。
2．自由停车及能耗制动
断电按图1-2接线，S1的“2”端先空着不接线。
R2为180欧（采用MEL-04中只90Ω电阻相串联）。
接好线后，把S1合向“1”端，，R2置最大值。
a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为U N=220伏，调节R2阻值至零。
b．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录自由停车时间。
c．断电，S1的“2”端按图1-2接线，R3为450欧（采用MEL-03中的900欧电阻相并联）。
接好线后，把S1合向“1”端，R2置最大值。
按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为U N=220伏，调节R2阻值至零。
d．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录R3为450Ω能耗制动停车时间。
e．断电，R3为900欧。
接好线后，把S1合向“1”端，R2置最大值，R3置900Ω。
按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为U N=220伏，调节R2阻值至零。
f．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录R3为900Ω能耗制动停车时间。
记录完数据后调节直流可调电源的电位器，使V1读数为U N=0伏，R2阻值调至180Ω。
图1-2 自由停车及能耗制动接线图
3．反接制动。
实验步骤：
a．断电按图1-3接线。
把S1合向“1”端，R2为180欧（采用MEL-04中只90Ω电阻相串联）。
R3为900欧在未上电前，R2 ，R3置最大值。
b．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为U N=220伏，调节R2阻值至零。
c．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录R3为900Ω反接制动停车时间。
并观察电流表电流极性的变化。
d．断电，R3为450欧（采用MEL-03中的900欧电阻相并联）。
按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为U N=220伏，调节R2阻值至零。
e．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录R3为450Ω反接制动停车时间。
并观察电流表电流极性的变化。
图1-3 反接制动接线图
六．实验注意事项
调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻过流烧毁熔断丝。
七．实验报告
根据实验数据绘出电动机机械特性曲线机回馈制动制动特性曲线。
八．思考题
1.回馈制动实验中,如何判别电动机运行在理想空载点?
2.直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变,试问电磁转矩的方向是否也不变? 为什么?
3.能耗制动电阻的大小对制动时间有何影响，为什么？
4．反接制动电阻的大小对制动时间有何影响，为什么？在反接制动过程中电枢电流的极性应如何变化？。