测定直流电动机的效率

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高中物理：新教材实验-测定直流电动机的效率

测定直流电动机的效率
实验目的
测定在一定电压下工作的直流电动机的效率
实验器材
直流电动机（带长轴，额定电压4.5V）、电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、盛砝码小盘（质量已知）、停表、刻度尺、砝码若干、细绳一根、导线等。

1．本实验给出的主要器材，如图所示。

2．讨论：本实验中应如何测定电动机的输出功率和输入功率？
3．写出计算电动机效率η的表达式。

4．本实验要测定的物理量有哪些？
5．在下面框中画出实验装置示意图，设计实验步骤。

（注意：至少测量三次）
6．设计实验数据记录表格。

7．将自己设计的方案与别组同学进行交流，修正自己的方案。

8．完成上述实验，并得出结论。

直流电动机实验原理

直流电动机实验原理引言直流电动机是一种将直流电能转换为机械能的电机。

它广泛应用于工业生产、交通运输、家用电器等领域。

本文将介绍直流电动机的实验原理，包括其工作原理、组成结构以及实验过程。

一、工作原理直流电动机的工作原理基于电磁感应和洛伦兹力。

当直流电流通过电动机的定子绕组时，产生的磁场与电动机的磁场相互作用，产生力矩使转子转动。

二、组成结构直流电动机主要由定子、转子和集电器三部分组成。

1. 定子：定子由绕组、磁极和铁芯构成。

绕组通电产生磁场，磁极将磁场集中在空间中。

2. 转子：转子由绕组和铁芯构成。

当定子磁场与转子绕组中的电流相互作用时，产生力矩使转子转动。

3. 集电器：集电器是连接电源和电动机绕组的部分，用于实现电流的正向传递。

三、实验过程进行直流电动机实验时，需要准备以下实验器材和材料：1. 直流电源：提供电流给电动机。

2. 直流电动机：用于转换电能为机械能。

3. 电流表和电压表：用于测量电动机的电流和电压。

4. 电阻器：用于调节电动机的负载。

5. 电线和连接器：用于连接电动机和电源。

实验步骤如下：1. 将直流电源连接到电动机的正负极。

2. 将电流表和电压表分别连接到电动机的电流和电压测量点上。

3. 打开直流电源，调节电阻器使电动机转速适中。

4. 分别记录电动机的电流和电压值。

5. 改变电阻器的阻值，观察电动机的转速变化，并记录相应的电流和电压值。

6. 分析实验结果，得出直流电动机的特性曲线。

四、实验结果与分析通过实验可以得到直流电动机的特性曲线，其中包括电流-转速曲线和电压-转速曲线。

这些曲线可以用来评估电动机的性能和效率。

在实验中，我们可以观察到当负载增加时，电动机的转速会下降，电流和电压也会相应增加。

这是因为在负载增加的情况下，电动机需要提供更大的力矩来克服负载的阻力，因此需要更多的电流和电压来保持转速稳定。

通过实验可以得出直流电动机的效率公式为：η = Pout / Pin，其中η表示效率，Pout表示输出功率，Pin表示输入功率。

直流无刷电机交流电机效率

直流无刷电机和交流电机是现代工业中常见的两种电动机类型，它们在不同的工业应用领域具有各自的优势和特点。

本文将从效率的角度出发，对直流无刷电机和交流电机的效率进行比较分析，以帮助读者更好地了解这两种电动机的性能特点。

一、直流无刷电机的效率直流无刷电机是一种采用电子换向技术的电机，与传统的直流电机相比，它具有更高的效率和更低的维护成本。

其主要特点包括：1. 电子换向技术直流无刷电机采用电子换向技术，通过控制电流的方向和大小来实现转子的正常运转，避免了传统直流电机需使用机械换向器的缺点，大大提高了电机的效率和可靠性。

2. 低摩擦损失直流无刷电机采用无刷结构，减少了摩擦损失和换向器的磨损，提高了电机的传动效率，降低了能耗和维护成本。

3. 高控制精度直流无刷电机的控制系统更加精确，可实现精密的速度和转矩控制，适用于需要高精度运动的工业应用。

二、交流电机的效率交流电机是一种常用的电动机类型，它具有结构简单、运行稳定的优点，但在效率方面相对于直流无刷电机存在一定差距，其主要特点包括：1. 结构简单交流电机结构简单，易于制造和维护，成本较低，广泛应用于各种家电和工业设备中。

2. 频率和转速匹配交流电机工作时需要外部的电源频率和转速匹配，若未能达到匹配要求，可能导致效率下降，能耗增加。

3. 起动和制动能耗较大交流电机在启动和制动过程中需要消耗较大的能量，效率相对较低。

三、直流无刷电机与交流电机的效率比较从上述对直流无刷电机和交流电机的效率特点进行分析可知，直流无刷电机在效率方面相对于交流电机具有一定的优势，主要体现在以下几个方面：1. 摩擦损失较小直流无刷电机采用无刷结构，减少了摩擦损失，提高了传动效率，降低了能耗。

2. 控制精度较高直流无刷电机的控制系统更加精确，可实现精密的速度和转矩控制，适用于需要高精度运动的工业应用。

3. 可靠性较高直流无刷电机采用电子换向技术，减少了传统直流电机需使用机械换向器的缺点，大大提高了电机的可靠性和使用寿命。

直流电机试验方法

直流电机试验方法GB1311-77一、适用范围1.本标准适用于一般用途的直流电机。

对有特殊要求的直流电机,凡有本标准未规定的试验方法,应在该类型电机技术条件中作补充规定。

2.形式试验或检查试验应当进行的基础上按GB 755-65《电机基本技术要求》及该类型电机技术条件的规定。

二、试验前的准备3.测量仪器的选择(1)试验时应当采用不低于0.5级精度的电气测量仪器(兆欧表除外),其他测量仪器应相当于1级精度。

(2)仪器的选择尽可能使所测数值在20～95%仪器测量范围以内。

4.测量电枢回路电压时,电压表应直接接在绕组出线端上。

5.一般检查试验前应检查电机的装配质量和轴承运行情况。

在不影响电气性能试验质量后,方可进行本标准中的各项试验。

6.中性线的测定中性线可按下列方法之一测定:(1)感应法a.电枢静止,励磁他激,将毫伏表接在相邻的两组电刷上,并交替地接通和断开电机的励磁电流(图1)。

逐步移动电刷架的位置,在每一个不同位置上测量电枢绕组的感应电势。

当感应电势最接近零时,电刷所在的位置即可认为是中性线。

毫伏表的计数建议以厉磁电流断开时的读数为准。

图1国家标准计量局发布 1977年12月1日实施中华人民共和国第一机械工业部提出上海电器科学家研究所等起草b.电枢静止,励磁他激,将毫伏表引线沿换向器圆周移动,交替地接通和断开电机的励磁电流。

当每极换向片数是整数或不是整数时,均应在相互间距离等于或最接近于一极距的两片换向片上测量感应电势。

正负感应电势各量取几点读数,然后如图2所示的作图法求出中性线。

换向片数图2(2)正反转发电机法试验时,励磁他激,保持转速、励磁电流及负载(接近额定值)不变的情况下正转及反转,逐步移动电刷位置,在每一个不同上测量电机在正转及反转时的电枢电压,直到两个电压数值最接近时为止。

此时电刷所在的位置即可认为是中性线。

(3)正反转电动机法试验时,保持端电压,励磁电流及负载(接近额定值)不变的情况下正转及反转,逐步移动电刷位置,在每一个不同位置上测量电机在正转及反转时的转速,直到两个方向的转速最接近时为止。

直流电动机特性测定

Ia=f(If)的曲线特性
（4）两种调速方法的优缺点
改变电枢端电压调速可以连续平滑的无极调速，机械特性硬，对于轻载与重载具有明显的调速效果。但转速只能从额定转速往下调，初投资大，维护要求高。
改变励磁电流调速在恒转矩负载时，因磁通减小，导致电枢电流Ia增大，电机效率降低，而且长时间运行会导致电机发热，故弱磁调速适合恒功率场合。弱磁调速可以连续平滑调速，改变励磁电流控制方便，但转速只能从额定转速往上调，最高转速受机械强度与换向能力的限制。
表1.4 U＝UN＝V T2＝N·m
n（r/min）
If（mA）
Ia（A）
7．实验报告要求
（1）由表1.2计算出P2和η，并给出n、T2、η＝f（Ia）及n＝f（T2）的特性曲线。
电动机输出功率：P2＝0.105nT2
式中输出转矩T2的单位为N.m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。
3.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，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。
实
验
数
据
a（A）
n（r/min）

【单元练】承德市高中物理必修3第十二章【电能-能量守恒定律】经典练习(含答案)(1)

一、选择题1．在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑动片向下移动时，关于电灯L 的亮度及电容器C 所带电荷量Q 的变化判断，正确的是（）A ．L 变暗，Q 增大B ．L 变暗，Q 减小C ．L 变亮，Q 增大D ．L 变亮，Q 减小B解析：B当滑动变阻器的滑动片向下移动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律 E I R r=+ 得知，干路电流增大，则电源的内电压增大，由U E Ir =- 知路端电压减小，灯L 变暗。

电容器板间电压等于变阻器两端的电压。

由上得知，路端电压减小，则通过灯L 的电流减小，而干路电流增大，则通过R 1的电流1R L I I I =-增大，R 1的电压也增大，则变阻器两端的电压减小，电容器所带电量Q CU =减小。

故选B 。

2．如图是某锂电池外壳上的文字说明，由此可知（）BL 528M 700mA h ⨯⨯-⋅标准3.7V 锂离子电池充电限制电压：4.2V执行标准：GB/T18287-2000待机时间：48h警告：切勿投入火中！！！序号：×××× 只能使用指定充电器Li-ion 电池制造厂商：中国××股份有限公司地址：深圳××工业大厦A ．该电池通过1C 的电量时，非静电力做功3.7JB ．两块此种型号电池串联使用的电动势为8.4VC ．该电池的额定工作电流一定为700mAD ．该电池完全放电将有10584J 的化学能转化为电能A解析：AA ．根据非静电力做功公式得3.7J W Uq ==A 正确；B ．两块此种型号电池串联使用的电动势为2 3.7V=7.4V E =⨯B 错误；C ．条件不足，无法确定其额定电流。

C 错误；D ．该电池完全放电，化学能转化为电能，即33.7700103600J=9324J W UQ -==⨯⨯⨯D 错误。

故选A 。

3．某热敏电阻的阻值随温度的变化关系为R =(2t －400）Ω（t 的单位为K ，计算时t 只取数值），使用该热敏电阻测量温度大于t A 的温度值（t A =250K ），需首先把热敏电阻、电池、电流表、滑动变阻器串联起来，如图所示，然后把装置放入标准温度箱内，保持温度箱内温度为t A ，调整滑动变阻器使电流表达到满偏，满偏处标注温度为t s ，提高标准温度箱内的温度，在电流表表盘上刻上相应温度，这就得到了一个简易温度计。

直流电机的效率和功率因数的计算分析

直流电机的效率和功率因数的计算分析直流电机是一种常见的电动机，被广泛应用于工业、农业和家用电器等领域。

在使用直流电机时，了解其效率和功率因数的计算方法对于提高电机运行效率和能源利用率至关重要。

一、直流电机的效率计算电动机的效率是指输出功率与输入功率之比，常用百分比表示。

直流电机的效率计算公式为：效率 = 输出功率 / 输入功率 * 100%其中，输出功率是指电机所提供的实际功率，一般以机械功率表示；输入功率是指电机所消耗的电源功率，一般以电功率表示。

直流电机的输出功率可以通过测量电机的轴动力和轴转速，并通过公式计算得出。

而输入功率则可以通过测量电机的输入电流和输入电压，并通过公式计算得出。

通过这两个数值，就可以计算出直流电机的效率。

二、直流电机的功率因数计算功率因数是指负载对电源有功功率需求的程度，是衡量电源的有效功率的指标。

功率因数通常用普通数表示，取值范围在0到1之间。

功率因数越接近1，表示负载对电源的有功功率需求越高，电源的有效功率利用率越高。

直流电机的功率因数可以通过测量电机的输入功率和输入视在功率，并通过公式计算得出。

输入功率可以通过测量电机的输入电流和输入电压，并通过公式计算得出；输入视在功率可以通过测量电机的输入电流和输入电压的乘积得出。

根据这两个数值，就可以计算出直流电机的功率因数。

三、效率和功率因数的重要性直流电机的效率和功率因数是衡量电机运行性能的重要指标。

高效率的电机能够更有效地将输入电能转换为有用的功率输出，提高电机的能源利用率，减少能源浪费。

而高功率因数的电机能够减少电网的无功功率损耗，提高电能传输效率。

提高直流电机的效率和功率因数有助于减少能源消耗，降低对环境的影响，符合可持续发展的要求。

在实际应用中，可以通过改善电机的设计和制造工艺，提高电机的效率和功率因数。

四、提高直流电机效率和功率因数的方法1. 优化电机的设计：通过改变电机的转子和定子结构、提高磁通密度和减少磁通漏磁等方式来提高电机的效率和功率因数。

2022-2023学年黑龙江省伊春市宜春田南中学高三物理联考试题含解析

2022-2023学年黑龙江省伊春市宜春田南中学高三物理联考试题含解析一、选择题：本题共5小题，每小题3分，共计15分．每小题只有一个选项符合题意1. 甲、乙两车在平直公路上同向行驶，其v–t图象如图所示。

已知两车在t=3 s时并排行驶，则A. 在t=1 s时，甲车在乙车后B. 在t=0时，甲车在乙车前7.5 mC. 两车另一次并排行驶的时刻是t=2 sD. 甲、乙两车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为40 m参考答案：BD已知两车在t=0时并排行驶，在0-1s内，甲车的速度比乙车的小，所以在t=1s时，甲车在乙车后，故A正确．根据速度时间图线与时间轴所围的面积大小表示位移．可得，在t=3s时，两车的位移之差为△x=x乙-x甲=，则在t=3s时，甲车在乙车后7.5m．故B正确．根据“面积”表示位移，可知两车另一次并排行驶的时刻是t=4s，故C错误．两车另一次并排行驶的时刻是t=4s，甲、乙车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为 S==60m，故D错误．故选AB.点睛：本题是追及和相遇问题．解答此题的关键是根据速度图象分析物体运动情况，要注意两车的位置关系和距离随时间如何变化，当两车相遇时，位移之差等于原来之间的距离．2. 如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的U型玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高h，能使h变大的原因是（）（A）环境温度升高。

（B）大气压强升高。

（C）沿管壁向右管内加水银。

（D）U型玻璃管自由下落。

参考答案：答案：ACD解析：将环境的温度升高，使气体升温，可以认为大气压强不变，根据气体状态方程，气体体积增大，将水银从左侧压向右侧，增大了h。

将大气压强增大，液体可以传递压强，导致封闭气体压强增大，所以体积减小，h减小。

沿管壁向右管内加水银后，封闭气体压强增大，体积减小，压强增大，高度差增大。

当U型玻璃管自由下落时，完全失重，两侧气体压强一定相等。

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