机械传动实验

实验二直流电机起动、制动、机械特性和调速特性测试实验
一、实验内容
1、了解DD01电源控制屏中的电枢电源、励磁电源、校正过的直流电机、变阻器、多量程直流电压表、电流表及直流电动机的使用方法。

2、工作特性和机械特性：保持U=UN和If=IfN不变，测取n、T2、η=f（Ia）、n=f（T2）
3、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，测取n=f（If）
4、直流他励电动机电动及回馈制动状态下的机械特性。

5、电动及反接制动状态下的机械特性。

5、能耗制动状态下的机械特性。

二、实验设备：1
三、实验原理与数据处理
1、用伏安法测直流并励电动机电枢的直流电阻：
（1）实验测量得出的实际冷态电阻值：
图3-1 测电枢绕组直流电阻接线图
表3-1 室温 28 ℃
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计算基准工作温度时的电枢电阻：
式中 Raref ——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻（Ω）。

Ra ——电枢绕组的实际冷态电阻（Ω）。

θref ——基准工作温度，对于E 级绝缘为75 ℃。

θa ——实际冷态时电枢绕组的温度。

（℃）。

2、并励电动机的工作特性和机械特性 （1）按实验指导书上图3-2接线：
图3－2 直流并励电动机接线图
（2）数据处理表格：
Ω≈++⨯=++=5.222.1236.921.7213
1)(31321）（a a a a R R R R Ω
≈++⨯
=++=3.22628
23575
2355.222235235a
ref a
aref R R θθ
表3－2 U＝UN＝220 V If=IfN= 67.4mA If2= 98.1mA
（3）特性曲线图：
a、η＝f
b、Ia-T2特征曲线：
c、Ia-n特征曲线
d 、T2-n 特性曲线
实验现象分析：
经过对实验数据进行线性回归处理得到以上的特征曲线，从以上的特征曲线以及理论分析课得出结论：转速n 与电流I a 、T 2成反比，而T 2则与I a 成正比，电机效率η与I a 呈非线性关系。

3、 调速特性
（1）改变电枢端电压的调速：
表3－3 I
＝I ＝67.4mA I ＝0.31A T ＝ 0.510N ·m
（2）改变励磁电流的调速
表3－4 U ＝U
＝ 220V IF ＝0.35A T ＝ 0.555 N ·m
绘出并励电动机调速特性曲线n ＝f （U a ）和n=f （I f ）如下：
实验现象分析
：
在恒转矩负载时，对（1）改变电枢端电压的调速，电枢电流和转速都随电压的减少而减少，成正比关系；对（2）改变励磁电流的调速，转速与励磁电流成正比关系，而电枢电流随励磁电流的减少而增大，成反比关系。

两种调速优缺点：（1）a 、转速的稳定性比较好，调速范围较大。

b 、可以实现平滑无级调速。

（2）这种调速方法所用设备简单．调节也很方便，且效率较高。

缺点调速范围较小，随着电动机转速的增高，电枢电流随之升高，电动机的温升升高，换向条件变坏，转速过高，还会出现不稳定的现象。

4、直流他励电动机R 2=0时电动及回馈制动状态下的机械特性：
按图3-3接线：
图 3-3直流他励电动机机械特性测定实验接线图
实验数据整理表格：
表3-5 U N =220V I fN = 70.2mA
表3-6 U N =220V I fN = 70.2mA
5、 R 2=400Ω时的电动运行及反接制动状态下的机械特性： 实验数据整理表格：
表
6、 能耗制动状态下的机械特性：
电枢电源
实验数据整理表格：
表3-9 R 2=90Ω I fN = 94.8mA
在同一坐标下绘制直流他励电动机运行在第一、第二、第四象限的电动和制动状态及能耗制动状态下的机械特性n=f(I a )曲线图：
四、 思考题：
1、用什么方法可以改变直流电动机的转向？
答：a 、改变磁场方向 b 、改变电流方向 c 、继电器、PLC 等对电机的正反转控制。

2、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么会引起电动机转速降低？
答：因为电枢电路电动势平衡方程为()a a s U E I R R =++，因此电机的转速特性：
()a a s e e U I R R E n C C φφ-+=
=，又因为电磁转矩方程：a T T I C φ
=，其中e C 和T C 为常数，所
以当电动机负载转矩和励磁电流不变时，可知电枢电流a I 不变，此时若减小电枢电压，
转速n 将降低。

3、在电动机轻载及额定负载时，增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？
答：由电磁转矩方程a T T I C φ=可知，当电动机轻载时，电枢电流很小，由
()a a s e e U I R R E n C C φφ
-+=
=可知增大电枢回路电阻电机转速变化很小；当电机处在额定负载时，如果增大电枢回路的调节电阻电机转速将有较大幅度的降低。

增大励磁回路的调
节电阻，励磁电流降低，φ必然减小，由2
a s e e e T R R E U n T C C C C φφφ+==-可知，不管电机处于轻载还是额定负载，其转速均增大。

4、 当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什
么？
答：因为励磁电流降低会使磁链φ减小，又因为由机械特性方程为：
2
a s e e e T R R E U
n T C C C C φφφ
+=
=-，因此电机转速降升高。

5、并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”？为什么？
答：一定会出现“飞车”现象。

因为当磁场回路断线时，即φ为零，而直流并励电动机的机械特性方程为()
a a s e e U I R R E n C C φφ-+=
=
或2
a s e e e T R R E U n T C C C C φφφ+==-，因此此时的转速必然趋向于正无穷，所以不管电机处于空载、轻载还是额定载荷，电机将发生“飞车”事故。

6、回馈制动实验中，如何判别电动机运行在理想空载点？
答：电动机运行在理想空载点时有两个基本特性，即T=0和0n n =。

实验中转速测量仪不易读准转速，因此判别电动机的理想空载点依据是实验电路中的2A 表的电流值为0。

电枢电流为零，输出转矩为零，电动机空载。

五、 实验心得与体会：
通过做直流电机起动、制动、机械特性和调速特性测试实验本次实验让掌握用实验方法测取直电动机的工作特性和机械特性，掌握直流电动机起动、调速与制动的控制方法以及测定直流电机调速特性的方法，了解直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性。

但是在实验过程中，由于线路比较长，线头易于松动，断路导致保险丝烧掉，但由于我们缺乏经验，开始时检查不出是哪里出错，因此浪费了大量宝贵的实验时间，后来在老师的悉心指导下了把问题解决，我们的实验再次走上了正轨。

不过跳线的问题还是屡屡发生，不过有过前一次经验，我们很快就把问题解决了，虽然中途一波三折，但是最终还是实验顺利完成。

通过本次试验，
巩固了机电传动控制课程中关于直流电机的一些基本理论知识，实验中结合直观实际的操作又提高了动手能力，同时也让我们体会到团队的力量。

为了提高实验效率，减少不必要的实验时间浪费，建议使用质量更为好的电线。