实验二直流并励电动机
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.掌握直流并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、n=f(I a)及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(Ua)。
(2)改变励磁电流调速
保持U=U N，T2 =常数，R1 =0，测取n=f(I f)。
(3)观察能耗制动过程
四．实验设备及仪器
1．NMEL系列电机教学实验台的主控制屏。
2．电机导轨及涡流测功机、转矩转速测量（NMEL-13）。
3．可调直流稳压电源（含直流电压、电流、毫安表）
4．直流电压、毫安、安培表（NMEL-06）。
5．直流并励电动机。
M03 (U N=220v，I N=1.1A，n N=1600)
6．波形测试及开关板（NMEL-05）。
7．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。
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
U1：可调直流稳压电源
R1、R f：电枢调节电阻和磁场调节电阻，
位于NMEL-09。
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，将电枢串联电阻R1调至零，调节直流可调稳压电源的输出至220V，再分别调节磁场调节电阻R f和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：U=U N=220V，Ia=I N，n=n N=1600r/min，此时直流电机的励磁电流I f=I fN（额定励磁电流）。
c．保持U=U N，I f=I fN不变的条件下，逐次减小电动机的负载，即逆时针调节“转矩设定”电位器，测取电动机电枢电流I a、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。
表U＝U N＝221V I f=I fN=56.1mA I f2=1.1 A
1.转速和输出功率
2.转矩和输出功率
3.电动机效率和电动机电枢输入电流η=f(Ia)
4.n=f(T2)
2．调速特性
（1）改变电枢端电压的调速
a．按上述方法起动直流电机后，将电阻R1调至零，并同时调节负载，电枢电压和磁场调节电阻R f，使电机的U=U N，I a=0.5I N，I f=I fN，记录此时的T2= N.m b．保持T2不变，I f=I fN不变，逐次增加R1的阻值，即降低电枢两端的电压U a，R1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，共取7-8组数据填入表1-9中。
表1-9 I
1.n=f(Ua)
（2）改变励磁电流的调速
a．直流电动机起动后，将电枢调节电阻和磁场调节电阻R f调至零，调节可调直流电源的输出为220V，调节“转矩设定”电位器，使电动机的U=U N，I a=0.5I N，记录此时的T2= N.m
b．保持T2和U=U N不变，逐次增加磁场电阻R f阻值，直至n=1.3n N，每次测取电动机的n、I f和I a，共取7-8组数据填写入表1-10中。
1.n=f(If)
一7接线
：直流电机电枢调节
f
和磁场调节电阻
）
MEL-03中两只900
（MEL-05）
．将开关S合向“1”端，R1调至最大，R f调至最小，起动直流电机。
b．运行正常后，从电机电枢的一端拨出一根导线，使电枢开路，电机处于自由停机，记录停机时间。
小RL：2.8s ,2.9, 2.8s 大RL：3.2s ,3.1s, 3.3s
c．重复起动电动机，待运转正常后，把S合向“2”端记录停机时间。
小RL：0.7s ,0.7 s, 0.8s 大RL：1.9s ,2.2s, 2.3s
d．选择不同R L阻值，观察对停机时间的影响。
六．实验报告
1.由表1-8计算出P 2和η，并绘出n 、T 2、η=f(I a )及n=f(T 2)的特性曲线。
电动机输出功率 P 2=0.105nT 2
式中输出转矩T 2的单位为N ·m ，转速n 的单位为r ／min 。
电动机输入功率 P 1=UI 电动机效率 η=
1
2
P P ×100％ 电动机输入电流 I=I a +I fN
由工作特性求出转速变化率： Δn=
N
N
O n n n ×100％ 特性曲线见表格后
2.绘出并励电动机调速特性曲线n=f(U a )和n=f(I f )。
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。
答：特性曲线图见表格后。
改变电枢端电压的调速时，由公式Tem=CT ΦIa 可知，T 与If 不变时，Tem 与Φ均不变，故Ia 也不变，于此可知Ia 在实验中几乎不变
改变励磁电流的调速时，由公式Tem=CT ΦIa 可知，T 不变时，Tem 不变，Φ与If 成正相关，因此可知Ia 与If 成反相关，当励磁电流减小时，Ia 会增加。
2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。
3．能耗制动时间与制动电阻R L 的阻值有什么关系？为什么？该制动方法有什么缺点？ 答：由上面数据可以看出，电阻越小，制动电流越大，制动时间越短； 反之，电阻越大，制动电流越小，制动时间越长； 能耗制动，在电动机脱离电源之后，在定子绕组上加一个直流电压，即通入直流电流，产生一静止磁场，利用转子感应电流与静止磁场的作用达到制动的目的。
能耗制动的缺点有：在制动过程中，随着转速下降，制动转矩随之减小，制动效果变差，电机易发热。
七．思考题
1.并励电动机的速率特性n=f(I a )为什么是略微下降？是否会出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？
答：由n=U/CeΦ-RaT/CeCTΦ2=n0-βT，为一条下垂的斜线，由于直流电动机中的
Ra<<CeCTΦ2,故β很小，只是略微下降。
当Ia增加时，由于电枢反应表现为去磁效应，导致Φ的减小，E=CeΦn知，n会增加，故可能出现上翘现象。
2.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？
答：当M和If不变时，由E=CeΦn知，电动机转速会下降
3.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：当M和Ua不变时，由E=CeΦn知，减小励磁电流会使Φ减小，而E几乎不变，故n升高
4.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“飞速”？为什么？答：当磁场回路断线时，Φ值骤减，但由于但由于磁滞效应，仍有剩磁存在，
由公式n=U/CeΦ-RaT/CeCTΦ2=n0-βT可得，n0,β均变得很大，而且β>n0,于是当负载转矩很小时，可能会导致飞速。