實驗一認識實驗一．實驗目的1．學習電機實驗的基本要求與安全操作注意事項。2．認識在直流電機實驗中所用的電機、儀表、變阻器等組件及使用方法。3．熟悉他勵電動機（即并勵電動機按他勵方式）的接線、起動、改變電機方向與調速的方法。二．預習要點1．如何正確選擇使用儀器儀表。特別是電壓表、電流表的量程。2．直流他勵電動機起動時，為什么在電樞回路中需要串聯起動變阻器？不連接會產生什么嚴重后果？答：直流他勵電動機啟動時轉速n=0，反電動勢E=0，電樞繞組電阻Ea很小，導致了啟動電流很大，所以在電樞回路中需要串聯起動變阻器，限制啟動電流。不連接會容易損壞電機，縮短使用壽命。3．直流電動機起動時，勵磁回路連接的磁場變阻器應調至什么位置？為什么？若勵磁回路斷開造成失磁時，會產生什么嚴重后果？答：勵磁回路連接的磁場變阻器應調至電阻最大值，使啟動轉矩足夠大。4．直流電動機調速及改變轉向的方法。答：直流電動機調速：1、串電阻調速2、調電壓調速3、弱磁調速改變轉向的方法：1、改變電流Is的方向2、改變磁通的方向三．實驗項目1．了解MEL系列電機系統教學實驗臺中的直流穩壓電源、渦流測功機、變阻器、多量程直流電壓表、電流表、毫安表及直流電動機的使用方法。2．用伏安法測直流電動機和直流發電機的電樞繞組的冷態電阻。3．直流他勵電動機的起動，調速及改變轉向。四．實驗設備及儀器1．MEL-I系列電機系統教學實驗臺主控制屏2．電機導軌及測功機、轉速轉矩測量（MEL-13）或電機導軌及校正直流發電機3．直流并勵電動機M034．220V直流可調穩壓電源（位于實驗臺主控制屏的下部）5．電機起動箱（MEL-09）。6．直流電壓、毫安、安培表（MEL-06）。五．實驗說明及操作步驟由實驗指導人員講解電機實驗的基本要求，實驗臺各面板的布置及使用方法，注意事項。2．在控制屏上按次序懸掛MEL-13、MEL-09組件，并檢查MEL-13和渦流測功機的連接。3．用伏安法測電樞的直流電阻，接線原理圖見圖1-1。U：可調直流穩壓電源R：3000Ω磁場調節電阻（MEL-09）V：直流電壓表（MEL-06）20V檔或萬用表直流20V檔A：直流安培表（MEL-06）2A檔M：直流電機電樞(1)經檢查接線無誤后，逆時針調節磁場調節電阻R使至最大。（2）按順序按下主控制屏綠色“閉合”按鈕，可調直流穩壓電源的船形開關以及復位開關，建立直流電源，并調節直流電源至80V左右輸出。（注：剛打開直流穩壓電源的船形開關及按下復位開關就已經建立了80V左右的電壓）調節R使電樞電流達到0.2A（如果電流太大，可能由于剩磁的作用使電機旋轉，測量無法進行，如果此時電流太小，可能由于接觸電阻產生較大的誤差），迅速測取電機電樞兩端電壓UM和電流Ia。將電機轉子分別旋轉三分之一和三分之二周，同樣測取UM、Ia，填入表1-1。（3）增大R（逆時針旋轉）使電流分別達到0.15A和0.1A，用上述方法測取六組數據，填入表1-1。取三次測量的平均值作為實際冷態電阻值Ra=。表1-1室溫30℃序號UM（V）Ia（A）R（Ω）Ra平均（Ω）Raref（Ω）14.330.221.6521.1020.8523.204.1220.604.2121.0523.160.1521.0721.073.2621.733.0620.4032.020.120.2020.372.1121.101.9819.80表中Ra1=（Ra11+Ra12+Ra13）/3Ra2=（Ra21+Ra22+Ra23）/3Ra=(Ra1+Ra2+Ra3)/3Ra3=（Ra31+Ra32+Ra33）/3（4）計算基準工作溫度時的電樞電阻由實驗測得電樞繞組電阻值，此值為實際冷態電阻值，冷態溫度為室溫。按下式換算到基準工作溫度時的電樞繞組電阻值：Raref=Ra式中Raref——換算到基準工作溫度時電樞繞組電阻。（Ω）Ra——電樞繞組的實際冷態電阻。（Ω）θref——基準工作溫度，對于E級絕緣為75℃。θa——實際冷態時電樞繞組的溫度。（℃）4．直流儀表、轉速表和變阻器的選擇。直流儀表、轉速表量程是根據電機的額定值和實驗中可能達到的最大值來選擇，變阻器根據實驗要求來選用，并按電流的大小選擇串聯，并聯或串并聯的接法。（1）電壓量程的選擇如測量電動機兩端為220V的直流電壓，選用直流電壓表為300V量程檔。（2）電流量程的選擇。因為直流并勵電動機的額定電流為1.1A，測量電樞電流的電表可選用2A量程檔，額定勵磁電流小于0.16A，測量勵磁電流的毫安表選用200mA量程檔。（3）電機額定轉速為1600r/min，若采用指針表和測速發電機，則選用1800r/min量程檔。若采用光電編碼器，則不需要量程選擇。（4）變阻器的選擇變阻器選用的原則是根據實驗中所需的阻值和流過變阻器最大的電流來確定。在本實驗中，電樞回路調節電阻選用MEL-09組件的100Ω/1.22A電阻，磁場回路調節選用MEL-09的3000Ω/200mA可調電阻。5．直流電動機的起動R1：電樞調節電阻（MEL-09）Rf：磁場調節電阻（MEL-09）M：直流并勵電動機M03：G：渦流測功機IS：電流源，位于MEL-13，由“轉矩設定”電位器進行調節。實驗開始時，將MEL-13“轉速控制”和“轉矩控制”選擇開關板向“轉矩控制”，“轉矩設定”電位器逆時針旋到底。U1：可調直流穩壓電源U2：直流電機勵磁電源V1：可調直流穩壓電源自帶電壓表V2：直流電壓表，量程為300V檔，位于MEL-06A：可調直流穩壓電源自帶電流表mA：毫安表，位于直流電機勵磁電源部。（1）按圖1-2接線，檢查M、G之間是否用聯軸器聯接好，電機導軌和MEL-13的連接線是否接好，電動機勵磁回路接線是否牢靠，儀表的量程，極性是否正確選擇。（2）將電機電樞調節電阻R1調至最大，磁場調節電阻調至最小，轉矩設定電位器（位于MEL-13）逆時針調到底。（3）開啟控制屏的總電源控制鑰匙開關至“開”位置，按次序按下綠色“閉合”按鈕開關，打開勵磁電源船形開關和可調直流電源船形開關，按下復位按鈕，此時，直流電源的綠色工作發光二極管亮，指示直流電壓已建立，旋轉電壓調節電位器，使可調直流穩壓電源輸出220V電壓。（4）減小R1電阻至最小。6．調節他勵電動機的轉速。（1）分別改變串入電動機M電樞回路的調節電阻R1和勵磁回路的調節電阻Rf（2）調節轉矩設定電位器，注意轉矩不要超過1.1N.m，以上兩種情況可分別觀察轉速變化情況7．改變電動機的轉向將電樞回路調節電阻R1調至最大值，“轉矩設定”電位器逆時針調到零，先斷開可調直流電源的船形開關，再斷開勵磁電源的開關，使他勵電動機停機，將電樞或勵磁回路的兩端接線對調后，再按前述起動電機，觀察電動機的轉向及轉速表的讀數。六．注意事項1．直流他勵電動機起動時，須將勵磁回路串聯的電阻Rf調到最小，先接通勵磁電源，使勵磁電流最大，同時必須將電樞串聯起動電阻R1調至最大，然后方可接通電源，使電動機正常起動，起動后，將起動電阻R1調至最小，使電機正常工作。2．直流他勵電機停機時，必須先切斷電樞電源，然后斷開勵磁電源。同時，必須將電樞串聯電阻R1調回最大值，勵磁回路串聯的電阻Rf調到最小值，給下次起動作好準備。3．測量前注意儀表的量程及極性，接法。七．實驗報告畫出直流并勵電動機電樞串電阻起動的接線圖。說明電動機起動時，起動電阻R1和磁場調節電阻Rf應調到什么位置？為什么？答：勵磁回路串聯的電阻Rf調到最小，先接通勵磁電源，使勵磁電流最大，同時必須將電樞串聯起動電阻R1調至最大，然后方可接通電源，使電動機正常起動，起動后，將起動電阻R1調至最小，使電機正常工作。增大電樞回路的調節電阻，電機的轉速如何變化？增大勵磁回路的調節電阻，轉速又如何變化？答：增大電樞回路的調節電阻，電樞回路的電流減弱，電機的轉矩減小，電機的轉速變小；增大勵磁回路的調節電阻，電樞回路的電流增強，電機的轉矩變大，電機的轉速變大。3.用什么方法可以改變直流電動機的轉向？答：1、改變電流Is的方向2、改變磁通的方向4.為什么要求直流并勵電動機磁場回路的接線要牢靠？答：直流電動機在使用時一定要保證勵磁回路連接可靠，絕不能斷開。一旦勵磁電流If=0，則電機主磁通將迅速下降至剩磁磁通，若此時電動機負載較輕，電動機的轉速將迅速上升，造成“飛車”；若電動機的負載為重載，則電動機的電磁轉矩將小于負載轉矩，使電機轉速減小，但電樞電流將飛速增大，超過電動機允許的最大電流值，引起電樞繞組因大電流過熱而燒毀。實驗二直流并勵電動機一.實驗目的1.掌握用實驗方法測取直流并勵電動機的工作特性和機械特性。2.掌握直流并勵電動機的調速方法。二.預習要點什么是直流電動機的工作特性和機械特性？答：（1）直流電動機的工作特性：是指端電壓，電樞電路無外串電阻，勵磁電流時，電動機的轉速n、電磁轉矩T和效率η三者與輸出功率P2之間的關系。在實際運行中，電樞電流Is可直接測量，并且Is差不多和P2成正比。所以往往將工作特性表示為n、T、η=f(Is)關系曲線。①轉速特性n=f(Is)=，②轉矩特性T=f(Is)＝＝＝9.55，③效率特性η=f(P2)=f(Is)=（2）機械特性：是指端電壓，電樞電路無外串電阻，勵磁電流時，電動機的轉速n與電磁轉矩T的關系：n＝f(T2)＝。直流電動機調速原理是什么？答：根據公式改變直流電動機的工作速度的原理如下：（1）改變電樞電路電阻R調速；（2）改變電樞供電電壓U調速；（3）改變磁通φ調速。三.實驗項目1.工作特性和機械特性保持U=UN和If=IfN不變，測取n、T2、n=f(Ia)及n=f(T2)。2.調速特性(1)改變電樞電壓調速保持U=UN、If=IfN=常數，T2=常數，測取n=f(Ua)。(2)改變勵磁電流調速保持U=UN，T2=常數，R1=0，測取n=f(If)。(3)觀察能耗制動過程四．實驗設備及儀器1．MEL系列電機教學實驗臺的主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。2．電機導軌及渦流測功機、轉矩轉速測量（MEL-13）或電機導軌及編碼器、轉速表。3．可調直流穩壓電源（含直流電壓、電流、毫安表）4．直流電壓、毫安、安培表（MEL-06）。5．直流并勵電動機。6．波形測試及開關板（MEL-05）。7．三相可調電阻900Ω（MEL-03）。五．實驗方法并勵電動機的工作特性和機械特性。實驗線路如圖1-6所示U1：可調直流穩壓電源R1、Rf：電樞調節電阻和磁場調節電阻，位于MEL-09。mA、A、V2：直流毫安、電流、電壓表（MEL-06）G：渦流測功機IS：渦流測功機勵磁電流調節，位于MEL-13。a．將R1調至最大，Rf調至最小，毫安表量程為200mA，電流表量程為2A檔，電壓表量程為300V檔，檢查渦流測功機與MEL-13是否相連，將MEL-13“轉速控制”和“轉矩控制”選擇開關板向“轉矩控制”，“轉矩設定”電位器逆時針旋到底，打開船形開關，按實驗一方法起動直流電源，使電機旋轉，并調整電機的旋轉方向，使電機正轉。b．直流電機正常起動后，將電樞串聯電阻R1調至零，調節直流可調穩壓電源的輸出至220V，再分別調節磁場調節電阻Rf和“轉矩設定”電位器，使電動機達到額定值：U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此時直流電機的勵磁電流If=IfN（額定勵磁電流）。c．保持U=UN，If=IfN不變的條件下，逐次減小電動機的負載，即逆時針調節“轉矩設定”電位器，測取電動機電樞電流Ia、轉速n和轉矩T2，共取數據7-8組填入表1-8中。實驗數據Ia（A）1.11.00.90.70.50.40.30.2n（r/min）16001619163416661689170617261749T2（N.m）1.231.161.060.860.630.530.420.30計算數據P2（w）206.64197.19181.86150.44111.7394.9476.1255.09P1（w）256.96234.96212.96168.96124.96102.9680.9658.96η（%）80.4%83.9%85.4%89.0%89.4%92.2%94.0%93.4%△n（%）0%1.19%2.12%4.13%5.56%6.63%7.88%9.31%表1-8U=UN=220VIf=IfN=0.068ARa=20.85Ω2．調速特性（1）改變電樞端電壓的調速a．按上述方法起動直流電機后，將電阻R1調至零，并同時調節負載，電樞電壓和磁場調節電阻Rf，使電機的U=UN，Ia=0.5IN，If=IfN，記錄此時的T2=N.mb．保持T2不變，If=IfN不變，逐次增加R1的阻值，即降低電樞兩端的電壓Ua，R1從零調至最大值，每次測取電動機的端電壓Ua，轉速n和電樞電流Ia，共取7-8組數據填入表1-9中。表1-9If=IfN=1.068A,T2=0.64N.mUa（V）220209201193184174161144n（r/min）17371668159715351453137012471106Ia（A）0.5500.5560.5680.5820.6040.6300.6720.736（2）改變勵磁電流的調速a．直流電動機起動后，將電樞調節電阻和磁場調節電阻Rf調至零，調節可調直流電源的輸出為220V，調節“轉矩設定”電位器，使電動機的U=UN，Ia=0.5IN，記錄此時的T2=N.mb．保持T2和U=UN不變，逐次增加磁場電阻Rf阻值，直至n=1.3nN，每次測取電動機的n、If和Ia，共取7-8組數據填寫入表1-10中。表1-10U=UN=220V，T2=0.78N.mn（r/min）139613481302123411691104982867If（A）0.1100.1120.1100.1100.1110.1100.1120.112Ia（A）0.5500.5580.5700.5910.6150.6380.6910.753(3)能耗制動按圖1一7接線U1：可調直流穩壓電源R1、Rf：直流電機電樞調節電阻和磁場調節電阻（MEL-09）RL：采用MEL-03中兩只900Ω電阻并聯。S：雙刀雙擲開關（MEL-05）a．將開關S合向“1”端，R1調至最大，Rf調至最小，起動直流電機。b．運行正常后，從電機電樞的一端撥出一根導線，使電樞開路，電機處于自由停機，記錄停機時間。c．重復起動電動機，待運轉正常后，把S合向“2”端記錄停機時間。d．選擇不同RL阻值，觀察對停機時間的影響。六．實驗報告1.由表1-8計算出P2和η，并繪出n、T2、η=f(Ia)及n=f(T2)的特性曲線。電動機輸出功率P2=0.105nT2式中輸出轉矩T2的單位為N·m，轉速n的單位為r／min。電動機輸入功率P1=UI電動機效率η=×100％電動機輸入電流I=Ia+IfN由工作特性求出轉速變化率：Δn=×100％2.繪出并勵電動機調速特性曲線n=f(Ua)和n=f(If)。分析在恒轉矩負載時兩種調速的電樞電流變化規律以及兩種調速方法的優缺點。答：調壓調速時，電壓越大，轉速越快，電樞電流越小。調磁調速時，勵磁電流越大，轉速越慢，電樞電流越小。一，改變電壓。這種調速方法有下列優點：1機械特性較硬，并且電壓降低后硬度不變，穩定性較好。2調速幅度較大。3可均勻調節電壓，可得到平滑的無級調速。但是需要用電壓可以調節的專用設備，投資費用較高。二，改變磁通。這種