a直流电机实验报告.docx

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a直流电机实验报告

直流电机实验报告

课程名：

电机学与电力拖动

姓名：

***

学院：

电气工程学院

班级：

电气1108班

学号：

********

指导老师：

***

2-2直流发电机

一、实验目的

1、掌握用实验方法测定直流发电机的各种运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。

2、通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。

二、预习要点

1、什么是发电机的运行特性？

在求取直流发电机的特性曲线时，哪些物理量应保持不变，哪些物理量应测取。

2、做空载特性实验时，励磁电流为什么必须保持单方向调节？

3、并励发电机的自励条件有哪些？

当发电机不能自励时应如何处理？

4、如何确定复励发电机是积复励还是差复励？

三、实验项目

1、他励发电机实验

（1）测空载特性保持n=nN使IL=0，测取U0=f（If）。

（2）测外特性保持n=nN使If=IfN，测取U=f（IL）。

（3）测调节特性保持n=nN使U=UN，测取If=f（IL）。

2、并励发电机实验

（1）观察自励过程

（2）测外特性保持n=nN使Rf2=常数，测取U=f（IL）。

3、复励发电机实验

积复励发电机外特性保持n=nN使Rf2＝常数，测取U＝f（IL）。

四、实验设备及挂件排列顺序

1、实验设备

序号

型号

名称

数量

1

DD03-4

涡流测功机及导轨

1台

2

D55-4

涡流测功机控制箱

1台

2

DJ23-1

直流电动机（按他励电动机接线）

1台

3

DJ13

直流复励发电机（他励发电机接线）

1台

4

D31

直流电压、毫安、安培表

2件

5

D44

可调电阻器、电容器

1件

6

D51

波形测试及开关板

1件

7

D42

三相可调电阻器

1件

2、屏上挂件排列顺序

D55-4，D31、D44、D31、D42、D51

五、实验方法

1、他励直流发电机（必做）

按图1-2-1接线。

图中直流发电机G选用DJ13，其额定值PN＝100W，UN＝200V，IN＝0.5A，nN＝1600r/min。

直流电动机DJ23-1作为G的原动机（按他励电动机接线）。

涡流测功机、发电机及直流电动机由联轴器同轴联接。

开关S选用D51组件上的双刀双掷开关。

Rf1选用D44的1800Ω变阻器，Rf2选用D42的900Ω变阻器，并采用分压法接线。

R1选用D44的180Ω变阻器。

R2为发电机的负载电阻选用D42，采用串并联接法（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联），阻值为2250Ω。

当负载电流大于0.4A时用并联部分，而将串联部分阻值调到最小并用导线短接。

直流电流表、电压表选用D31、并选择合适的量程。

图1-2-1直流他励发电机接线图

（1）测空载特性

1）首先将涡流测功机控制箱的“突减载”开关拨至上端位置或将给定调节旋钮逆时针旋转到底，涡流测功机不加载。

然后打开发电机G的负载开关S，接通控制屏上的励磁电源开关，将Rf2调至使G励磁电流最小的位置（即Rf2调至最大）。

2）使直流电动机M电枢串联起动电阻R1阻值最大，Rf1阻值最小。

仍先接通控制屏下方左边的励磁电源开关，在观察到直流电动机M的励磁电流为最大的条件下，再接通控制屏下方右边的电枢电源开关，起动直流电动机M，其旋转方向应符合正向旋转的要求。

3）直流电动机M起动正常运转后，将M电枢串联电阻R1调至最小值，将M的电枢电源电压调为220V，调节电动机磁场调节电阻Rf1，使发电机转速达额定值。

4）调节发电机励磁分压电阻Rf2，使发电机空载电压达U0＝1.2UN为止。

5）在保持n=nN＝1600r/min条件下，从U0＝1.2UN开始，单方向调节分压器电阻Rf2使发电机励磁电流逐次减小，每次测取发电机的空载电压U0和励磁电流If，直至If＝0（此时测得的电压即为电机的剩磁电压）。

6）测取数据时U0＝UN和If＝0两点必测，并在U0＝UN附近测点应较密。

7）共测取7～8组数据，记录于表1-2-1中

表2-2n=nN＝1600r/minIL=0

U0（V）

240

220

210

200

190

180

150

110

70

50

28.8

If（mA）

116.7

90.4

81.5

73.1

66

59.4

42.8

26.6

12.9

6.9

0

（2）测外特性

1）把发电机负载电阻R2调到最大值，合上负载开关S。

2）同时调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的分压电阻Rf2和负载电阻R2使发电机的IL＝IN，U＝UN，n=nN，该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流IfN，记录该组数据。

特别注意，当电流超过0.4A时,R2中串联的电阻调至零并用导线短接,以免电流过大引起变阻器损坏。

3）在保持n=nN和If＝IfN不变的条件下，逐次增加负载电阻R2，即减小发电机负载电流IL，从额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流IL，直到空载（断开开关S，此时IL=0），共取6-7组数据，记录于表1-2-2中。

表2-3n＝nN＝1600r/minIf＝IfN＝112.0mA

U（V）

200

210

220

230

235

IL（A）

0.5

0.37

0.27

0.1

0

2、并励发电机实验

（1）观察自励过程

1）按注意事项使直流电动机M停机。

同时将启动电阻R1调回最大值，磁场调节电阻Rf1调到最小值为下次启动做好准备。

在断电的条件下将发电机G的励磁方式从他励改为并励，接线如图1-2-2所示。

Rf2选用D42的900Ω电阻两只相串联并调至最大阻值，打开开关S。

2）按注意事项起动电动机，调节电动机的转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接成他励方式进行充磁。

3）合上开关S逐渐减小Rf2，观察发电机电枢两端的电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件。

如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。

4）对应着一定的励磁电阻，逐步降低发电机转速，使发电机电压随之下降，直至电压不能建立，此时的转速即为临界转速。

六、注意事项

1、直流电动机MG起动时，要注意须将R1调到最大，Rf1调到最小，先接通励磁电源，观察到励磁电流If1为最大后，接通电枢电源，使M起动运转。

起动完毕，应将R1调到最小。

2、做外特性时，当电流超过0.4A时,R2中串联的电阻调至零并用导线短接,以免电流过大引起变阻器损坏。

七、实验报告

1、根据空载实验数据,作出空载特性曲线,由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩磁电压的百分数。

U0（V）

240

220

210

200

190

180

150

110

70

50

28.8

If（mA）

116.7

90.4

81.5

73.1

66

59.4

42.8

26.6

12.9

6.9

0

饱和系数：

X%=（Ib/Ia）*100%=（63/73.1）*100%=86.18%

剩磁电压：

剩磁电压U=28.8V

剩磁电压的百分数β%=（U/UN）*100%=（28.8/200）*100%=14.4%

可以看出，电机的剩磁电压还是比较大的。

2、在同一座标纸上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。

分别算出三种励磁方式的电压变化率：

并分析差异原因。

U（V）

200

210

220

230

235

IL（A）

0.5

0.37

0.27

0.1

0

从图表中可以看出，随着负载电流上升，他励发电机的端电压逐渐下降。

计算电压变化率：

=（235-200）/200*100%=17.5%

通常他励发电机的电压调整率为5%到10%，由于17.5%大于10%，此发电机的外特性不够好。

八、思考题

1、并励发电机不能建立电压有哪些原因？

答：

电机没有磁路，没有电压，必须通过外加直流电源通电来励磁；励磁绕组接法和电枢方向没有配合好，最初微小励磁电流产生的磁动势方向与剩磁方向相反；对于某回路有以临街转速，转速低于临界转速也不建立起电压。

2、在发电机一电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低？

为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？

答：

负载电流增大时电压下降，而励磁电流没有增加，转速降低，为了保持转速正常运行，应曾江励磁电流，以抵消电枢回路的电压降。

2-3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=UN和If=IfN不变，测取n、T2、n=f（Ia）及n=f（T2）。

2.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，R1=0，测取n=f（If）。

（3）观察能耗制动过程

四．实验方法

1．并励电动机的工作特性和机械特性。

a．将R1调至最大，Rf调至最小，毫安表量程为200mA，电流表量程为2A档，电压表量程为300V档，检查涡流测功机与MEL-13是否相连，将MEL-13“转速控制”和“转矩控制”选择开关板向“转矩控制”，“转矩设定”电位器逆时针旋到底，打开船形开关，按实验一方法起动直流电源，使电机旋转，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Rf和“转矩设定”电位器，使电动机达到额定值：

U=UN=220V，Ia=IN，n=nN=1600r/min，此时直流电机的励磁电流If=IfN（额定励磁电流）。

c．保持U=UN，If=IfN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Ia、转速n和转矩T2，共取数据7-8组填入表1-8中。

表2-7U=UN=220VIf=IfN=67.8mAIF2=100MA

实验数据

Ia（A）

0.50

0.40

0.35

0.33

1.20

n（r/min）

1682

1700

1710

1717

1600

IF（A）

0.27

0.16

0.11

0.09

0.90

T2（N·m）

0.505

0.343

0.290

0.280

1.155

计算数据

P2（w）

89.19

61.23

52.07

50.48

194.04

P1（w）

124.92

102.92

91.92

87.52

278.92

η（%）

71.40%

59.49%

56.65%

57.68%

69.57%

△n（%）

5.13%

6.25%

6.88%

7.31%

0.00%

实验数据

Ia（A）

1.10

1.00

0.90

0.85

0.75

0.65

n（r/min）

1608

1618

1625

1635

1648

1657

IF（A）

0.84

0.75

0.65

0.60

0.50

0.40

T2（N·m）

1.100

0.990

0.882

0.828

0.720

0.612

计算数据

P2（w）

185.72

168.19

150.49

142.15

124.59

106.48

P1（w）

256.92

234.92

212.92

201.92

179.92

157.92

η（%）

72.29%

71.60%

70.68%

70.40%

69.25%

67.43%

△n（%）

0.50%

1.13%

1.56%

2.19%

3.00%

3.56%

五．实验报告

1.由表1-8计算出P2和η，并绘出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，转速n的单位为r／min。

电动机输入功率

P1=UI

电动机效率

η=

×100％

电动机输入电流

I=Ia+IfN

由工作特性求出转速变化率：

Δn=

×100％

实验数据

Ia（A）

0.50

0.40

0.35

0.33

1.20

n（r/min）

1682

1700

1710

1717

1600

IF（A）

0.27

0.16

0.11

0.09

0.90

T2（N·m）

0.505

0.343

0.290

0.280

1.155

计算数据

P2（w）

89.19

61.23

52.07

50.48

194.04

P1（w）

124.92

102.92

91.92

87.52

278.92

η（%）

71.40%

59.49%

56.65%

57.68%

69.57%

△n（%）

5.13%

6.25%

6.88%

7.31%

0.00%

实验数据

Ia（A）

1.10

1.00

0.90

0.85

0.75

0.65

n（r/min）

1608

1618

1625

1635

1648

1657

IF（A）

0.84

0.75

0.65

0.60

0.50

0.40

T2（N·m）

1.100

0.990

0.882

0.828

0.720

0.612

计算数据

P2（w）

185.72

168.19

150.49

142.15

124.59

106.48

P1（w）

256.92

234.92

212.92

201.92

179.92

157.92

η（%）

72.29%

71.60%

70.68%

70.40%

69.25%

67.43%

△n（%）

0.50%

1.13%

1.56%

2.19%

3.00%

3.56%

有图表中可以看出，转速n和转矩T2的曲线比较符合理论推测：

随着电枢电流的上升，他励电动机转速n略微下降，负载转矩T2线性增大，而效率η的曲线偏离较大，找不到明显的线增后降，出现峰值的趋势，可能是实验中操作存在失误导致数据出现偏差，还有可能是理论与实际情况的电机运行条件不完全吻合，导致实际效率曲线不正确。

在图表中沿n’=f（Ia）的数据曲线画出趋势线，与坐标轴的交点即为n0’，读出n0’=1.08，换算成n0=1.08*1600=1728，计算转速变化率：

Δn=

×100％=（1728-1600）/1600*100%=8%

六．思考题

1.并励电动机的速率特性n=f（Ia）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：

n=U/CeΦ-RaTem/CeCTΦ2=n0-βTem，为一条下垂的斜线，由于直流电动机中的Ra<

当Ia增加时，由于电枢反应的去磁作用，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-RaTem/CeCTΦ2=n0-βTem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。

若负载转矩较大，这可能产生制动效果。

实验收获与感想

在此次实验中，我对变压器的参数有了进一步的认识和理解，对变压器的特性有了更具体深刻的体会，同时学会了在实验室应根据需要正确选择各仪表量程序保护实验设备。

通过发电机实验，我们对直流电机有了初步的认识。

我们首先根据实验要求和电路图，连接了电路，在连接的开始出现了一些正负极的错误，使得电流过大，造成了过流现象。

在随后的修正中，我们认真重新修改了电路，终于成功使得电机转动并按照实验步骤得到了正确的分析结果。

通过实验掌握了发电机的运行特性，发电机的转速由原动机决定，一般认为转速恒定。

除了转速N外，发电机的外部可测量有三个，即端电压U负载电流I励磁电流。

当发电机正常运行时，3个物理量中1个保持不变，另外2个之间的关系称为发电机的运行特性，不同励磁方式之发电机的运行特性有所不同。

通过电动机实验我们研究了直流并励电动机，主要用实验方法测取了直流并励电动机的工作特性。

在实验中，我们开始实验时候，出现了R2烧断的现象，由于我们操作时候的一些错误，所以出现了这样的状况，接下来的实验，我们做的比较细心，又重新检查了实验电路，最终得到了正确的结果。

这次实验，在调节数值的时候比较复杂，也提高了我们的细心与耐心。