电机学实验1实验报告

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实验报告课程名称:电机学指导老师:史涔溦成绩:__________________实验名称:直流电动机实验实验类型:验证性实验同组学生姓名:一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得实验一直流电动机实验一、实验目的和要求1、进行电机实验安全教育和明确实验的基本要求2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件3、学习直流电动机的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法4、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5、掌握直流并励电动机的调速方法6、并励电动机的能耗制动二、实验内容和原理1、并励直流电动机起动实验2、改变并励直流电动机转向实验3、测取并励直流电动机的工作特性和机械特性4、并励直流电动机的调速方法三、主要仪器设备1、直流电源(220V,3A,可调)2、并励直流电动机3、负载:测功机。与被测电动机同轴相连。4、调节电阻。电枢调节电阻选取0-90欧,磁场调节电阻选取0—3000欧。5、直流电压电流表。电压表为直流250V,电枢回路电流表量程2.5A,励磁回路电流表量程200mA。四、操作方法与实验步骤(1)并励直流电动机的起动实验接线图:实验时,首先将电枢回路电阻调节到最大,因为起动初n=0,而端电压为额定值,如果电枢回路电阻过小那么会因电流过大而烧坏电机。其次应该Rf调节到最小,因为当电枢电流和电动势一定时,磁通量和转速是成反比的,如果磁场太弱,那么会造成很大的转速,从而造成危险。调节电源电压,缓缓启动电机,观察电动机的旋转方向是否符合负载的加载方向。最后逐步减小R1,实现分级起动,直到完全切除R1.注意每次起动前,将测功机加载旋钮置0。实验完成后,将电压和测功机加载旋钮置0。(2)改变并励直流电动机转向实验改变转向,即改变导体的受力方向,则改变电枢电流或者磁场的方向都可以实现。因此对调励磁绕组或者电枢绕组的极性即可。重新起动,观察转向。(3)测量并励直流电动机的工作特性和机械特性1、完全起动电机并获取稳定转速,使得R1=02、将电动机调节到额定状态,调节电源电压测功机加载旋钮及磁场调节电阻Rf,至额定状态:U=UN,I=IN,n=nN,记下此时的If,即IfN。3、保持U=UN,If=IfN不变,调测功机加载旋钮,逐渐减小电动机负载至最小,测I、n、T2。(4)并励直流电动机的调速特性1、改变电枢电压调速1)按操作1起动后,切除电枢调节电阻R1(R1=0)2)调节电源电压、测功机加载旋钮及磁场调节电阻Rf,使U=UN,T2=500mN.m,If=IfN3)保保持持TT22==550000mmNN..mm,,IIff==IIffNN不不变变,从零开始逐渐增加R1至最大值,从而逐渐降低电枢端电压Ua,每次测Ua、n、I。2、改变励磁电流调速1)按操作1起动后,切除电枢调节电阻R1(R1=0)和磁场调节电阻Rf;2)调节电源电压、测功机加载旋钮,使U=UN,T2=500mN.m3)保保持持UU==UUNN,,TT22==550000mmNN..mm,,不不变变,从零开始逐渐增加Rf,从而逐渐减小励磁电流,直至n=1.2nN,,每次测If、n、I。五、实验数据记录和处理首先阅读并记录直流电机的铭牌数据:UN=220V,nN=1600r/min,IfN0.16A,IN=1.1A,PN=185W。(1)并励直流电动机的起动.实验过程记录:空载起动时,首先使Ra调最大,Rf调最小。再调节负载转矩为0。起动后将Ra逐步调节为0,同时增大电压,使之达到额定电压,并且微调Rf使转速达到额定值。最终测得数据:n=1600r/minI=0.211AIf=97.6mAU=220V注意到在做完实验后,将测功机加载旋钮置0(调节到最左)后,其读数仍显示为-0.03Nm(2)并励直流电动机转向实验实验过程记录:在实验过程中,检查起动时的电机转速是否和测功机标定方向相同,如果不同,那么需要停机,调换电枢或者励磁绕组极性后,再次起动。(3)并励直流电动机的工作特性和机械特性U=UN=220V,If=IfN=81.4mA,Ra=20欧输入电流I(A)1.1080.990.8860.7960.70.6120.5290.4410.2910.149转速n(r/min)1600160816141619162316311640165016901726输出转矩T2(Nm)0.950.850.750.650.550.450.350.250.100.00Ia(A)1.02660.90860.80460.71460.61860.53060.44760.35960.20960.0676P2(W)159.174143.131126.7633110.201893.4780976.8590660.1091443.196917.697640效率(%)65.2994965.7166965.0334862.9293360.7000657.0848751.6490344.5237127.643920转速特性:n与T2的关系曲线:(用不同曲线的拟合结果)转矩特性:效率特性:(4)并励直流电动机的调速特性1、改变电枢端电压调速If=IfN=81.4mA,T2=500mNm端电压Ua(V)220206191181172160转速n(r/min)162015161396131712461156输入电流I(A)0.660.670.670.670.670.66电枢电流Ia(A)0.57860.58860.58860.58860.58860.5786曲线的绘制:2、改变励磁电流的调速U=UN=220V,T2=500mNm曲线的绘制:转速n(r/min)15201572160216251661169617281755励磁回路电流(mA)101.987.582.078.173.369.566.564.2输入电流I(A)0.650.650.660.660.680.680.690.70电枢电流Ia(A)0.56860.56860.57860.57860.59860.59860.60860.6186六、实验结果与分析1、在并励直流电动机的工作特性和机械特性的测定实验中,保持电枢两端电压不变,励磁电流不变,观察输入电流I,转速n和输出转矩T2随着P2的变化。也就是测定转速特性、转矩特性和效率特性曲线。1)转速特性分析:aaeUIRnC从公式上可以看出,当T2变小时,由于emTaTCI,而Tem和T2呈现正相关,所以当Tem减小,Ia减小,因此n增大。由于励磁电流不变,因此总输入电流减小。而实验结果呈现的曲线也恰好符合这个规律。并且还可以得出转速变化率为7.875%。2)转矩特性分析:22PT由于当P2增大时,n略有下降,事实上得到的曲线应略向上弯曲,实验所得的图像在这一点上体现得不是特别明显,仅仅是最后的两个点略从拟合直线上移。3)效率特性分析:效率特性指的是U=UN,If=IfN保持不变时,效率与P2的关系曲线。效率的计算为P2与P1之比,而P1的计算公式为P1=UI。呈现出先急剧上升后趋于平缓略有下降的趋势。另,由于效率特性难以用多项式函数或指数函数表示,故在excel拟合的时候选用了“移动平均法”,配合上平滑连接的曲线,大致表示出效率特性的走向规律。2、改变电枢电压调速根据公式aaeUIRnC,降低电枢电压后,转速将下降,且符合线性关系3、改变励磁电流调速:保持电枢电压和负载转矩不变,且使得R1=0,降低磁通密度,那么会使得转速上升,并且上升速度较快。七、思考题p12:1、试说明电动机启动时,启动电阻R1和磁场调节电阻Rf应调节到什么位置,为什么?答:启动电阻R1应该调到最大,Rf应调节到最小。因为如果Rf过大,那么磁场强度变小,可能会使得电机一下子加速到十分高的速度,远远超过额定转速,可能会对机械本身和操作者都造成伤害。而启动电阻调到最大是因为一开始由于转速很小,电动势很小,如果仅仅靠着20欧姆的电枢电阻,一下子加上220V左右的电网电压,那么会使得电枢回路电流过大,从而造成危险。当转速达到一定值后,逐渐减小Ra,逐级启动。2、增大电枢回路的调节电阻,电机的转速是如何变化的?增大励磁回路的调节电阻,转速又如何变化?答:电枢回路的电阻增大,如电枢电流瞬间保持不变,那么加在电枢两端的电压变大,会使得转速提升。增大励磁回路的调节电阻,转速也会提升。3、用什么方法可以改变直流电动机的转向?答:可以将电枢回路或励磁回路反接4、为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠?答:如果没有接牢,接触电阻增加,那么相当于增加了励磁回路的电阻,导致磁通量变小,转速大大高于期望值。p215、并励电动机的转速特性为什么会略微下降?是否出现上翘现象?为什么?上翘的速率特性对电动机运行有何影响?答:根据公式aaeUIRnC,当U不变时,随着Ia的增大,n自然会略略下降,只不过Ra通常较小,因而斜率不大。并励电动机不会出现上翘现象,因为Ra不会为负值。上翘的速率特性的电动机,当电枢电流增大,转速升高,那么在工作时的转速将超过空载转速,而空载转速一般已经高于额定值,因此是不合理的。6、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:当电枢电压减小时,转速瞬时保持不变,此时的电磁转矩和转速反方向,输入功率小于0,实际上电机处于回馈制动状态。之后电机工作点沿着降压后的机械特性曲线下降,直到电磁转矩和外加转矩和空载转矩的和平衡。因此转速会不断降低,直到达到新的平衡点。7、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:减小励磁电流,那么磁通量减小,在其他物理量不变的情况下,磁通量和转速成反比。8、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:是。除了出现飞速,还会因为电枢电流过大而造成电枢烧坏等现象发生。9、实验心得体会答:本次实验是电机学课程的第一次实验,且和之前大二阶段的电路电子实验不同,强调两个人的配合以及分工协作能力。由于电源输出部分本身有一个输出电压和输出电流的显示表,即DT02区域自带的电压表和电流表,它的精度和实验台上提供的250V量程电压表有所不同,在逐渐升高电压,提高转速的过程中,我们选择以电压表的读数为基准,调整旋钮使其显示220.0V。而此时输出电压显示225V左右,原因是加上了电流表A1自身的压降。在其余的实验过程中,本人负责旋钮部分(如电阻和电压的调节),另一名同学负责监视转速的读数以及对负载转矩大小的调整,防止因为调节过猛导致转速过快从而发生危险。

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