电机与拖动实验-直流并励电机实验报告

实验报告课程名称：电机与拖动实验指导老师：白亚男成绩：__________________实验名称：直流并励电动机实验类型：_______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、心得一、实验目的1.掌握用实验方法测区直流并励电动机的工作特性和机械特性2.掌握直流电动机的调速方法二、实验仪器设备1、直流电源（DT02，220V，3A，可调）2、并励直流电动机（D17）𝑃𝑁=185𝑊,𝑈𝑁=220𝑉,𝐼𝑁=1.1𝐴,𝑛𝑠=1600𝑟/𝑚𝑖𝑛,𝐼𝑓0.16𝐴3、负载—测功机4、调节电阻（DT04）电枢调节电阻R1:0~90欧姆磁场调节电阻Rf:0~3000欧姆5、直流电压电流表（DT10）电压表1：直流250V电流表1：量程2.5A，电枢回路电流表2：量程200mA，励磁回路三、实验内容1.工作特性和机械特性保持U=𝑈𝑁和𝐼𝑓=𝐼𝑓𝑁不变，测取n,𝑀2,𝑛=𝑓(𝐼𝑎)andn=f(𝑀2).2.调速特性（1）改变电枢电压调速保持𝐼𝑓=𝐼𝑓𝑁,𝑀2=contast,测取电动机的转速与电枢两段电压的关系，即𝑛=𝑓(𝑈𝑎)（2）改变励磁电流调速保持U=𝑈𝑁,𝑀2=contast,测取𝑛=𝑓(𝐼𝑓).四、实验步骤1、并励直流电动机起动实验（1）电动机起动前，电枢调节电阻R1调至最大，磁场调节电阻Rf调至最小；（2）调节电源电压，缓缓起动电机，观察电动机转向是否符合测功机加载方向；（3）逐渐减小电阻R1，直至完全切除。专业：自动化（电气）姓名：邵成武学号：日期：2016.10.26地点：教2-1162、改变并励直流电动机转向实验对调电枢绕组或励磁绕组，重复操作1，重新起动，观察转向。实验线路图：3、测取并励直流电动机的工作特性和机械特性步骤：（1）按操作1起动电机后，切除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,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(i)按操作1起动后，切除电枢调节电阻R1(R1=0);(ii)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=I𝑓𝑁；(iii)保持T2=500mN∙m,I𝑓=I𝑓𝑁不变，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(i)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;(ii)调节电源电压、测功机加载旋钮,使U=U𝑁，T2=500mN；(iii)保持U=U𝑁，T2=500mN不变，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（1）并励电动机工作特性和机械特性保持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。在本实验中，通过电枢回路的电流由总电流减去励磁电流所得。U=UN=220V,If=IfN=71.3mA,Ra=20Ω,转速n=1600r/min时，转矩1.08N.m实验内容U(V)220220220220220220n(r/min)160016231636164816631674M2(N.m)1.080.90.80.70.60.5I总（A）1.17130.930.840.7480.6620.578If（mA）71.371.371.371.371.371.4U(V)220220220220220n(r/min)16891706172917431767M2(N.m)0.40.30.20.10I总（A）0.4920.4090.3220.2430.152If（mA）71.371.471.471.471.5（2）改变电枢端电压的调速方法保持T2=500mN∙m,I𝑓=I𝑓𝑁不变，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。If=IfN=0.074A,M2=500mN.mUa(V)220210200190180170168n(r/min)1674160215221448136712861272I(A)0.5770.5730.5750.5690.5670.5650.564（3）改变励磁电流的调速保持U=U𝑁，T2=500mN不变，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。U=UN=220V,M2=500mN.m内容测量值n(r/min)146215161550158916301677171117421760If(mA)113.396.78880.574.167.96461.160.6I(A)0.5490.5470.5520.5580.5630.5740.5780.5820.588六、实验数据处理及结果分析（1）并励电动机工作特性和机械特性U=UN=220V,If=IfN=71.3mA,Ra=20Ω,转速n=1600r/min时，转矩1.08N.m实验内容U(V)220220220220220220n(r/min)160016231636164816631674M2(N.m)1.080.90.80.70.60.5I总（A）1.17130.930.840.7480.6620.578If（mA）71.371.371.371.371.371.4计算数据Ia(A)1.10.85870.76870.67670.59070.5066P2(W)181.44153.374137.424121.128104.76987.885η(%)70.41%74.96%74.36%73.61%71.94%69.11%实验内容U(V)220220220220220n(r/min)16891706172917431767M2(N.m)0.40.30.20.10I总（A）0.4920.4090.3220.2430.152If（mA）71.371.471.471.471.5计算数据Ia(A)0.42070.33760.25060.17160.0805P2(W)70.93853.73936.30918.30150η(%)65.54%59.72%51.25%34.23%0.00%从图中可以发现，转速随着电枢电流的增加基本成线性减小，转速随着负载转矩的增加基本呈线性减小。（2）改变电枢端电压的调速If=IfN=0.074A,M2=500mN.mUa(V)220210200190180170168n(r/min)1674160215221448136712861272I(A)0.5770.5730.5750.5690.5670.5650.564Ia(A)0.50570.50170.50370.49770.49570.49370.4927改变电枢两段的电压，由公式T=𝐶𝑀𝜙𝐼𝑎可知，当M与𝐼𝑓不变时，Tans𝜙均不发生变化，那么𝐼𝑎也不变，在实验数据中也可以观察到𝐼𝑎变化范围十分之小。同时，1580160016201640166016801700172017401760178000.20.40.60.811.2转速n(r/min)电枢电流Ia(A)n=f(Ia)特性曲线1580160016201640166016801700172017401760178000.20.40.60.811.2转速n(r/min)转矩M2(mN.m)n=f(M2)特性曲线因为𝐸𝑎=𝐶𝑒𝜙𝑛,可以得知，转速和电枢两段电压成线性关系。（3）改变励磁电流的调速U=UN=220V,M2=500mN.m内容测量值n(r/min)146215161550158916301677171117421760If(mA)113.396.78880.574.167.96461.160.6I(A)0.5490.5470.5520.5580.5630.5740.5780.5820.588Ia(A)0.4780.4760.4810.4870.4920.5030.5070.5110.517改变励磁电流，由公式T=𝐶𝑀𝜙𝐼𝑎可知，当M不发生变化，T不发生变化，𝐼𝑓减小，𝜙也减小，所以𝐼𝑎会增加，在实验数据中也可以观察到𝐼𝑎变化范围从0.478A增加到了0.517。同时，因为𝐸𝑎=𝐶𝑒𝜙𝑛,但是𝐼𝑓减小，𝜙也减小，𝐸𝑎也减小，转速和励磁电流不成线性关系，但随着励磁电流的减小，转速会减小。11001200130014001500160017001800160170180190200210220230转速n(r/min)U(V)n=f(U)两种调速方法的优缺点：七、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？是否出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机有何影响？答：已知n=𝑈𝐶𝑒𝜙−𝑅𝑎𝑇𝐶𝑒𝐶𝑇𝜙2=𝑛0−𝛽𝑇,所以速率特性是下降的，但是由于电动机中的𝑅𝑎≪𝐶𝑒𝐶𝑇𝜙2,所以𝛽很小，所以只是略微下降。当𝐼𝑎增加时，由于电枢反应的去磁作用，导致ϕ的减小，由E=𝐶𝑒𝜙𝑛可知，因为n会增加，所以可能出现上翘现象。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，减小电枢两端电压，由U=E=𝐶𝑒𝜙𝑛可知，电动机转速会下降。3.当电动机的负载转矩和电枢电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高，为什么？14001450150015501600165017001750180060708090100110120转速n(r/min)励磁电流If(mA)n=f(If)改变电枢两端电压调速改变励磁电流调速优点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弱磁调速可以连续平滑调速，改变励磁电流控制方便缺点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。而且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答：当M和U不变时，减小励磁电流会减小𝜙，由U=E=𝐶𝑒𝜙𝑛可知，而E几乎不变，所以电动机转速会上升。4.并励电动机在负载运行时，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会骤减，但是由于磁滞效应，仍然会有剩磁存在，而且由公式n=𝑈𝐶𝑒𝜙−𝑅𝑎𝑇𝐶𝑒𝐶𝑇𝜙2=𝑛0−𝛽𝑇可知，𝑛0,𝛽均变得很大，而且𝑛0𝛽,于是在负载转矩很小的时候，可能会产生飞速现象。