課程名稱： 電機學 指導老師： 成績： 實驗名稱：直流電機認識實驗及并勵直流動機實驗類型: 同組學生姓名： 一、實驗目的和要求（必填） 二、實驗內容和原理（必填）三、主要儀器設備（必填） 四、操作方法和實驗步驟五、實驗數據記錄和處理 六、實驗結果與分析（必填）七、討論、心得一、 實驗目的和要求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掌握直流并勵電動機的調速方法二、 實驗內容和原理實驗內容（1） 并勵直流電動機起動實驗（2） 改變并勵直流電動機轉向實驗（3） 測取并勵直流電動機的工作特性和機械特性（4） 并勵直流電動機的調速方法（改變電樞電壓調速、改變勵磁電流調速）實驗原理實驗接線圖如卜?圖所示（1）并勵直流電動機起動實驗起動：電動機組（電動機帶生產機械）從靜止到某一轉速卞穩定運行的過程，稱為起動過程并勵直流電機起動方法：降低端電壓起動：通過降低電機端電壓來限制起動電流。優點：起動電流小，能量損耗小；缺點：專用電源，系統復雜。電樞回路串電阻起動：起動時在電樞回路串入變阻器以限制起動電流，待轉速上升后再逐級切除起動電阻°（分級起動）優點：設備簡單，且始終保持較人的起動轉矩，使電機有較人加速度，均勻加速:缺點：起動電阻上有功率損耗。優點：設備簡單，且始終保持較人的起動轉矩，使電機有較人加速度，均勻加速:缺點：起動電阻上有功率損耗。（2）并勵直流電動機組的工作特性轉速特性條件:U=U”U=U”=const、I$=/z=constRq=0轉矩特性條件:U=Un=const轉矩特性條件:U=Un=const、I$=/z=constRq=0麗）效率特性條件:U=Un=constIf=[倍=const. =0條件:U=Un=constIf=[倍=const. =0〃=[1_代“/+〃斤+p”詠+化d+廠比

UH）]xlOO%d〃_2￡R“U-Ug+/%+%「+卩泌+打出)兀— (^)2（3）并勵直流電動機組的機械特性固有機械特性條件：S①=%（/“）,心=0表達式：人為機械特性條件:U=UNJf=IfN電樞回路串電阻時的人為機械特性

特點：理想空載轉速110與固有特性相同，故改變電阻的人為機械特性為過（0,no）點的一簇放射狀直線11.改變端電壓的人為機械特性特點：理想空載轉速110低于額定電壓時的理想空載轉速no故對于不同的電壓U,機械特性為一簇平行線。11L減弱主磁通的人為機械特性特點：〃；>”。理想空載轉速增加;瓦>0。同一負載轉矩卞轉速降△D以磁通的平方比例增人。三、主要儀器設備直流電源（DT02,220V,3A可調）并勵直流電動機（D17）PN= N=220V,IN= =1600r/niii,If=0.16/1負載一測功機與被測電動機同軸相連，具有調零、加載、轉向顯示等功能調節電阻（DT04）電樞調節電阻：K=0?90G磁場調節電阻：R/=0?3000G直流電壓電流表（DT10）直流電壓表量程250V,電樞回路電流表量程2.5A,勵磁回路電流表量程200mA四、操作方法和實驗步驟并勵直流電動機起動實驗（1） 按照實驗原理中的電路接線圖，連接實物圖；（2） 電動機起動前，電樞調節電阻&調至最大，磁場調節電阻Rf調至最小；（3） 調節電源電壓，緩緩起動電機，觀察電動機轉向是否符合測功機加載方向；（4） 逐漸減小電阻，直至完全切除。改變并勵直流電動機轉向實驗對調電樞繞組或者勵磁繞組的極性，重復上述操作，重新起動，觀察轉向；測取并勵直流電動機的工作特性和機械特性（1） 按照上述操作起動電機后，切除（2） 將電動機調至額定狀態。調節電源電壓、測功機加載旋鈕和磁場調節電阻心，至額定狀態：U=U\‘，1=1,n=n，記下此時的.，這時勵磁電流即為額定勵磁電流；N jV j（3） 保持u=.、I=I過不變，調節測功機加載旋鈕，逐漸減小電動機負載至最小，測量并記錄/、“、并勵直流電動機的調速特性（1） 改變電樞電壓調速按操作1啟動后，切除電樞調節電阻盡；調節電源電壓、測功機加載旋鈕及磁場調節電阻Rf，使u=Uj= I,=/zV-保持7；=500nW-w?不變，不變，從零開始逐漸增加至最大值，從而減低電樞端電壓Un,測量并記錄、“、IO（2） 改變勵磁電流調速按操作1啟動后，切除電樞調節電阻人,和磁場調節電阻R：;調節電源電壓、測功機加載旋鈕，使得u=U,、7；=500〃訓?加；保持u=U不變，T=500〃?N"不變，從零開始逐漸增加從而減小勵磁電流，直到n=12/?，jV 2 f °jV測量并記錄人、

五、實驗數據記錄和處理1?并勵直流電動機工作特性和機械特性實驗測量數據計算所得數據/(A)M?m)P2(W)nAz?1.09416031.061.03178.4179.12%0.19%1.03816181.000.97169.8979.69%1.13%0.98716210.950.92161.6980.06%1.31%0.94016270.900.87153.7580.24%1.69%0.88916320.850.82145.6680.74%2.00%0.82916370.800.76137.5182.24%2.31%0.79216130.750.72129.3981.34%2.69%0.74816180.700.68121.1381.09%3.00%0.69516550.650.63112.9582.02%3.44%0.64216600.600.57104.5882.96%3.75%0.56016700.500.4987.6881.17%4.38%0.50016800.130.4375.8580.00%5.00%0.40916900.310.3160.3380.66%5.63%0.36917000.270.3048.2073.02%6.25%0.32217100.220.2539.5070.97%6.88%0.25517200.110.1925.2861.79%7.50%2?并勵直流電動機的調速特性（1）改變電樞端電壓調速Uci(V)/(A)22016610.5600.49121316010.5660.49720615580.5640.49520015100.5660.49719314580.5640.49518614050.5620.49318013690.5600.49117313070.5600.49116912710.5600.491（2）改變勵磁電流調速W)/(A)14421.4420.541112.914601.4600.536106.214771.4770.537101.215031.5030.53693.515241.5240.53688.9

15531.5530.51182.215891.5890.54475.416251.6250.55269.316511.6510.55566.716901.6900.56062.117111.7110.56860.917301.7300.57160.0六、實驗結果與分析曲線的繪制及工作特性分析轉速特性02 03 04 05 46 07 08 ?9由斥*凌GA5上苦?戈7102 03 04 05 46 07 08 ?9由斥*凌GA5上苦?戈71MATLAB擬合曲線結果：LinearmodelPoly1:f(x)=pl*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):pl= -130.1 (-137.5,-122.7)p2= 1738(1733,1743)Goodnessoffit:SSE:178.9R-squaie:0.9903AdjustedR-squaie:0.9896RMSE:3.575由圖像我們可以看出，電機轉速和電樞電流之間是一條略微向下的直線，變化率大約為5%,所以可以近似看作為恒速電機。轉矩特性

0$06 ?7電更電我WA010$06 ?7電更電我WA01092LinearmodelPolyl:f(x)=pl*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):pl= 1.088(1.059,1.116)p2= -0.04271(-0.06174,-0.02367)Goodnessoffit:SSE:0.002601R-squaie:0.998AdjustedR-squaie:0.9978RMSE:0.01363由圖像可以看出，電樞轉矩與電樞電流的變化近似成一條經過原點、斜率為1的直線，說明電樞轉矩與電樞電流之河可看成近似為正比例函數關系，不經過原點的原因是因為電機起動需要克服一些摩擦轉矩等因素。效率特性GeneralmodelPower2:f(x)=a*xAb+cCoefficients(with95%confidencebounds):a= -0.00165 (-0.004925,0.001624)b= -2.896 (-4.1,-1.691)c= 0.8142 (0.7991.0.8293)

Goodnessoffit:SSE:0.003952R-squaie:0.9128AdjustedR-squaie:0.8994RMSE:0.01744由圖像我們可以看出，電機的效率隨著電樞電流的增人而不斷增人，在起動之后的電機效率基本趨于穩定,維持在80%左右，可以近似看做電機效率隨電樞電流的增長，呈現對數增長模式。（4）轉速轉矩特性轉趣05 0? 07 06 0$輕趣WE2￡??轉趣05 0? 07 06 0$輕趣WE2￡??LinearmodelPolyl:f(x)=pl*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):pl= -119.8(-124.5,-115.1)p2= 1733(1730,1736)Goodnessoffit:SSE:84.26R-squaie:0.9954AdjustedR-squaie:0.9951RMSE:2.453由圖像可以看出，直流并勵電動機的機械特性為轉速和負載轉矩的關系，機械特性是向下降的曲線，此時為固有機械特性。改變電樞端電壓調速LinearmodelPoly1:f(x)=pl*x+p2Coefficients(with95%confidencebounds):pl= 7.526(7.282,7.769)p2= 5.386(-41.84,52.61)Goodnessoffit:SSE:188.3R-squaie:0.9987AdjustedR-squaie:0.9985RMSE:5.187由圖像可以看出，電樞端電壓卞降后，理想空載轉速降低，人為特性曲線與固有特性曲線平行。端電壓下降，轉速下降。優點：可以連續平滑的調速，對于輕載與重載具有明顯的調速效呆。缺點：轉速只能從而定轉速往卞調，初投資較人，維護要求高。改變勵磁電流調速GeneralmodelPower2:f(x)=a*xAb+cCoefficients(with95%confidencebounds):a=2.823e+005(2114亡+005,7.759亡+005)b=-1.581 (-2.052,-1.111)c= 1285(1203,1368)Goodnessoffit:SSE:254R-square:0.9977AdjustedR-squaie:0.9972RMSE:5.312變化規律：隨著If的減小，磁通逐漸減小，磁通減小導致理想空載轉速的增大，同時特性曲線的斜率也隨之增大，使轉速減小。優點：弱磁調速可以連續平滑調速，改變勵磁電流控制比較方便。缺點：在恒轉矩負載的情況卞進行改變勵磁電流調速，因為刺痛減小會導致電樞電流la增人，導致電樞電阻上的發熱功率升高，電機效率降低。而且轉速只能從而定轉速往上調，最高轉速受機械強度與換向能力的限制。誤差分析（1） 在啟動之后，去除Ra電阻的阻值，可能沒有去除干凈，導致測量數據存在誤差；（2） 在調速過程中，保持恒定的數據會隨著變量的變化而相應發生微小變化，在多次測量的過程中，可能存在調節的恒量值與原恒量值之間的一定出入，從而導致實驗誤差；（3） 實驗器材（直流電壓表、電流表、穩壓電源等）自身存在的實驗測量誤差；（4） 電動機老化產生的實驗誤差。思考題（1） 并勵電動機的速率特性n=f（Ia）為什么是略微下降？是否出現上翹現彖？為什么？上翹的速率特性對電動機有何影響？答：“=__込。由公式可以得知，當la增大時，轉速減小，但是由于Ra很小，所以斜率生很CQC,.① Q①小，所以只是略微下降。當la增加時，由于電樞反應的去磁作用，導致e減小，所以可能湖即出現上翹現象。（2） 當電動機的負載轉矩和勵磁電流不變時，減小電樞端電壓，為什么會引起電動機的轉速降低？答：u=E=CQh。當轉矩M和勵磁電流If不變時，減小點數兩端的端電壓，會引起電動機轉速卞降。（3） 當電動機的負載轉矩和電樞電壓不變時，減小勵磁電流會引起轉速的升高，為什么？答：U=E=C①〃。當轉矩M和電樞電壓U不安地時候，減小勵磁電流會減小4）,當E幾乎不變的時e候，轉速n會隨之上升（4） 并勵電動機在負載運行的時候，當磁場回路斷線時，是否一定會出現“飛速”？為什么？答：當磁場回路斷線時，磁通會急劇減小，不過由于電機中的磁鐵有磁滯效應，所以還有一部分剩磁存在。并且由公式n=—~R（