一．实验目的

了解直流电动机的各种运转状态时的机械特性

二．预习要点

1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？

2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？

3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。

三．实验项目

1．直流他励电动机机械特性。

2．回馈制动特性

3. 自由停车及能耗制动。

4．反接制动。

四．实验设备及仪器

1．NMEL系列电机系统教学实验台主控制屏。

2．电机导轨及转速表（MMEL-13）

3．三相可调电阻900Ω（NMEL-03）

4．三相可调电阻90Ω（NMEL-04）

5．波形测试及开关板（NMEL-05B）

6、直流电压、电流、毫安表（NMEL-06）

7．电机起动箱（NMEL-09）

五．实验方法及步骤

1．直流他励电动机机械特性及回馈制动特性

接线图如图1-1

图中直流电压表V1为220V可调直流稳压电源（电枢电源）自带，V2为MEL-06上直流电压表，量程为300V；

直流电流表mA1、A1分别为直流励磁及220V可调直流稳压电源自带毫安表、安培表；

mA2、A2分别选用量程为200mA、5A的毫安表、安培表（NMEL-06）

R1选用1800Ω欧姆电阻（NMEL-03两只900Ω电阻相串联）

R2选用180欧姆电阻（NMEL-04中两90欧姆电阻相串联）

R3选用3000Ω磁场调节电阻（NMEL-09）

R4选用2250Ω电阻（用NMEL-03中两只900Ω电阻相并联再加上两只900Ω电阻相串联）

开关S1、S2选用NMEL-05中的双刀双掷开关。

M为直流他励电动机M03，请抄写电机铭牌上的参数并填入下表中：

表1-1

表1-2

图1-1直流他励电动机机械特性实验线路图

按图1-1接线，在开启电源前，检查开关、电阻的设置；

（1）开关S1合向“1”端，S2合向“2”端。

（2）电阻R1至最小值，R2、R3、R4阻值最大位置。

（3）直流励磁电源船形开关和220V可调直流稳压电源船形开关须在断开位置。

实验步骤。

a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。

b．调直流电动机的额定点（此时电动机运行在额定状态下，电枢电压，电枢电流，电机转速都为额定值）

调额定点时，先增大直流电动机的励磁电阻R1，使转速为额定值，再减小发电机负载电阻R4、R3（先调节R4，再调节R3），使电枢电流增加，随着电流的增加，转速会下降，要同时增大直流电动机的励磁电阻R1，使转速保持在额定值，最后调到额定点。记录此时的Ia 、n、IfN值填入下表中。

c．测取M在额定负载至空载范围的n、Ia

保持电动机的U=UN=220V，If=IfN不变，增大R3、R4阻值，记录n、Ia，直到R3、R4增大到最大值（空载状态）为止，此过程中记录数据填入下表中。

表1-3                  UN=220伏             IfN=  0.07  A

d．折掉开关S2的短接线，调节R3，使发电机G的空载电压为220伏，并且极性与电动机电枢电压相同。

e．保持电枢电压 U=UN=220V，If=IfN，把开关S2合向“1”端，此时开始记录数据，把R4值减小，R4值减小到零后，再调节R3阻值使阻值逐渐增加，电动机M的转速升高，当A1表的电流值为0时，此时电动机转速为理想空载转速，继续增加R3阻值，则电动机进入第二象限回馈制动状态运行，R3阻值增加到最大时停止，此过程中记录数据填入下表中。

表1-4                  UN=220伏             IfN=   0.07   A

2．自由停车及能耗制动

断电按图1-2接线，S1 的“2”端先空着不接线。R1为450欧，R2为180欧。

接好线后，把S1合向“1”端，，R2置最大值。

a．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。

b．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录自由停车时间。

c．断电，S1 的“2”端按图1-2接线，R3为900欧。接好线后，把S1合向“1”端， R2置最大值。按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。

d．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录R3为900Ω能耗制动停车时间。

e．断电，R3阻值改为1800欧。接好线后，把S1合向“1”端， R2置最大值，R3置1800Ω。按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。

f．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录R3为1800Ω能耗制动停车时间。

记录完数据后调节直流可调电源的电位器，使V1读数为UN=0伏， R2阻值调至180Ω。

图1-2 自由停车及能耗制动接线图

表1-3自由停车及能耗制动停车时间 （单位：秒）

实验步骤：

a．断电按图1-3接线。把S1合向“1”端， R1为450欧，R2为180欧。R3为900欧在未上电前， R2 ， R3置最大值。

b．按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。

c．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录R3为900Ω反接制动停车时间。并观察电流表电流极性的变化。

d．断电，R3阻值改为1800欧。按次序先按下绿色“闭合”电源开关、再合励磁电源船型开关和220V电源船形开关，使直流电动机M起动运转，调节直流可调电源，使V1读数为UN=220伏，调节R2阻值至零。

e．电动机稳定运行后，把S1合向“2”端，同时按下秒表记录R3为1800Ω反接制动停车时间。并观察电流表电流极性的变化。

表1-4反接制动停车时间（单位：秒）

图1-3 反接制动接线图

六．实验注意事项

1、请根据电机参数正确选用测量仪表的量程；

2、在测取M在额定负载至空载范围的n和Ia时，电阻要R3、R4增大的方向调节，不能反向调节，否则将使结果的误差增大；

3、电机在启动时，为了减小电枢回路电流，必须保证R2的阻值为180欧。

七．实验报告

根据实验数据绘出电动机机械特性曲线机回馈制动制动特性曲线。

1、电动机机械特性曲线：

已知实验所得数据；

（2）回馈制动制动特性曲线：

八．思考题

1.回馈制动实验中,如何判别电动机运行在理想空载点?

答：电枢回路电流为0时，及电流表A1显示电流值为0时，电动机运行在理想空载点。

2.直流电动机从第一象限运行到第二象限转子旋转方向不变,试问电磁转矩的方向是否也不变? 为什么?

答：电磁转矩的方向发生了变化，变化为从T>0变为T<0,方向发生了变化。

原因是从第一象限到第二象限的过程中，Ea逐渐变大，由公式Un=Ea+Ia*Ra知，此时Ia<0,由公式T= CTΦN Ia知，此时的力矩和电流的方向以致，变为反方向。

3.能耗制动电阻的大小对制动时间有何影响，为什么？

答：电阻越大，制动时间越长。这是因为，电阻越大，在制动过程中，电枢回路的电流就越小，导致电阻消耗的功率就越小，制动时间从而就越长。

4．反接制动电阻的大小对制动时间有何影响，为什么？在反接制动过程中电枢电流的极性应如何变化？

答：反接制动电阻越大，制动时间越长，这是因为电路中电压一定的情况下，电阻越大，电流越小，从而导致电阻消耗的功率越小，因而制动时间越长。

  反接制动过程中，电流方向发生改变，从正值变化为0之后再变为负值。

九、预习要点解答：

1．改变他励直流电动机械特性有哪些方法？

电枢回路串电阻，降低电枢电压，改变励磁电流进而改变磁场。

2．他励直流电动机在什么情况下，从电动机运行状态进入回馈制动状态？他励直流电动机回馈制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性又是什么情况？

电动机转速超过空载转速，进入回馈制动状态；

回馈制动运行时，U=Ea+I*R，随着转速n的增加，Ea= CEΦN*n >U,导致I=（U-Ea）/R<0,Pm=Ea*Ia<0,说明机械功率转化为电功率，电源处P=U*I<0,说明外部机械能转化为电源电能。

3．他励直流电动机反接制动时，能量传递关系，电动势平衡方程式及机械特性。

反接制动时，电动势平衡方程为-Un=Ea+Ia（Ra+Rf），则Ia=（-Un-Ea）/(Ra+Rf)<0;此时，Pm=Ea*Ia<0，说明机械功率转化为电功率，电源处P=U*I>0,说明电能转化为外部机械能。

十、实验总结：

通过本次实验，进一步复习和实践了直流电机的运动控制和拖动，对电机控制的规律的规律也进一步加深。从这个实验里，我得到了直流电机的机械特性及回馈控制特性曲线，也实现了电机的自由停车和能耗制动，而且发现能耗制动时，电路中的电阻越大，所用制动时间越长。

通过实验，进一步锻炼了自己的动手能力。为今后进一步研究和应用直流电机打下了一定的基础。下载本文