直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性_实验报告.docx

实 验 报 告课程名称：电机与运动控制系统实验 第3次实验实验名称：直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性实验时间：2015年xx月xx日实验地点：xxxxxxxxxx组号_ 学号：xxxxxxxxxx 姓名：xxxxx指导老师：xxxxxx 评定成绩：_实验三 直流他励电动机在各种运行状态下的机械特性一、实验目的了解直流他励电动机的各种运转状态时的机械特性。二、预习要点1 改变直流电动机机械特性有哪些方法。2 直流电动机回馈制动及反接制动时，能量传递关系、电势平衡方程式以及机械特性。三、实验项目1直流电动机电动及回馈制动特性2直流电动机电动及反接制动特性3直流电动机能耗制动特性四、实验线路及操作步骤图31 直流他励电动机机械特性实验实验线路如图31所示。图中被试直流他励电动机选用D26。其额定点为UN220V、IN0.55A、nN1500r/min、PN80W；励磁电流If0.13A。1电动及回馈制动特性实验线路按图31接线。实验设备有：直流电动机（D26），直流负载机（D17），电机导轨，220V直流电源，220V励磁电源，直流电压电流表，900/0.41A可变电阻箱，90/1.3A可变电阻箱，双刀开关，磁场调节电阻（03000）。量程选择为：直流电压表V1、V2量程选为250V，直流电流表量程选为：A1为0.2A，A2为2.5A，A3为0.2A，A4为2.5A，R1选用900可变电阻，R2选用两个90电阻串联，R3选用磁场调节电阻（03000），R4取阻值2250（2个900(0.41A)并联再与2个900串联）。若仪表自动切换量程则无需选择。安装电机时，将被试电动机和负载电机与测功机同轴相联，旋紧固定螺丝先将开关S1合向11端，S2合向22端，R2、R3及R4置最大值，R1置最小值。接通220V直流可调电源，使D26电机起动，然后把R2调至零，调节电源电压、R1、R2、R3及R4，使UUN220V、nnN1500r/min、I1I20.55A，此时I1IfN，保持D26电机的UUN220V、I1IfN不变，改变R4和R3阻值，测取在额定负载至空载范围内的n、I2，共取45组数据记录于表31中。表31 UN220VIfN AI2 ( A )n ( r/min ) 拆掉22端短接线，调节R3，使负载电机的空载电压与220V直流电源电压接近相等，并且极性相同，把S2合向11端，把R4阻值减小，直至为零，再调节R3使阻值逐渐增加，的转速升高，当电机转速超过其理想空载转速时，则被试电动机从第一象限进入了第二象限回馈制动状态运行，继续增加R3阻值直至I2为额定值。测取n、I2，共取45组数据记录于表32中。实验中应注意电机转速不超过2100转/分。表32 UN220VIfN AI2 ( A )n ( r/min ) 因为M2CMI2，而CM为常数，则MI，为简便起见，只要求画nf ( I2 )特性，其图见图3-2。图3-2 电动及回馈制动特性2电动及反接制动特性实验电路图同图61中，其中R1选用磁场调节电阻（03000），R2选用900/0.41A可调电阻箱，R3不用，R4选用阻值2250（2个900(0.41A)并联再与2个900串联）。其余各量程同实验1。先将开关S1合向11端，S2合向22端(短接线拆掉)，把D17负载电机电枢二个插头对调，R1置最小值，R2置300左右，R4置最大值。起动D26被试电机，测量D17负载电机的空载电压是否和220V电源电压极性相反，若极性相反可把S2合向11端。调节R2为900，调节220V直流电源电压使UUN220V，调节R1使I1IfN，保持以上值不变，逐渐减小R4阻值，电机减速直至为零，仍减小R4阻值，此时D26被试电机工作于反接制动状态运行(第四象限)，电机转速显示为负值；再减小R4阻值，直至D26电机的I2为I2N，测取被试电机在1、4象限内的n、I2，共取56组数据记录于表33中。表33 R2900UN220VIfNAI2 ( A )n ( r/min ) 注意：在电机转速为零时，要记录两个被试电机的电枢电流（一个是从正转到刚停，另一个是从停止到刚反转），并分析存在这两个电流的原因。为简便起见，画nf(I2)特性，见图33。图3-3 电动及反接制动特性3能耗制动特性实验电路图同图61中，其中R1选用磁场调节电阻（03000），R2选用360电阻、（四个90电阻串联），R3选用900/0.41A可调电阻箱，R4选用阻值2250（2个900(0.41A)并联再与2个900串联）。其余各量程同实验1。为了能获得某一制动电阻值时的能耗动曲线，操作前把S1合向22端，R2置360，R1置最大值，R3置最小值，R4置300（把两只串联电阻调在零位，把两只并联电阻调在300位置），S2合向11端。起动D17负载电机，调节电源电压使U220V，调节R1使D26被试电机的I1IfN，调节R3使D17负载电机的I3If100mA，调节R4并先使R4阻值减小，然后逐渐增加R4阻值，使D26电机的制动电流在I2N以内测取I2、n，共取45组数据记录于表64中。表34R2360IfNmAI2 ( A )n ( r/min ) 调节R2为180，重复上述实验步骤，测取I2、n，共取45组数据记录于表65中。表35R2180IfNmAI2 ( A )n ( r/min ) 画出以上二条能耗制动特性曲线nf（I2），见图34。图34 能耗制动特性五、实验注意事项调节串并联电阻时，要按电流的大小而相应调节串联或并联电阻，防止电阻器过流引起烧坏。六、实验报告根据实验数据绘出D26电动机运行在第一、第二、第四象限的制动特性n=f（I2）及能耗制动特性n=f（I2）。七、实验数据1.电动及回馈制动特性表31 UN220VIfN0.1137 AI2 ( A )0.410.400.380.350.320.30n ( r/min ) 150715111519152315301534N和I2的拟合公式为y = -234.69x + 1605.2，R2 = 0.97553，其中有两个点明显偏离其他点，故舍去，由此可见，理想空载转速为1605.2r/min。表32 UN220VIfN0.1137 AI2 ( A )0.3620.20370.05182-0.0833-0.207-0.3163n ( r/min ) 150215511602165017011752N和I2的拟合公式为y = -365.47x + 1627，R2 = 0.99453，电动机由正向电动运行逐渐变成正向回馈制动运行。2.能耗制动特性表34R2360IfN112.3mAI2 ( A )-0.412-0.3463-0.3128-0.2784-0.2441-0.21n ( r/min ) 11991001902800700601N和I2的拟合公式为y = -2959.9x - 22.581，R2 = 0.99994，能耗制动时不接电源，理想应该过原点，实际上可能存在偏差。表35R2180IfN114.2mAI2 ( A )-0.43-0.3975-0.3642-0.3322-0.2985-0.2658n ( r/min ) 650600549500449400N和I2的拟合公式为y = -1523.5x - 5.5483，R2 = 0.99998，能耗制动时不接电源，理想应该过原点，实际上可能存在偏差，相比于R2=360欧姆，当R2=180欧姆时特性曲线更加平缓，也即制动过程更加缓慢，通过控制制动电阻阻值来控制制动的快慢程度。八、实验数据误差分析1、由于长时间使用，实验元器件的标称值与实际值不符，且各项性能都逐渐变差，所以引入了系统误差；2、实验过程中由于电机的转速需要过较长时间才能稳定下来，而在读取转速时可能转速还没有稳定下来，所以引入了人为误差；3、由于在实验过程中电机转速不够稳定，且线路存在电阻、杂散电感电容影响，所以引入了系统误差；4、 在读取实验仪器的示数时，由于是人眼读取数据，因而存在估读、错读、漏读等可能，所以引入了人为误差；5、 由于实验测量仪器不够精准，示数波动较大，所以引入了系统误差；6、由于电机经过较长时间使用，各项性能都会变差，测量器件也会，所以引入系统误差；9、 实验小结1、直流电动机在运行过程中，励磁回路绝不可以断开，即绝不可以失磁，因为如果失磁，由于剩磁作用电机的转速将会迅速升高，有可能引发严重的事故；2、 相比于R2=360欧姆，当R2=180欧姆时特性曲线更加平缓，也即制动过程更加缓慢，因此可以通过控制制动电阻阻值来控制制动的快慢程度；3、 由于电机控制步骤和注意事项较多，所以在做电机实验时应该小心谨慎，不能够过于急躁，避免发生事故；4、 在接通电机电源之前，一定要保证线路连接没有问题，励磁回路和电枢回路都要仔细检查一遍，这样才能尽可能避免事故；5、 在做电机实验时，由于所做实验内容较多，所以每次实验前应该先预习一下实验内容的理论基础知识，这样做实验时才能够事半功倍；6、由于在测电机转速时，需要等待较长时间，因此要有足够的耐心，否则如果过于急躁，那么没有等到电机稳定下来就读取电机转速，会给实验结果引入很大的人为误差； 十、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：理想空载点处Ia=0，也即电枢回路电流为0时为理想空载点。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：会变为负值，因为此时电枢回路电流方向改变了，而，前两项都没有变，Ia变方向了，所以电磁转