实验一 直流他励电动机在各种运转状态下的机械特性

一、 实验目的

测定他励直流电动机的自然机械特性及各种电气参数变化时的人为机械特性。

通过试验掌握直流电动机在各种运行状态时的特点和能量转换的规律。

二、 预习要点

    1、改变他励直流电动机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、电动及回馈制动状态下的机械特性

    2、电动及反接制动状态下的机械特性

    3、能耗制动状态下的机械特性

四、实验设备及挂件排列顺序

    1、实验设备

五、实验方法及步骤

按图1-1接线，图中M用编号为DJ15的直流并励电动机(接成他励方式)，MG用编号为DJ23的校正直流测功机，直流电压表V1的量程为500V，直流电流表A2、A4的量程为200mA，A1、A3的量程为5A。R2 、R4选用R1、R3上的900Ω电阻分压接法， R1选用R2、R4上4个90Ω串联， R3选用R5上的900Ω并联加上R6上的90Ω串联和实验台面上两个1300Ω并联。开关S1、S2选用D51上的双刀双掷开关。

直流电动机运行于电动及回馈制动状态下的自然机械特性

(一)试验概述：

(1)测定被试直流电动机M运行于电动状态的机械特性时，在其轴上可加负载的形式是多种多样的，然而要获得反接、回馈及能耗制动等状态时的机械特性，其最可行的方法是采用一台直流电机来做负载，利用负载机MG工作在不同的运行状态，来测出受试电动机M于不同运转状态的机械特性。

(2)本实验的自然机械特性从额定运行点开始，向空载、回馈发电方向进行，测取被试机M的 n、Ia然后计算它的转矩T，求得n=f(T )机械特性（由于直流电机T=CTφI，在φ保持不变时则T=I）。

(3)当被试机M运行于电动状态时(即第一象限运行)，其负载机MG处于制动运行状态（可以是发电制动状态也可以是电枢反接、转速反向的制动状态）。本实验建议采用电枢反接、转速反向的制动状态运行，使MG服从于M的转向，因此负载机MG合闸时电枢串联的电阻R3应足够大，以免负载转矩太大，引起电枢电流太大，我们可以通过调节MG的电枢串联电阻R3的大小，而调节被试机M的负载的大小。

(4)当被试机M运行于回馈发电状态时(即第二象限运行)，这时它需要负载机MG为原动机来拖动。因此负载机MG应处于正向高转速下的电动运行，这可以通过减小R3的阻值；或减小I4值而得到实现。

（二）原理和步骤

A）原理：

(1)实验线路如图1-1，直流电动机的自然机械特性试验的条件是U=UN；If =IfN；R1 = 0 求n = f(T)，因此实验过程中应注意保持试验条件不变。

(2)当被试机M正向电动时(即运行于第一象限)：

M：电枢正接，起动后R1 = 0 。

MG：电枢反接，(在R3于阻值最大时接通电源) 使负载机MG处于反接制动运行，改变R3的阻值可以得到负载机MG的各个不同斜率的负载特性曲线与被试机M的被测机械特性曲线相交平衡，从而调节被试机M的负载，其运行图如图1-2所示的虚线a、b、c、d、e点。

(3)当被试机M回馈制动运行时(即运行于第Ⅱ象限)：

 M：电枢正接，（被负载机MG正拖到转速大于理想空载转速）。

MG：电枢正接，通过改变磁场电阻R4使负载机的理想空载转速大于被试机的理想空载转速。然后改变R3的阻值可以得到负载机MG的各个不同斜率的负载特性曲线与被试机M的被测机械特性曲线相交平衡，从而调节被试机M的负载。其运行图如图1-2所示的虚线f、g、h、i点。

B）步骤：

(1) 开机时需检查控制屏下方的“励磁电源”开关及“电枢电源”开关都须在断开的位置，然后按次序先开启控制屏上的“电源总开关”，再按下“启动”按钮，随后接通“励磁电源”开关，观察电流表A2、A4是否有电流（约90mA）。

(2)将S1合向A电源端，检查R1阻值确在最大位置、电压调节电位器调到最小时接通“电枢电源”开关，缓慢调节电压电位器使被试机M起动运转（观察电机的转向）。S2合向A或B端，检查R3阻值确在最大位置用上面一样方法起动MG（观察电机的转向）。确定被试机M与负载机MG转向是否相同（并标记好S2开关合向A或B端，被试机M与负载机MG的转向是相同还是相反。）

(3)调节电压电位器使“电枢电源”电压为 220V；调节R1阻值至零位置，调节R3阻值最大，S2合向与被试电机M转向相反的端头。

(4) 调节电动机M的磁场调节电阻R2，和电机MG 的负载电阻R3阻值(先调节R5上1800Ω阻值，调至最小后应用导线短接)。使电动机M的n=nN=1600r/min，IN= 1.2A。此时他励直流电动机的励磁电流If为额定励磁电流IfN。保持U=UN=220V ，If=IfN。调节增大R3阻值到最大值，直至空载(将开关S2 拨至中间位置),测取电动机M在额定负载至空载范围的n、Ia数据。记录于表1-1中的正向电动运行段----实际空载。

(5)开关S2合向另一端。

(6)保持电枢电源电压U=UN=220V，If=IfN，调节R4使负载机的励磁电流减小(负载机的转速提高)调节R3阻值，使阻值减小，电动机转速升高，当A1表的电流值为0A时，此时电动机转速为理想空载转速，继续减小R3阻值，使电动机进入第二象限回馈制动状态运行直至转速约为1900 r/min，（并注意观察A3表的电流值不要大于1A）测取M的n、Ia.。

表1-1   UN=220V   IfN=      mA     R1=0  

(一)试验概述： 

直流电动机电枢串接大电阻时人为机械特性它的理想空载转速与自然的机械特性相同，而其特性斜率则随串接电阻R 1的增大而增大。如R 1足够大，并且电动机又带位能性负载(恒转矩)时，则转速n有可能被位能负载倒拉反转，使电机由电动运行(第一象限)经堵转而进入转速反向的反接制动运行(第四象限)。本试验即研究直流电动机从第一到第四象限人为机械特性的测定方法。

(二)原理与步骤：

A）原理：

(1)求试验测定直流电动机M由第一象限到第四象限的人为机械特性。此时电枢串接的电阻R 1= 360Ω，试验从电动状态的实际空载运行(第一象限)开始；经堵转、转速反向的反接制动(第4象限)运行，如图1-3所示。

(2)MG电枢反接，（在R 3于最大值时通电）处于反接制动状态。从 a 点到e点(堵转)到h点都是通过调节R 3的阻值来实现。

B）步骤：

(1) 将S1合向A电源端， S2合向中间位置，先接通“励磁电源”，检查R1阻值确在最大位置、电压调节电位器调到最小时接通“电枢电源”开关，缓慢调节电压电位器使被试机M起动运转。将R1调定在360Ω，加负载（S2合向与被试电机M转向相反的端头）

(2) 保持电动机的“电枢电源”电压U=UN=220V，If=IfN不变， 逐渐减小R3阻值（先减小R5上1800Ω阻值，调至零值后用导线短接），使电机减速直至为零。继续减小R3阻值，使电动机进入“反向”旋转，转速在反方向上逐渐上升，此时电动机工作于电势反接制动状态运行，直至电动机M的Ia=IaN，测取电动机在1、4象限的n、Ia数据记录于表1-2中。

(3) 停机( 必须记住先关断“电枢电源”而后关断“励磁电源”的次序，并随手将S2合向中间位置)。

表1-2     UN=220V     IfN=     mA    R1=360Ω

(一)试验概述：

    直流电动机能耗制动是在它的电枢电源断开后，电枢经限流电阻R 1闭合。靠系统的动能发电，并把电能消耗地电枢回路的电阻上，此时，电机变成一台单独运行的发电机，而转速却被迅速制动到零。

    被试直流电动机M断电后的能耗制动过程是一个过渡过程，因此要测量某一瞬时的特性参数(如：n、Ia  )则只好靠外力，如（负载机MG)驱动。使M稳定运行于该转速n下，不让过渡过程消逝下去，待测量到能耗电流Ia 后。再用同样的方法测定另一瞬时所对应的特性参数，这就象演电影中的“定格”一样把随时即逝的变化过程用“定格化”的形式来 “拍照”测量．这就是直流电动机能耗制动试验时为什么要一台电机MG来驱动的原因，电机的所有过渡过程，一般都以这种“定格化”的模拟形式来研究测量的。

(二)原理与步骤：

 A）原理：

1．本试验被试机M电枢不接电源．即U = 0；而励磁电流If = IfN；电枢通过电阻 R 1形成一个闭合回路，分别进行R 1 = 180Ω和360Ω两条能耗制动机械特性。如图1-4

2．负载机MG正向电动运行，通过改变R 3可以得到不同斜率的负载特性分别与被试机M的能耗制动特性相交稳定运行于a、b、c点。从最高转速开始逐渐降速。

B）步骤：

将S1合向Ｂ端，R3置最大位置，调节R4变阻器使电流表A4约为90mA。S2合向A'端。

    (2) 先接通“励磁电源”，再接通“电枢电源”，使校正直流测功机MG起动运转，调节“电枢电源”电压为220V，调节R2使电动机M的If=IfN，减少R3阻值使电机M的转速1600rpm, 然后逐次增加R3阻值，其间测取M的Ia、n数据记录于表1-3中。

表1-3

六、实验报告

根据实验数据，绘制他励直流电动机运行在第一、第二、第四象限的电动和制动状态及能耗制动状态下的机械特性n=f(Ia)(用同一座标纸绘出)。

七、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？

    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？

    3、直流电动机从第一象限运行到第四象限，其转向反了，而电磁转矩方向不变，为什么？作为负载的MG，从第一象限到第四象限其电磁转矩方向是否改变？为什么？

实验二  三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性

一、实验目的

    1．掌握绕线式异步电动机在各种运行状态下固有机械特性的测定方法。

2．掌握绕线式异步电动机在电动和转速反向的反接制动状态下人为机械的测定方法。

3．掌握绕线式异步电动机在能耗制动运行时机械特性的测定方法。

二、预习要点

    1、如何利用现有设备测定三相线绕式异步电动机的机械特性。

    2、测定各种运行状态下的机械特性应注意哪些问题。

    3、如何根据所测出的数据计算被试电机在各种运行状态下的机械特性。

三、实验项目

1、测定三相线绕式转子异步电动机在RS=0时，电动运行状态和再生发电制动状态下的机械特性。

（绕线式异步电机各象限运行时固有机械特性的测定）

2、测定三相线绕转子串电阻时，测定电动状态与反接制动状态下的机械特性。

（绕线式异步电机的转子上串接对称电阻运行于各象限时的人为机械特性）

3、RS=36Ω，定子绕组加直流励磁电流I1=0.2A及I2=0.4A时，分别测定能耗制动状态下的机械特性。

（绕线式异步电机能耗制动时的机械特性）

    4、M---MG机组空载损耗测定P0=f(n)

    四、实验要求：自行设计实验方案（实验的线路图、实验的方法原理与步骤。）