电机拖动实验指南（已改）

EL-DS-Ⅲ 型电气控制系统综合实验台 电机拖动 实验指南 北京精仪达盛科技有限公司 2004年7月

实验注意事项

实验注意事项

（一）“综合实验台” 及其挂箱初次使用或较长时间未用时，实验前务必对“实验台”及其挂箱进行全面检查和单元环节调试。

（二）实验前，务必设置“状态”开关（直流、调试、串调、调压），并按下表正确选择主变压器二次侧相电压，认真检查各开关和旋钮的位置以及实验接线是否正确，经教师审核、检查无误后方可开始实验。

主变压器二次侧抽头输出电压及其适用范围

转换开关SC位号 二次侧电压（线／相） 1 90V／52V 2 220／127V 3 380／220V 适 用 范 围 220V直流电动机可逆调速线线电压380V的鼠笼电动110V直流电动机可逆调压调速及电压220V的鼠笼电动机变机变频调速、调速 频调速与调压调速 绕线机串级调速 注：线电压 ～ 380V的交流电机允许D／Y接线；线电压 ～ 220V的交流电机 ～ 380V电源时只准Y接线。

（三）出现任何异常，务必立即切除实验台总电源，（即分断空开“Q” ）。 （四）为防止调速系统的振荡，在接入调节器时必须同时接入RC阻容箱，先设定为1：1的比例状态，实验中按需再行改变阻容值，直至满足要求。

（五）本实验台“过流”信号取自“交流电流变换（Bi）”单元。因此，在所有交、直流实验电路中都必须接入（Bi）单元，并经常检查、观察综合保护的指示，尤应确保过流保护的完好、可靠。

（六）实验过程中，注意监视主电路的过载电流，不超过系统的允许值，并尽可能缩短必要的过载和堵转状态的时间。

（七）无“电流开环” 又无“电流截止负反馈” 的系统，务必采用“给定积分”输出，否则不可阶跃起动，应从0V缓慢起调。

（八）“闭环系统”阶跃起动前，务必确保负反馈接线正确、各个调节器性能良好、限幅值正确无误。

（九）实验前，先将负载开关分断、负载变阻器置于阻值最大，实验中按需接通负载开关，逐步减少负载电阻，直至所要求的负载电流。

（十）“电流开环”的交流调速系统，给定以积分输出（Un*2 ）为宜。 （十一）“双踪示波器”测试双线波形，严防因示波器“双表笔”已共地而引起系统短路。

（十二）本“实验注意事项” ，适用于采用本实验台的所有实验。

任何改接线，首先断电源；一旦有异常按急停拉空开!

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前 言

前 言

《电机与拖动实验指南》是本公司主要教学实验设备“EL－DS－Ⅲ 型电气控制系统综合实验台”关于“电机与拖动基础”实验的配套资料之一。是根据国内不同层次、不同类型的大学本科、高等专科、中等专业类相应专业的有关教学大纲、教材资料和实验要求，结合本“综合实验台”的基本功能和技术特点，专门聘请“工业电气自动化”方面长期从事专业教学和实验研究的，有丰富教学经验和实验实践的教授、专家编写而成。

考虑到本“实验台” 技术性能的综合性、灵活性、可塑性及其宽广的适应能力，《电机与拖动实验指南》提供了多个典型教学实验内容，基本函盖了“电机及其拖动基础”课程有关交、直流电机，单、三变压器等基本实验内容。用户单位可根据各自学校和专业的教学层次和专业特点，选择其中若干实验项目，还可以根据配套资料和相关挂箱及其使用说明、本实验指南等，自行组合相应实验项目和内容。

本实验指南不是有关专业的“实验教学大纲” ，也非专业教学“教材” ，只是相关专业的一种“实验教学”的参考资料，主要供使用本“综合实验台”时的参考，敬请注意。

《电机与拖动实验指南》除作为“实验教学”的参考资料外，还可供相关专业本科和专科学生的“课程设计” 、“毕业设计”以及硕士研究生和专业教师课题研究的参考，也可供工矿企业有关技术设计和工业运行时的参考。

由于《电机与拖动实验指南》作为本“综合实验台”的一种配套资料，“指南”的编写具有一定的局限性和较强的针对性，作为参考资料必定存在众多不足，也由于编写者的水平所限、资料不足和时间紧迫等，诸多不尽人意、缺点、错误之处在所难免，敬请批评、指正。并对参加本“实验指南”的编写、校阅、典型系统及其单元环节的调试人员顺致谢意。

北京精仪达盛科技有限公司教学设备资料编写组

2005年1月

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目 录

目 录

实验要求与实验报告内容 ??????????????????????1 实验一、 直流发电机的实验研究??????????????????? 2 实验二、 直流电动机的实验研究??????????????????? 7 实验三、 直流发电机－电动机系统的机械特性和过渡过程 ??????? 12 实验四、 单相变压器的实验研究 ?????????????????? 19 实验五、 三相变压器的实验研究?????????????????? 26 实验六、 三相异步电动机的实验研究???????????????? 32 实验七、 “绕线转子” 异步电动机在各种运转状态下机械特性的测试??? 39 附录：电机与拖动系统基本物理量的实验测定????????????? 40

一、电机绕组电阻的实验测定?????????????????? 40 二、他励直流电动机电枢与励磁电路电感的实验测定???????? 41 三、他励直流电动机机械特性的实验测定????????????? 44 四、电机转速和转差率的实验测定???????????????? 47 五、单相变压器的特性曲线及其基本参数的计算?????????? 50 六、三相变压器绕组的12组24种联结组标号 ??????????? 53

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实验要求与实验报告内容

实验要求与实验报告内容

一、实验要求：

（一）实验前做好预习，熟悉实验系统及其组成，深入了解各个实验项目的工作原理和应用特点。

（二）实验前认真阅读《电机与拖动实验指南》、“实验注意事项”及相关教材、资料等，完成有关参数的设计、计算（机组和综合实验台的有关参数，由实验室提供或实验前到实验室咨询、了解），认真准备好相应实验的的思考题，以备正确回答实验课老师的课前提问。

（三）按指定时间、指定地点准时进入实验室参加实验，不迟到、不早退、不无故缺席、不在实验室嬉笑打闹、不动与本实验无关的其它仪器、设备。实验完毕，认真整理、归还实验仪器、设备、图纸、资料，清理好实验现场。

（四）熟悉实验内容，认真听取实验指导老师的讲解、指导；勤学多问、胆大心细、勇于探索、不放过任何实验现象；认真完成实验全过程，正确观察、记录实验数据、绘制实验曲线。

（五）实验后，根据指定实验报告格式，按要求内容，认真、及时完成实验报告，并于指定时间、指定地点及时送达实验室。

（六）严格遵守实验须知和实验室安全规范，如有异常及时切断实验电源，并立即报告实验教师。

二、实验报告内容：

（一）实验名称、目的和主要实验内容。

（二）实验电路组成框图，实验系统及其组成环节的作用原理。

（三）机组和实验台主要参数，完成系统及其环节有关参数的设计、计算。 （四）认真整理实验数据，绘制实验曲线。

（五）分析、讨论实验中出现的各类实验现象和故障的原因。 （六）实验的收获、体会及改进意见、建议等。

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实验一 直流发电机的实验研究

实验一 直流发电机的实验研究

一、实验目的

1．熟悉直流发电机的工作原理，掌握用实验方法测定空载特性。 2．掌握并励直流发电机的自励条件，观察并励直流发电机的自励过程。 3．分析、研究直流发电机在他励和并励时的机械特性。

二、实验内容

1．熟悉直流机组的结构和外形，由标牌了解直流电机的额定参数。 2．熟悉他励和并励直流发电机实验电路的组成及其工作原理。 3．他励直流发电机空载特性的测定，（含E0＝f（ n ）特性）。 4．观察并励直流发电机的自励条件和自励过程。 5．他励和并励直流发电机机械特性的测定与比较。

三、实验设备与仪器

1．实验台主体及主控电路 —— DD01 、 DD03、DD07、DD09、DSM00等单元。

2．由给定单元挂箱DSG01的DG01、触发单元挂箱Ⅱ的DT04及可控硅主电路挂箱DSM01等几部分组成可调直流稳压电源。

3．直流发电机－电动机组 —— DD16、17及DD02单元。 4．可调恒压源Ⅰ、Ⅱ——DD14、15单元。 5．数字万用表、电压、电流表等。

四、实验电路的组成

“直流发电机系统” 实验研究的基本内容包括：实验电路的组成、直流机组额定参数读取、测定直流发电机的空载特性、外特性以及观察并励直流发电机的自励过程等。直流发电机电枢可以采用“直流驱动” ，也可以采用“交流驱动” 。为便于调节直流发电机的驱动转速，以测试E0＝f（n）特性，本实验采用“直流驱动” 方式，

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实验一 直流发电机的实验研究

如图1-1所示，“驱动电动机”电枢的“可调直流稳压电源”由给定单元挂

图1-1 “可调直流稳压电源”接线图 箱（DSG01）的DG01单元、触发单元挂箱Ⅱ（DST02）的DT04单元及可控硅主电路挂箱（DSM01）及主控柜四部分组成供电系统，其电路接线如图1-2所示。发电机和电动机的励磁，分别由“可调恒压电源Ⅰ、Ⅱ（DD14、DD15）”提供。发电机的负载（空载及连续可变负载）由刀开关Q 1选择，励磁方式（并励、他励）由刀开关Q 2切换。

请特别注意：实验前务必确保“驱动电动机”为额定励磁，并将给电枢供电的“可调直流稳压电源” 的输出电压调至最低（0V），实验时缓缓增大输出，直至额定转速，以防止“驱动电动机”过流。

五、实验步骤与方法

（一）直流机组额定参数的读取

观察“直流发电机 — 电动机组”外形和组成，查看机组各组成部分的电机名牌，读取相关数据录于表1－1。

表1－1 直流机组的名牌数据（额定值） 数 据 电 机 直流电动机 直流发电机 型 号 功 率 电 压 （W） （V） 电 流 （A） 转 速励 磁 电 压（V）（rpm） 电 流 （A） （二）他励直流发电机空载特性的测定

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实验一 直流发电机的实验研究

他励直流发电机的空载特性即n

＝ n n o m、IG＝0时U0＝E0＝f（ I f ）。

1．先将实验台工作模式选择到“直流调速”档。

2．按图1－2 接线，经检查无误后，接通电动机的励磁电源（DD14），并调节励磁电源给定为额定值(表头显示为110V)；将电动机电枢供电的“可调直流稳压电源”的输出电压调至最低（0V），缓增大输出，起动“电动机－发电机”组至额定转速（n＝n ，注意防止电动机过流。 n o m）

3．接通发电机的励磁电源（DD15），并调节励磁电流至最小；

图1－1 他励直流发电机实验电路

发电机电枢回路负载形式切换开关Q1置“空载位（中间）” ，励磁方式切换开关0Q2置“他励位（下方）” ，准备建立发电机电压。

4．保持机组转速 n＝n n o m 恒定，增大发电机励磁电流 I f 直至发电机的空载电压U0＝1.3U n o m ，并读取此时之 I f 、U0 数据录于表1－2，然后逐步减小励磁电流 I f ，依次读取 7～9 组 I f 、U0 数据也记录于表1－2。

注意：在发电机额定电压附近的数据间隔应取小些，在减小励磁电流的过程中，只允许单方向调节（为什么？）。分断励磁开关Q2， I f ＝0，此时所测之发电机空载电压即为“剩磁电压” 。

根据表1－2 数据绘制他励直流发电机的空载特性，并分析、讨论之。

表1－2 他励直流发电机的空载特性 （n n o m＝ r／min） № I f（A） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 U0 （V） 5．众所周知，他励直流发电机的空载电势为 U0＝E0＝KeФ n ，当保持磁通恒定，即 Ф ＝const 时，U0＝E0＝Ce n ，其中 Ce 是他励直流发电机励磁恒定时的电势常数，由此可见当 Ф ＝const 时发电机的空载电势与机组的转速成正比，以下实验获取 U0＝E0＝f（ n ）特性。

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实验一 直流发电机的实验研究

先缓缓减小给电动机电枢供电的“可调直流稳压电源”的输出电压，直至机组转速为零，然后再逐步增大其输出电压直至机组的转速 n＝n n o m，依次读取 n、U0 五组数据记录于表1－3。

应特别注意：电动机电枢供电电压的增、减速度不宜太快（为什么？）。 按表1－3 数据计算他励直流发电机的电势常数 Ce＝U0 n o m／n n o m ，并绘制 U0＝E0＝f（ n ）特性，分析、讨论之。

表1－3 他励直流发电机的U0＝E0＝f（ n ）特性 （Ce ＝ V／rpm）

№ n（r／min） 1 2 3 4 5 U0 （V） （三）观察并励发电机自励过程

1．励磁线圈充磁：将“电动机－发电机组” 的转速n 调整至发电机的额定转速并恒定之，负载形式切换开关Q1置“空载位” ，将发电机励磁回路的刀开关Q2倒向他励位置，对发电机进行充磁。(为什么？不充磁行吗？)

2．观察自励过程：置发电机励磁回路中所串的电位器 RP2 至阻值最大，将发电机励磁回路的刀开关 Q2 倒向“并励”位置（上方），逐步减小 RP2 阻值，观察发电机电枢两端电压，若端电压上升，表明发电机的励磁磁通与剩磁方向一致，并励发电机自励正常。若端电压下降则表明发电机的励磁磁通

与剩磁方向相反，应停止电动机，切断主电源，分断刀开关 Q2 ，调换发电机励磁绕组极性或改变发电机的旋转方向。

3．发电机自励正常后，逐步减小 RP2 直至发电机电压U0＝U0 n o m 保持之，先将负载开关Q1置“空载位” ，再倒向“灯泡负载（或者由电阻负载代替）”，并逐一切除灯泡(切除电阻)，依次观察发电机输出电压的变化。 （四）并励发电机的外特性测试

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图1-3 并励直流发电机实验电路

实验一 直流发电机的实验研究

并励发电机的外机械特性即：n ＝ n n o m、RP2＝RP2 n o m 时的U＝f（ I G ）。 1．直流发电机仍为“并励”状态，继续保持“电动机－发电机组”的转速 n＝n n o m 恒定；置直流发电机电枢回路负载于阻值最大(也可取灯泡负载，通过 接入灯泡的数量来改变负载)。

2．先调整 RP2 阻值直至 U0＝U0 n o m ，然后调整直流发电机负载电流 I G ，同时调整电位器 RP2 阻值和机组转速 n ，直至 n＝n n o m 、U ＝Un o m 、I G ＝I G

n o m

，此即为发电机的额定工作状态。用万用表测量并记录电位器 RP2 此时的3．RP2＝RP2 n o m 恒从并励发电机的额定工作状态开始，并保持 n＝n n o m 、

阻值 RP2 n o m 。

定，逐步减小发电机负载（增大负载阻值），在 I G n o m ～ 0 之间读取负载电流 I

G

和端电压 U 共 5～6 组数据，记录于表1－4。注意：同时记下 I G＝0 时的空

载电压 U＝U0 。

表1－4 并励直流发电机的外特性 U＝f（ I G ） （RP2 n o m ＝ Ω） № I G （A） 1 2 3 4 5 6 U （V） （五）他励发电机的外特性测试

他励发电机的外特性即：n ＝ n n o m、I f ＝I f n o m 时的U＝f（ I G ）。 1．“发电机”取“他励”状态（切换开关 Q2 倒向下方），调节“驱动电动机”转速使机组的转速 n＝n n o m 恒定；置直流发电机电枢回路负载于阻值最大(三个负载电阻串联)，与并励发电机一样，也可取灯泡负载。

2．调节发电机励磁电源的输出电流 I f 使发电机的端电压 U0＝U0 n o m ，逐步增大直流发电机负载电流 I G （减小 RP1 阻值），同时调整发电机的端电压 U和机组转速 n ，直至 n＝n n o m 、U ＝U n o m 、I G ＝I G n o m ，此即为发电机的额定工作状态。读取并记录此时的发电机励磁电流 I f n o m 。

3．I f ＝I f n o m 恒定，从他励发电机的额定工作状态开始，并保持 n＝n n o m 、逐步减小发电机负载，在 I G n o m ～ 0 之间读取负载电流 I G和端电压 U 共 5～6 组数据，记录于表1－5。注意：同时记下 I G＝0 时的空载电压 U＝U0 。

4．根据表 1－4、1－5 数据在同一坐标中，绘制并励和他励直流发电机的外特性曲线 U = f（IG），并分析、比较之。

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实验一 直流发电机的实验研究

表1－5 并励直流发电机的外特性 U＝f（ I G ） （U0 ＝ V）

№ IG U （V） 1 2 3 4 5 6 六、思考题

1－1．若采用“交流驱动”方式，实验电路应如何接线？交、直流两种驱动方式各有哪些特点？

1－2．测定直流发电机的空载特性和外特性时，应保持哪些参数恒定？读取哪些数据？

1－3．测定直流发电机的空载特性时？励磁电流为何不可反复变动，只允许单方向调节？

1－4．并励直流发电机的自励条件是什么？当发电机不能自励时应如何检查、处理？

1－5．他励和并励直流发电机的外特性有何区别？说明各自的应用特点。

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实验二 直流电动机的实验研究

实验二 直流电动机的实验研究1

一、实验目的

1．熟悉直流电动机的起动、制动和旋转方向的控制方法。 2．掌握直流电动机的调速原理和调速方法。 3．分析、研究直流电动机的工作特性。

二、实验内容

1．熟悉直流电动机的名牌数据、实验电路的组成 2．熟悉直流电动机的起动、制动和转向控制方法。 3．直流电动机固有特性和人为特性的实验测定和比较。 4．直流电动机的调速特性和调速方法的实验研究。 5．直流电动机的制动特性和制动方法的实验研究。

三、实验设备与仪器

1．实验台主体及主控电路 —— DD01 、 DD03、DD07、DD09等单元。 2．由给定单元挂箱DSG01的DG01、触发单元挂箱Ⅱ的DT04及可控硅主电路挂箱DSM01等几部分组成“可调直流稳压电源”。

3．直流电动机－磁粉控制器 —— DD06、DD16及DD02单元。 4．可调恒流源Ⅰ——DD14单元。 5．数字万用表、电压、电流表等。

四、实验电路的组成

“直流电动机系统” 实验研究的基本内容包括：熟悉直流机组各组成电机的铭牌数据、实验电路的组成、直流电动机的起、停和转向控制、调速特性、调速方法、机械特性（固有特性和人为特性）以及制动和制动特性等。电路组成如图2－1所示。

图中， 直流电动机的电枢由几个实验箱及主控制柜组成的“可调直流稳压电

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图2－1 直流电动机实验电路 本实验涉及实验内容较多，各校可视情况自行分为两个实验或栅节其中部分内容。

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实验二 直流电动机的实验研究

源”（见图1-2），励磁由“可调恒流源Ⅰ（DD14）”提供。电动机的负载采用“磁粉制动式负载器（DD06）” ，刀开关Q 1用以改变电动机电枢端电压的极性，电动机励磁方式（并励、他励）的选择，由刀开关Q 2切换。

如所周知，直流电动机的机械特性

n?Ud?IdRKe? （2－1）

式中，n、Ud 、I d 、R分别为直流电动机的转速、电枢端电压、电枢电流和电枢回路的总电阻，Ke 、?是电动机的电势常数和励磁磁通。式（2－1）是“直流电动机” 的实验基础，其中电阻R 包括电动机的电枢电阻R s 和电枢回路的外接电阻R? 。显然，改变直流电动机的的转速n有三种方法，即改变电枢端电压Ud 、电枢回路的总电阻R和励磁磁通? 。

五、实验步骤与方法

（一）熟悉直流电动机的名牌数据、实验电路的组成

观察“直流发电机 — 电动机组”外形和组成，查看机组各组成部分的电机名牌，读取相关数据录于表2－1（与实验一之表1－1同）。按图2－1 接线，组成实验线路，并置刀开关 Q2于“他励”方式（上方），经实验指导老师检查无误后，开始以下步骤：

表2－1 直流机组的名牌数据（额定值） 数 据 电 机 直流电动机 直流发电机 测速发电机 型 号 功 率 电 压 电 流 （W） （V） （A） 转 速励 磁 电 压（V）（rpm） 电 流 （A） 永 磁 （二）直流电动机的起动、制动和旋转方向的控制

1．调节电动机励磁电源（DD14）至额定励磁；电枢电源的输出电压调至最低（0V）；置“磁粉制动式负载器（DD06）”的负载给定为零（空载）；电枢回路外接电阻R1暂时短接；缓缓增大电枢电源的输出电压至转速 n＝n n o m ；观察电动机的旋转方向，然后缓缓降低电枢电源的输出直至电机停止。（电枢电源的变化不可太快）

2．刀开关 Q1切换至下方（改变电枢电压极性），重复步骤1起动电动机。至转速 n＝n n o m ，观察电动机旋转方向的变化并停止电动机。

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实验二 直流电动机的实验研究

3．改变励磁极性（对换接线端子），重复步骤1、2起动电动机至转速 n＝n n o m ，观察电动机旋转方向的变化。

4．由以上实验得出关于直流电动机的起动、制动和改变旋转方向的结论。 （三）他励直流电动机的固有特性和人为特性

直流电动机的机械特性有固有特性和人为特性之分：直流电动机在额定端电压、额定励磁和无外接电阻的条件下测得的一条 n = f（I d）或 n = f（T）曲线称作直流电动机的固有特性；通过改变直流电动机的端电压、励磁电流或外接电阻时测得的 n = f（I d）或 n = f（T）曲线分别称作直流电动机在改变端电压、励磁电流或外接电阻时的人为特性。

应当指出，这里讨论的直流电动机的机械特性只是“电动状态”下的直流电动机的固有特性和人为特性。就直流电动机的机械特性而言，还应包括：回馈制动状态、反接制动和能耗制动状态下的机械特性等。由于本实验台采用“磁粉控制器”为负载，在回馈制动、反接制动和能耗制动状态下，只能借助示波器测得 I d = f（n）曲线，无法通过稳定运行来测定相应状态下的机械特性。欲用稳定运行方法测定回馈制动、反接制动和能耗制动状态下的机械特性，可改用“可调直流稳压电源”对电枢供电，并以“直流发电机”为负载，测定各相应状态下的机械特性，测定方法可参阅书末附录之三，自行完成。

1．按图 2－1 恢复接线，并置电动机于额定励磁，电枢电压为零；刀开关 Q1、Q2 置于上方（正向、他励）；“磁粉制动式负载器（DD06）”选定为“恒转矩”型负载，并给定转矩为零（空载）；将电枢回路的电位器 RP1 调至阻值为零（或直接短接）。

2．缓缓增大电动机“电枢供电电源”（组成的可调知直流稳压电源）的输出电压，空载起动电动机至转速 n ＝n n o m ，待转速稳定后进行以下实验：

3．他励直流电动机的固有特性：

⑴ 逐步增大“磁粉制动式负载器（DD06）”的负载给定直至 I d ＝ I d n o m ，微调“电枢供电电源”（组成的可调直流稳压电源）的输出电压使转速恢复至 n ＝ n n o m ，待转速稳定后减小负载给定至零（能使 I d ＝ I d0 ＝0 ？），读取此时的电动机转速n 0 1、电枢端电压U01和近似空载电流I d0，录于表 2 — 1，此即近似理想空载状态。

⑵ 逐次增大“磁粉制动式负载器（DD06）”的负载给定使电枢电流依次大约为 I d ＝ 0.5 、0.8 、1 、1.2 、1.5 I d n o m ，读取此时之电流 I d 和转速 n ，录于表 2 — 1 的固有特性览中。

4．他励直流电动机降低端电压时的人为特性：

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实验二 直流电动机的实验研究

⑴ 按表 2－1 恢复他励直流电动机至额定励磁 I f nom 、空载端电压 U01 、空载转速 n0 1 。

⑵ 降低电动机的空载电压至U0 ＝ U02 ＝0.5 U01，重复步骤 3．⑵ 并读取此时之电流 I d 和转速 n ，录于表 2－1 降低端电压的人为特性览中。

5．他励直流电动机弱磁时的人为特性：

⑴ 按表 2－1 恢复他励直流电动机至额定励磁 I f nom 、空载端电压 U01 、空载转速 n 01 。

表 2 — 1 他励直流电动机的固有特性和人为特性

自 然 特 性 U 0 U01 I f I f nom R 0 № I d （A） 1 2 3 4 5 n （rpm） I d （A） 人 为 弱U01 特 磁 性 串U01 电 阻 U02＝降0.5 U01 I f nom 压 0.8 I f nom I f nom 0 n （rpm） 0 R 1 I d （A） n （rpm） I d （A） n （rpm） nnom＝ （rpm） I d n o m ＝ （A） I U01 ＝ （V）d 0 ＝ （A） n 01 ＝ （rpm） R 1 ＝ （Ω）I f nom ＝ （A） ⑵ 减弱电动机的励磁电流至 I f ＝ 0.8 I f nom，重复步骤 3．⑵ 并读取此时之电流 I d 和转速 n ，录于表 2－1 弱磁的人为特性览中。

6．他励直流电动机电枢回路串电阻时的人为特性：

⑴ 按表 2－1 恢复他励直流电动机至额定励磁 I f nom 、额定转速 n n o m ，额定负载给定 I d ＝ I d n o m 。

⑵ 调节电动机电枢回路电阻值 R1 至 n ＝（0.8 ～0.9）n n o m ，转速稳定后，重复步骤 3．⑵ 并读取此时之电流 I d 和转速 n ，录于表 2－1 电枢回路串电阻时的人为特性览中。

根据表 2－1 数据于同一坐标中绘制他励直流电动机的固有特性和降低端电压、弱磁和电枢回路串电阻时的人为特性，分析、比较并得出各自的特点。

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实验二 直流电动机的实验研究

事实上直流电动机的机械特性，还应包括各类制动特性和反转特性，但这些特性将进入特性座标的第二、三、四象限。由于本实验系统采用“磁粉制动式负载器（DD06）” ，只能实现第一象限的稳定运行，故无法进行直流电动机制动和反转特性的实验。如有需要，应改用直流发电机作为直流电动机的负载，可按书末附录之三的方法完成相应的实验内容。 （四）他励直流电动机的调速特性和调速方法

根据式（2 — 1）和表 （2 — 1）及其特性曲线，分析、讨论得出他励直流电动机关于调速特性和调速方法的结论。 （五）并励直流电动机的实验研究

并励直流电动机的相关实验内容与他励直流电动机基本相同，由于其励磁方式不同，提请注意以下三点：

1．按图 2－1 恢复接线，刀开关 Q1 置上方（或下方）、Q2 置下方（并励方式）；电枢和励磁回路的电阻值 R1 、RP2 均调至阻值为零（或直接短接）；调节电枢供电电源使电枢端电压为零；“磁粉制动式负载器（DD06）” 选定为“恒转矩”型负载，并给定转矩输出为零（空载）。

2．缓缓增大电动机电枢供电电源的输出电压，空载起动电动机至转速 n ＝n n o m ，待转速稳定后微调（略微增大）调节励磁回路电位器 PR2至 I f ＝ I f nom ，仿照他励直流电动机实验步骤完成相关实验内容，实验数据录于表 2 — 2 （自行设计，此处从略）。

3．根据表 2－2 数据于同一坐标中绘制并励直流电动机的固有特性和人为特性，分析、比较（包括与他励直流电动机的比较）并得出相应结论。

六、思考题

2－1．额定励磁的条件下，增大电枢端电压起动直流电动机，为何必须缓缓增大？否则有什么后果？

2－2．通过改变电动机励磁或端电压极性以改变电动机的旋转方向，为何必须先停机，再变换接线端了极性？可否于正常运转姿态下直接通过刀开关或接线端子直接改变旋转方向？为什么？

2－3．直流电动机在基速以下采用改变电枢端电压调速，称作“恒转矩调速方法” ，在基速以上采用弱磁调速，称作“恒功率调速方法” ，为什么？

2－4．何为直流电动机的固有特性和人为特性？人为特性有哪些？并说明各自的特点。

2－5．直流电动机励磁回路断线后，会产生什么后果？

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实验三 直流发电机－电动机系统的机械特性和过渡过程

实验三 直流发电机－电动机系统的

机械特性和过渡过程

一、实验目的

1．本实验为可选实验，是否选用视各校情况自行确定。 2．熟悉“直流发电机－电动机系统”的组成及其工作原理。 3．熟悉“直流发电机－电动机系统”的固有特性和人为特点。

4．分析、研究“直流发电机－电动机系统”在空载和带载起动、制动及反转时的过渡过程。

二、实验内容

1．熟悉组成“直流发电机－电动机系统”各电机的名牌数据和实验电路的组成。

2．测定直流发电机G和直流电动机M的电枢电阻。 3．测定直流发电机G的空载特性E d = f（ I f g ）。 4．实验测定“直流发电机－电动机系统”的机械特性。

5．用示波器拍摄或观测被测直流电动机M在空载时的过渡过程曲线 [ 转速n = f（t）、电枢电流I d = f（t）、发电机励磁电流I f g = f（t）]。

三、实验设备与仪器

1．实验台主体及主控电路 —— DD01 、 DD03、DD07、DD09等单元。 2．由给定单元挂箱DSG01的DG01、触发单元挂箱Ⅱ的DT04及可控硅主电路挂箱DSM01等几部分组成可调直流电源。

3．异步电动机－直流发电机－电动机机组及磁粉控制器 —— DD10 、DD17、DD16及DD06、DD02单元。

4．可调恒压源Ⅰ、Ⅱ —— DD14、15单元。

5．微机及打印机（存储、演示、打印实验波形。可无，但相应内容省略。） 6．慢扫描示波器、数字万用表、电压、电流表等。

四、实验电路的组成

“直流发电机－电动机系统” 实验研究的基本内容包括：熟悉组成机组各电机的名牌数据、实验电路的组成、直流发电机、电动机电枢电阻的测定、讨论机组各运转状态下的机械特性（固有特性和人为特性）、“直流发电机－电动

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实验三 直流发电机－电动机系统的机械特性和过渡过程

机系统” 在空载时的过渡过程曲线等。实验电路的组成如图3－1所示。

如图，直流发电机由异步电动机（DD10）驱动，其电枢输出通过刀开关Q 1给直流电动机的电枢供电。直流发电机、电动机的励磁分别由 “可调恒流电源Ⅰ、Ⅱ（DD14、DD15）” 提供。直流电动机的负载采用“磁粉制动式负载器（DD06）” ，刀开关Q 2用来改变发电机励磁的极性。

图3－1 直流发电机－电动机 系统的实验电路 五、实验步骤与方法

（一）熟悉电机的名牌数据和实验电路的组成

观察“直流发电机 — 电动机组”外形和组成，查看机组各组成部分的电机铭牌，读取相关数据录于表3－1。阅读图3－1 接线，熟悉实验电路的组成。

表3－1 直流机组的名牌数据（额定值）

数据 电 机 直流电动机 直流发电机 异步电动机 测速发电机 型 号 功 率 电 压 电 流 （W） （V） （A） 转 速励 磁 电 压（V）（rpm） 电 流 （A） 鼠笼转子 永 磁 （二）测定直流发电机G、直流电动机M的电枢电阻。

可采用伏安比较法实验测定直流发电机G、直流电动机M的电枢电阻（详见书末附录之一）。本实验采用的测量电路分别如图3－2a）、3－2b）所示。

1．按图3－2a）接线，发电机G不接励磁并使其堵转，闭合刀开关Q1。调节直流稳压电源使其输出电压U d =（30～70）%2U NOM ，调节变阻器RP1使回路电流 I d = （80～90）%2I NOM，读取电流、电压值为I 1、U 1录于表3－2。得

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稳压电源的理想空载电压 U d0 = I 1 R＋U 1 。

a）直流发电机 b）直流电动机 图3－2电机电枢电阻的实验测定电路 2．调节变阻器RP1使其阻值增加约一倍，在U d 不变的条件下（即保持“可调稳压电源”输出值恒定），重新读取电流、电压值为I 2、U 2录于表3－2，得稳压电源的理想空载电压 U d0 = I 2 R＋U 2 。

3．解以上两式计算回路总电阻 R =（U 2－U1）／（I 1－I 2），录于表3－2 。 4．短接电枢两端，重复步骤2、3，并计算除电枢电阻R G以外的电枢回路总电阻 R’=（U2’－ U1’）／（I1’－ I2’），录于表3－2 。

5．最后计算得发电机G的电枢电阻R G ＝ R－R’录于表3－2 。 6．按图3－2b）接线，电动机M不接励磁并使其堵转，重复步骤1～5，得电动机M的电枢电阻 R M ＝ R－R’并依次录于表3－2。

表3－2 直流电机电枢电阻的测量 项目 ，直流发电机G ，，，，直流电动机M ，，，序号 1 2 U1（U1） U2（U2） I1（I1） I2（I2） U1（U1） U2（U2） I1（I1） I2（I2） 电枢电阻（Ω） R ＝ R’＝ R G ＝ R ＝ R’＝ R M ＝ （三）测定直流发电机G的空载特性E d = f（ i f g ）。

按图3－1接线，断开刀Q1，刀开关 Q2切换至上方（正极性），置发电机励磁 i f g最小（调开恒流源Ⅱ至输出最小）、电动机励磁 i f m＝i fmnom（调恒流

源Ⅰ至输出为i fmnom），置磁粉制动器输出为零（负载为零，近似空载），经实

验指导老师检查无误后，完成以下步骤：

1．闭合交流电动机（原动机）主电路接触器KM，起动原动机至额定转速（选择原动机转速应与直流发电机匹配，额定转速即ng n o m ）直至稳定。

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2．在发电机转速为额定转速 ng n o m 恒定的前提下，缓慢增大发电机励磁电流 i f g 直至发电机的空载电压 E d 0＝1.3E n o m ，并读取此时之 i f g 、E d 0 数据录于表3－3，然后逐步减小励磁电流 i f g 直至 i f g 最小，依次读取 7～9 组 i f g 、E d

0 数据依次记录于表3－3。

注意：务必选取额定点 i f g nom 、Ed n o m ，并在额定电压附近取较小的数据间隔。在减小励磁电流的过程中，只允许单方向调节。当 i f g ＝0 时（断开恒流源Ⅱ），所测之发电机空载电压即为“剩磁电压” 。

根据表3－3 数据绘制直流发电机的空载特性，并计算Cef ＝Ed n o m／n n o m 。

表3－3 直流发电机的空载特性 （n n o m＝ r／min； Cef ＝ V／

rpm）

№ i f g（A） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ed0 （V） 注：额定点 i f g nom 、Ed n o m 所在列序号下方用“●”标明。 （四）测定“直流发电机－电动机系统” 的机械特性。

“直流发电机 — 电动机组”的机械特性与他励直流电动机机械特性基本相同，同样有固有特性和人为特性之分。一般包括：“G－M”系统在他励直流电动机电动状态下的机械特性、回馈制动状态下的机械特性以及反接制动和能耗制动状态下的机械特性等。由于本实验台采用“磁粉控制器”为负载，在回馈制动、反接制动和能耗制动状态下，只能借助示波器测得 I d = f（n）曲线，无法通过稳定运行来测定相应状态下的机械特性。下面只讨论 “G－M”系统的他励直流电动机“在电动状态下的机械特性” 。欲用稳定运行方法测定回馈制动、反接制动和能耗制动状态下的机械特性，可改用“可调直流稳压电源”对电枢供电，以“直流发电机”为负载，直接测定各相应状态下的机械特性，测定方法可参阅书末附录之三。

1．保持图 3－1 接线和原动机的运转状态；调节“恒流源Ⅰ”置电动机于额定励磁 i f m nom，保持“恒流源Ⅱ”输出为零；闭合刀开关 Q1，并置Q2于上方（正向）位置；“磁粉制动式负载器（DD06）”选定为“恒转矩”型负载，先给定为零转矩负载（近似空载）；将电枢回路的电位器 RP1 调至阻值为零（或直接短接）。

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2．检查异步电动机是否稳定运行于额定转速 ng n o m。

3．确认异步电动机转速 n ＝ng n o m 且稳定后，缓慢调节“恒流源Ⅱ”增大发电机的励磁直至其电枢电压为额定值 Ed n o m 。

4．逐步增大“磁粉制动式负载器（DD06）”的负载给定直至 I d ＝ I d n o m ， 微调“恒流源Ⅱ”的输出使发电机机输出端电压恢复为 Ed ＝ Ed n o m 并稳定之。

5．Ed ＝ Ed n o m 稳定后减小负载给定至零（能达到 I d ＝ I d0 ＝0吗？），读取此时的电动机转速 n 0 1、电枢端电压U d01和近似空载电流I d0，以及发电机的

额定励磁电流 i f g nom 录于表 3－3，此即“G－M”系统电动机 M 的近似理想空载状态。

6．逐次单方向增大“磁粉制动式负载器（DD06）”的负载给定，使电枢电流依次近似为 I d ＝ 0.5、0.8、1、1.2、1.5I d n o m ，读取相应点的电枢电流 I d 和转速 n ，录于表 3－4 固有特性览中（额定点附近应单方向缓慢调节，以尽量使 I d ＝I d n o m 准确）。

7．减小“磁粉制动式负载器（DD06）”的负载给定至零，恢复“G－M” 系

统至近似理想空载状态（空载端电压 U d01、空载转速 n0 1 ）。

表 3 — 4 “G－M” 系统的固有特性和人为特性

因 有 特 性 U d0 I f i f m nom R 0 № I d （A） 1 2 3 4 5 U d01 U d 02＝n （rpm） I d （A） 人 为 弱U01 0.8 i f mnom 0 特 磁 性 串U01 i f m nom R 1 电 阻 降0.5 U d 01 压 i f m nom 0 n （rpm） I d （A） n （rpm） I d （A） n （rpm） nnom＝ （rpm） I d n o m ＝ （A） I U01 ＝ （V）d 0 ＝ （A） n 01 ＝ （rpm） R 1 ＝ （Ω）I f g nom ＝ （A） i f mnom＝ （A）

8．缓慢调节“恒流源Ⅱ” 降低其输出，使直流他励电动机 M 的空载电压

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为 U d0＝U d02＝0.5U d01，重复步骤6、7．并依次读取直流电动机的电枢电流

I d 和转速 n ，录于表 3－4 人为特性的降压览中。

9．增大“恒流源Ⅱ”的输出，恢复系统至空载状态（空载端电压 U d01 、

空载转速 n0 1 ）。系统稳定后，减弱电动机的励磁电流至 i f m＝ 0.8 i f m nom 并

稳定之，重复步骤 6、7， 并依次读取直流电动机的电枢电流 I d 和转速 n ，录于表3—4人为特性的弱磁览中。

10．按图3—1接入电阻 R1，恢复他励直流电动机至额定励磁 i f mnom、并恢复系统至空载状态（空载端电压 U d01、空载转速n0 1 ）。

11． 调节电动机电枢回路电阻 R1 至 n ＝（0.8 ～0.9）n n o m 。待转速稳定后，重复步骤 6、7， 并依次读取直流电动机的电枢电流 I d 和转速 n ，录于表 3－4 人为特性的串电阻览中。

根据表 3－4的数据在同一坐标中绘制“G－M”系统他励直流电动机 M 的固有特性和降低端电压、弱磁、电枢回路串电阻时的人为特性，分析、比较并得出各自的特点。

（五）“直流发电机－电动机系统”在空载起、制动和反转时的过渡过程。

1．按图3－1恢复并保持原动机的稳定运转状态、他励直流电动机保持为额定励磁 i f mnom 状态；同时保持刀开关Q1的闭合状态、刀开关Q2 的分断状态；电枢回路电阻 R1 调至阻值为零（即直接短接）；调节“恒流源Ⅰ（DD14）” 、“恒流源Ⅱ（DD15）”分别使其输出为电动机和发电机的额定励磁值（i f mnom、 ；“磁粉制动式负载器（DD06）” 选定为“恒转矩”型负载，并给定转i f gnom）

矩为零（空载）。

2．分别接好示波器的测试探头准备测量发电机励磁电流 i f g 、电动机电枢电流 I d 及其转速 n 。

3．确认异步电动机转速 n ＝ng n o m 且稳定后，开始以下实验（视选用示波器线数不同，可能每项实验需分别反复多次，最好选用16线光线示波器，则一次拍摄成像。）：

⑴．置刀开关 Q2于上方位置（正极性），观测、临摹或拍摄直接空载起动时的过渡过程曲线 i f g = f（t）、I d = f（t）、n = f（t）。

⑵．电动机转速稳定后，分断开关 Q2，观测、临摹或拍摄空载制动时的过渡过程曲线 i f g = f（t）、I d = f（t）、n = f（t）。

⑶．电动机停止后，置刀开关 Q2于上方位置（正向），再次起动电动机直至稳定，将刀开关 Q2 直接自上方位置切换至下方位置（反向），观测、临摹或拍摄直接反转时的过渡过程曲线 i f g = f（t）、I d = f（t）、n = f（t）。

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实验三 直流发电机－电动机系统的机械特性和过渡过程

⑷．分断开关 Q2，电动机停止后，将“磁粉制动式负载器（DD06）”给定为额定转矩（ I d ＝I d n o m ）。重复步骤 3 ，完成带负载起动、制动和直接反转时的过渡过程实验。

4*．“通过计算机（I／O）接口（DD01）”，接好微机系统，演示、存储、打印各过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究动态过程。

5．分断刀开关 Q1，待发电机输出端电压为0后，断开主接触器 KM 停止异步电动机；最后依次将电枢回路电位器 RP1 调至阻值为零，调节“恒流源Ⅰ（DD14）” 、“恒流源Ⅱ（DD15）”使其输出为零，结束本次实验。

六、思考题

3－1．采用万表或欧姆表直接测量直流电机电枢回路电阻有何缺点？ 3－3．为何要在额定电压附近取较小的数据间隔？在减小励磁电流的过程中，为什么只允许单方向调节？为什么 ？

3－3．何为直流发电机有“剩磁电压”？它对“G－M”系统的运行有何影响？

3－4．“G－M”系统的机械特性与由恒压源供电的直流电动机的机械特性有何异同？“G－M”系统包括的哪些机械特性？说明各自的特点。

3－5．“G－M”系统和直流电动机系统相比，其起动、制动和直接反转时的过渡过程曲线有何异同？其主要由哪个环节造成的？为什么 ？

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/76jg.html