电机与运动控制系统实验报告2Word文件下载.docx

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指导老师：

xxxxxx评定成绩：

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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3－1直流他励电动机机械特性实验

实验线路如图3－1所示。

图中被试直流他励电动机选用D26。

其额定点为UN＝220V、IN＝0.55A、nN＝1500r/min、PN＝80W；

励磁电流If＜0.13A。

1．电动及回馈制动特性

实验线路按图3－1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，900Ω/0.41A可变电阻箱，90Ω/1.3A可变电阻箱，双刀开关，磁场调节电阻（0～3000Ω）。

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900Ω可变电阻，R2选用两个90Ω电阻串联，R3选用磁场调节电阻（0～3000Ω），R4取阻值2250Ω（2个900Ω（0.41A）并联再与2个900Ω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1－1端，S2合向2－2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U＝UN＝220V、n＝nN＝1500r/min、I1＋I2＝0.55A，此时I1＝IfN，保持D26电机的U＝UN＝220V、I1＝IfN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4～5组数据记录于表3－1中。

表3－1UN＝220V　　　　　IfN＝A

I2（A）

n（r/min）

拆掉2－2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1－1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4～5组数据记录于表3－2中。

实验中应注意电机转速不超过2100转/分。

表3－2UN＝220V　　　　　IfN＝A

因为M2＝CMФI2，而CMФ为常数，则M∞I，为简便起见，只要求画n＝f（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6－1中，其中R1选用磁场调节电阻（0～3000Ω），R2选用900Ω/0.41A可调电阻箱，R3不用，R4选用阻值2250Ω（2个900Ω（0.41A）并联再与2个900Ω串联）。

其余各量程同实验1。

先将开关S1合向1－1端，S2合向2－2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300Ω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1－1端。

调节R2为900Ω，调节220V直流电源电压使U＝UN＝220V，调节R1使I1＝IfN，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5～6组数据记录于表3－3中。

表3－3R2＝900Ω　　　　UN＝220V　　　IfN＝　　　　　A

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n＝f（I2）特性，见图3－3。

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6－1中，其中R1选用磁场调节电阻（0～3000Ω），R2选用360Ω电阻、（四个90Ω电阻串联），R3选用900Ω/0.41A可调电阻箱，R4选用阻值2250Ω（2个900Ω（0.41A）并联再与2个900Ω串联）。

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2－2端，R2置360Ω，R1置最大值，R3置最小值，R4置300Ω（把两只串联电阻调在零位，把两只并联电阻调在300Ω位置），S2合向1－1端。

起动D17负载电机，调节电源电压使U＝220V，调节R1使D26被试电机的I1＝IfN，调节R3使D17负载电机的I3＝If＝100mA，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4～5组数据记录于表6－4中。

表3－4　　　　　　　　R2＝360Ω　　　　　IfN＝　　　mA

调节R2为180Ω，重复上述实验步骤，测取I2、n，共取4～5组数据记录于表6－5中。

表3－5　　　　　　　R2＝180Ω　　　　IfN＝　　　　mA

画出以上二条能耗制动特性曲线n＝f（I2），见图3－4。

图3－4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3－1UN＝220V　　　　　IfN＝0.1137A

0.41

0.40

0.38

0.35

0.32

0.30

1507

1511

1519

1523

1530

1534

N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3－2UN＝220V　　　　　IfN＝0.1137A

0.362

0.2037

0.05182

-0.0833

-0.207

-0.3163

1502

1551

1602

1650

1701

1752

N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3－4　　　　　　　　R2＝360Ω　　　　　IfN＝112.3　　　mA

-0.412

-0.3463

-0.3128

-0.2784

-0.2441

-0.21

1199

1001

902

800

700

601

N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3－5　　　　　　　R2＝180Ω　　　　IfN＝　114.2　　　mA

-0.43

-0.3975

-0.3642

-0.3322

-0.2985

-0.2658

650

600

549

500

449

400

N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？

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，所以电磁转矩会改变方向。

3．实验机组，当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，从第一到第四象限其电磁转矩方向是否改变？

当电动机从第一象限运行到第四象限，此时拖动位能性负载，为反向回馈制动运行，此时U反向，n反向，Te与n相反，所以方向不变；

作为负载的，从第一到第四象限其电磁转矩方向不变，因为负载转矩和电动机的电磁转矩始终相反，电磁转矩方向不变，故负载转矩方向也不变。