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本实验采取调节电枢电压的方法来实现直流电机的调速。

当电磁转矩一定时（本实验是在空载状态下进行测试，即T=0），电机的稳态转速会随电枢电压的变化而线性变化。

4、动态特性

直流电机的起动存在一个过渡过程，在此过程中，电机的转速、电流及转矩等物理量随时间变化的规律，叫做直流电机的动态特性。

本实验主要测量的是转速随时间的变化规律，如下式所示：

nw——稳态转速

——机械时间常数，是影响过渡过程的主要参数，其表达式为：

决定机械时间常数的主要因素有：

系统转动惯量、电枢回路电阻。

本实验中，要求测试在不同负载和不同输入电枢电压（阶跃信号）下电机的动态特性。

5、所用测试传感器的类型

本实验所用到的测试传感器包括：

二、操作步骤

1、直流电机的机械特性和工作特性

（1）首先将负载旋钮逆时针拧至最小，然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压和电枢电流信号引出，分别接至计算机的采集数据端口上，打开计算机中的测试软件，进入测试界面，设定每个通道的测量范围。

（2）系统上电。

（3）用计算机给定电机的电枢电压信号，逐渐增加负载（顺时针转动负载旋钮），选择记录下此过程中的20组数据，每组数据包括测量电枢电压、测量电枢电流、电机转速和电磁转矩值。

（4）计算机停止给定电机的电枢电压信号，系统电源关闭。

2、直流电机的调速特性

本实验要求测量的是空载下的调速特性，测量额定电压下的最高转速和最低稳定转速。

步骤如下：

（1）首先将负载旋钮逆时针拧至最小，然后将实验设备面板上的直流电机的电枢电压信号引出，接至计算机的采集数据端口上，打开计算机中的测试软件，进入测试界面，设定通道的测量范围。

（2）利用下式计算电机额定电压（24V）对应的测量电压值，为8.23V。

实际驱动电压=前面板测量电压*3-0.71

（3）系统上电。

（4）不断改变计算机输出的电机电压信号，直至测量电压信号的值为9.52V。

记录下此时的转速值，即为额定电压下的最高稳定转速。

（5）不断减小计算机输出地电机电压信号，观察转速逐渐减小和稳定的情况，记录下最低稳定转速值。

（6）计算机停止给定电机的电枢电压信号，系统电源关闭。

3、直流电机的动态特性

按照测量在不同负载和不同输入电枢电压（阶跃信号）下电机的动态特性的要求，本实验测量了在计算机给定电压信号（阶跃信号）分别为7V和4V时，4个不同负载大小下电机的动态特性。

（1）首先将负载旋钮逆时针拧至最小，然后将实验设备面板上的电机转速信号引出，接至计算机的采集数据端口上，打开计算机中的测试软件，进入测试界面，设定通道的测量范围。

（3）将计算机给定电压信号（阶跃信号）设为7V，顺时针转动负载旋钮，记录在4个不同负载下，电机转速的动态响应曲线。

将负载旋钮旋至最小后，将计算机给定电压信号（阶跃信号）设为4V，记录在4个不同负载下，电机转速的动态响应曲线。

三、测试结果及数据处理

根据前面板测量值与电机实际值的换算公式：

实际驱动电流=（前面板测量电压+0.038）*1.96

计算电机的实际电枢电压和电枢电流值，现将所得到的22组数据列于下表：

测量电流

（V）

测量电压

实际电流

（A）

实际电压

电磁转矩T

（N.m）

转速n

（r/min）

-0.80

6.63

-1.494

19.18

1.1

-168

-0.94

6.61

-1.768

19.12

1.3

-161

-1.04

6.59

-1.964

19.06

1.5

-156

-1.16

6.57

-2.199

19.00

1.8

-150

-1.41

6.55

-2.689

18.94

2.2

-138

-1.60

6.53

-3.062

18.88

2.6

-128

-1.72

-3.297

2.8

-121

-1.83

-3.512

3.0

-115

-1.95

6.52

-3.748

18.85

3.2

-111

-2.02

-3.885

3.4

-105

-2.15

6.51

-4.140

18.82

3.6

-99

-2.34

6.49

-4.512

18.76

3.8

-93

-2.38

6.47

-4.590

18.70

4.0

-88

-2.50

-4.826

4.2

-80

-2.60

6.44

-5.022

18.61

4.4

-73

-2.75

6.43

-5.316

18.58

4.6

-68

-2.85

6.40

-5.512

18.49

4.8

-59

-2.94

6.38

-5.688

18.43

5.0

-55

-3.09

6.37

-5.982

18.40

5.2

-47

-3.23

6.35

-6.256

18.34

5.4

-40

-3.34

6.33

-6.472

18.28

5.6

-32

-3.36

6.32

-6.511

18.25

5.8

-23

根据实验原理和上述数据，利用matlab，选用最小二乘法中的多项式拟合方法拟合电机的机械特性曲线、电流-电压特性曲线、电流-转速特性曲线、电流-转矩特性曲线、电机输入功率曲线、电机输出功率曲线和电机的效率曲线。

（1）机械特性曲线

根据原理，机械特性曲线应是一条直线，所以选用最小二乘一次拟合多项式来拟合机械特性曲线，拟合得到的图形如图1所示：

图1直流电机的机械特性曲线

（2）工作特性曲线

以电流为横坐标，拟合电流—电压特性、电流—转速特性、电流—转矩特性，绘制电机输入功率、输出功率和效率曲线，即绘制电机综合特性曲线。

由此得到曲线图如图2、图3所示。

输入功率Pi=UI

输出功率Po=n*T/9.55

效率

图2直流电机的工作特性曲线

图3直流电机的功率特性曲线

按照上述测量步骤，得到空载情况下，直流电机在24V额定电压下的稳定转速为220r/min。

最低稳定转速为21r/min

在给定电压3V时，直流电机转速在3组不同负载下的动态响应曲线如图所示：

在给定电压4V时，直流电机转速在3组不同负载下的动态响应曲线如图所示：

在给定电压5V时，直流电机转速在3组不同负载下的动态响应曲线如图所示：