电机学实验指导书最终版(编辑修改稿)

电机学实验指导书最终版(编辑修改稿)内容摘要：

磁场调节电阻 2fR ，使发电机的 NUU ； 调节发电机负载电阻2R ，使发电机的 NII。 注意：以上三个电阻的调节过程是互有影 响的，必须互相配合反复调节才可调出。 当发电机运行满足 Nnn 、 NUU 、 NII 时，该点即为发电机的额定运行点，此时对应的励磁电流称为额定励磁电流 fNI。 ③ 在保持 Nnn (调节 1fR )和 f fNII 不变 ( 2fR 不变 )的条件下，逐次增加负载电阻 2R ，即减小发电机负载电流。 从额定负载到空载运行点范围内，测取发电机的电压 U 和电流 I ，共取 组数据，记录于表。 空载点为断开 负载 ，其中额定点和空载点必测。 表 22 他励外特性实验数据 _ _ _ _ _ / m inNn n r _____f fNI I A ()UV ()IA （ 3）调节特性 12 操作步骤如下： ① 外特性实验完成后， 调节发电机的磁场调节电阻 2fR ，使发电机空载电压为额定电压，调节电动机磁场电阻 1fR ，使发电机 Nnn ， 接入负载。 ② 减小负载电阻 2R (减小方法同上 )，逐次增加发电机输出电流 I ，同时相应地 调节发电机励磁电流 fI ，使发电机端电压保持额定值 NUU ，调节电动机磁场电阻 1fR ，使发电机 Nnn ，从发电机的空载至额定电流范围内，测取发电机的输出电流 I 和励磁电流 fI ，共取 组数据，记录于表中。 表 23 调节特性实验数据 _ _ _ _ _ / m inNn n r _____NU U V ()IA ()fIA 他励发电机实验完成后，需要关掉直流电源开关停机，重新改接发电机部分接线。 操作步骤如下 ： ① 将发电机结成并励式，并使其能建立额定电压。 在并励发电机建压后，调节负载电阻 2R 到最大， 接入负载。 ② 调节电动机的磁场调节电阻 1fR ，发电机的磁场调节电阻 2fR 和负载电阻2R ，使发电机的 Nnn 、 NUU 、 NII （即发电机的额定运行点，调节方法同上）。 ③ 保持此时 2fR 的值和 Nnn 不变的条件下，逐步减小负载电流（即增大 2R ），直至 0I （断开 负载 ），从额定到空载运行范围内，测取发电机的电压 U 和电流 I ，共取 组数据，记录于表中，其中额定点和空载点必测。 表 24 并励外特性实验数据 _ _ _ _ _ / m inNn n r ()UV ()IA 3．复励发电机 积复励发电机的外特性 实验方法与测取并励发电机的外特性相同。 先将发电机调到额定运行点Nnn ， NUU ， NII ，在保持此时的 2fR 和 Nnn 不变的条件下，逐次减小发电机负载电流，直至 0I。 从额定负载到空载范围内，测取发电机的电压 U 和电流 I ，共取 67组数据，记录于表中，其中额定点和空载点必测。 表 25 积复励外特性实验数据 2fR 常值 ()UV ()IA 13 六、实验报告 根据空载实验数据，作出空载特性曲线，由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数 TF 和剩磁电压的百分数。 求 TF 的方法如图 22，延长空载特性的直线部分，与对应于额定电压的 NU 的直线 AB 交于 C 点。 因 AB 长度相当于励磁电流产生的空载总磁势， AC 的长度相当于气隙中的磁势， CB 相当于气隙中的磁势，故饱和系数为 T ABF AC 在同一张坐标纸上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。 分别算出三种励磁方式的电压变化率： 0% 10 0%NNUUU U  ，并分析差异原因。 绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么 负载增加时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。 七、思考题 在发电机 — 电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低。 为了保持发电机的转速 Nnn ，应如何调节。 2．为什么直流电动机起动时，要把电枢回路所串电阻放在最大位置。 而磁场回路所串电阻放在最小位置。 3．改变并励直流电动机电源极性，电机转向能否改变。 4．在发电机 — 电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低。 为了保持发电机的转速 Nnn ，应如何调节。 实验三 直流他励电动机实验 原理 标志直流电动机运行特性的主要指标有工作特性和机械特性，它反映了当负载变化时电动机的主要输出量和效率的变化情况。 分析表明，不同的励磁方式其运行性能有很大的不同，本次实验主要针对他励直流电动机。 工作特性是指电动机的电枢电压 NUU ， f fNII 时，效率  、转速 n 、转 图 22 直流发电机空载特性 14 矩 T 随输出功率 2P 变化的关系，即 n 、 T 、  2()fP。 上述条件中， fNI 为额定励磁电流，即输出功率达到额定功率 NP ，转速达到额定转速 Nn 时的励磁电流。 保持 fNI 不变，对并励电动机，即保持励磁回路电阻 fR 不变。 机械特性 ()n f T 曲线是电源电压 U 常数，励磁回路电阻 fR 常数时，转速 n 随电磁转矩 T 变化的关系曲线。 当 NUU ， f fNII ，电枢回路不外串电阻时的机械特性称为固有机械特性。 调速性能是衡量电动机性能的另一个重要指标。 直流电动机具有良好的调速性能。 由直流电动机的转速公式 ( ) ( )a a en U I R C  可知，电动机调速的控制方法有两种：（ 1）电枢控制，其又可分为改变 电枢电压和电枢回路串入调速电阻两种方法；（ 2）磁场控制，即调节励磁电流。 但是一般书上均将第一种分为两种，直接说成直流电动机有三种调速方法。 按三种方法中的任一方法调节电动机的转速，实际上其机械特性也相应改变，从而与负载的机械特性交于新的点，在新的转速下运行。 如果使三个可调节量中的两个不变，单独调节另一个，从其机械特性变化的情况，可以看出这种调速方法的特点。 如改变电枢电压调速，电动机的机械特性的理想空载转速点改变，而机械特性的斜率不变，改变后机械特性的曲线为一簇平行线，电压越低则转速越低，如图 3（ 1） 所示。 这 种方法具有较好的调速性能，但需专门的调压电源。 对于电枢回路串电阻调速的方法，当增大电枢回路电阻后，电动机的机械特性的理想空载转速点不变，但机械特性斜率增大，改变后机械特性的曲线为一簇射线，电阻越大则转速越低，如图 3（ 2） 所示。 此法的特点是设备简单，但转速只能向低调，流过串联电阻的电流大，不易做成连续可调，且串联电阻要消耗大量电能。 而改变励磁电流调速的方法，也就是改变磁通  调速，由于  只能比额定磁通减小， 所以机械特性的理想空载转速点增大，机械特性斜率增大，如图 3（ 3） 所示。 这种调速方法能量损失小，且电阻可做成连续可调，便于控制，但转速只能向高调，最高转速受电机本身机械强度及换向的限制。 （ 1） 改变电枢电压调速 （ 2） 改变电枢回路串电阻调速 （ 3） 改变励磁电流调速 本次实验所做的调速特性为改变电枢电压和改变励磁电流两种。 因为实验时 15 需要调节电动机所带机械负载的大小，本次实验中使用的是 直流发电机 作为机械负载。 电动机与 发电机 通过联轴器相连，调节 发电机电枢 电流的大小就可调节负载转矩的大小，可 间接计算 出转矩数据。 实验内容 一、实验目的 1．掌握用实验方法测取直流他励电动机的工作特性和机械特性。 2．掌握直流他励电动机的调速方法。 二 .预习要点。 三 、实验内容 1．工作特性和固有机械特性 保持 NUU 和 f fNII 不变时，测取 工作特性 n 、 2T 、 2()fP 及固有机械特性 2()n f T。 2．调速特性 （ 1）改变电枢电压调速 保持电动机 f fNII 不变， 2T 常数，测取 ()n f U。 （ 2）改变励磁电流调速 保持 NUU ， 2T 常数， 1 0R 时，测取 ()fn f I。 3．观察能耗制动过程 四、使用实验设备和仪表 直流电动机和发电机实验台 相关参数 直流电动机 Z232 容量 220V 额定电流 等级 定子 E 电枢 A 转数 1500 转 /分 直流发电机 Z232 容量 电压 230V 电流 调节变阻器 ZB60035 范围： 0～ 87 电流 4/ ZB60 范围： 0～ 115 电流 2/14A 滑线式变阻器 BX813 375 BX716 1A 390 五 、实验说明及操作步骤 16 图 31 他励直流电动机接线图 1．他励直流电动机的工作特性和固有机械特性 图中 是为直流电动机。 电阻 1R 选用 调节电阻箱 ，作为直流 他 励电动机的起动电阻，电阻 1fR 、 2fR 选用 滑线变阻器 ， 分别 作为 电动机、发电机 励磁回路串接电阻 ； 电阻 2R 选用 调节电阻箱 ，作为直流 发电机的负载。 操作步骤如下： （ 1）将电动机励磁 调节 电阻 1fR 调至阻值最小，电枢回路起动电阻 1R 调至阻值最大。 （ 2）合上电源开关，主电源面板红色指示灯亮。 （ 3）观察励磁电流表读数大小（若无读数 或偏小 ， 切不可起动电动机 ），按下“正转启动”按钮 ，直流电动机起动。 （ 4）调节 1R 使电动机输入电压为 额定电压 ， 缓慢调节 电动机磁场调节电阻 1fR ，使电动机转速达额定值。 按下“负载接入”按钮，负载应处于最小（ 2R 阻值最大）。 （ 5）调出电动机的额定运行点，确定电动机的额定励磁电流 fNI。 其方法为：调节 负载电阻 2R 和 2fR ，使电动机电枢电流 aNII ，调节 1R 使电动机的 NUU ，调节电动机的磁场调节电阻 1fR ，使电动机的 Nnn。 注意：以上三个额定值的调节过程是互有影响的，必须互相配合反 复调节才可调出。 当电动机的额定值NUU ， aNII ， Nnn 同时满足时，其励磁电流即为额定励磁电流 fNI。 （ 6）在保持 NUU ， f fNII 不变的条件下，逐次减小电动机的负载， 从 额定负载到空载范围内，测取电动机电枢电流 aI 、 转速 n ，共取 组数据，记录于表中。 表 31 工作特性和固有机械特性实验数据 ____NU U V ____f fNI I A 实验 数据 ()aIA ( min)nr 17 计算 数据 2()T Nm ()IA 1()PW 2()PW % 2．调速特性 （ 1）改变电枢电压的调速 直流电动机起动后，按上述方法调出电动机的额定运行点，即电动机的NUU ， aNII ， Nnn。 同时满足，保持此时的 2T 值和 f fNII 不变 ； 调节 电阻 1R ，使电枢两端电压 U 减小，测取电动机的电枢电压 U 、转速 n 和电枢电流 aI ，从 NUU至 100UV 范围内，共取 组数据，记录于表中。 表 32 改变电枢端电压调速实验数据 ____f fNI I A ()UV ( min)nr ()aIA （ 2）改变励磁电流的调速 直流电动机起动后 ,将电阻 1R 减小 使电动机 NUU ， 从  ，调节磁场调节电阻 1fR 使 Nnn ，保持此时的 2T 值和 NUU 值不变，逐次增加磁场电阻 1fR 阻值，直至 Nnn （约 2020 minr ），每次测取电动机的 n 、 fI 和 aI ，共取 组数据，记录于表中。 表 33 改变励磁电流调速实验数据 ____NU U V ( min)nr ()fIA (。