直流他勵電動機在各種運轉狀態下的機械特性

直線DC他勵電機在各種運行狀態下的機械特性
一、 實驗目的
理解和測量他勵直線DC電機在各種運行狀態的機械特性
二、 預習要點
1、改變他勵直線DC電機機械特性有哪些方法？
2、他勵直線DC電機在什么現象下，從電機運行狀態進入回饋限限制動作作狀態？他勵直線DC電機回饋限限制動作作時，能量傳遞關系，電動勢平衡方程式及機械特性又是什么現象？
3、他勵直線DC電機反接限限制動作作時，能量傳遞關系，電動勢平衡方程式及機械特性。
三、實驗項目
1、電動及回饋限限制動作作狀態下的機械特性
2、電動及反接限限制動作作狀態下的機械特性
3、能耗限限制動作作狀態下的機械特性
四、實驗方法
1、實驗設備

序 號	型 號	名 稱	數 量
1	DQ03-1	導軌、光電測速系統及轉動速度表	1件
2	DQ09	直線DC并（他）勵電機	1件
3	DQ19	校正直線DC測功機	1件
4	DQ22	直線DC數字電壓（V）、mA毫安、安培表	2件
5	DQ26	三相可調電阻器	1件
6	DQ27	三相可調電阻器	1件
7	DQ29	可調電阻器	1件
8	DQ31C	熔斷器及開關板	1件

2、屏上掛式模塊件排列順序
DQ22、DQ27、DQ26、DQ22、DQ29、DQ31C





圖 4-1他勵直線DC電機機械特性測量接線圖
按圖4-1接線，圖中M用編號為DQ09的直線DC并（他）勵電機(接成他勵方法)，MG用編號為DQ19的校正直線DC測功機，直線DC電壓（V）表V₁、V₂的測量范圍為300V，直線DC電流（A）表A₁、A₃的測量范圍為200mA，A₂、A₄的測量范圍為5A。R₁、R₂、R₃、及R₄依不一樣的實驗而選不一樣的阻值。
3、R₂=0時電動及回饋限限制動作作狀態下的機械特性
（1）R₁、R₂分別選用DQ29的1800Ω和180Ω阻值，R₃選用DQ27上4 只900Ω串聯共3600Ω阻值，R₄ 選用DQ27上1800Ω再加上DQ26上6只90Ω串聯共2340Ω阻值。
（2）R₁阻值置最小位置，R₂、R₃及R₄阻值置最大位置。開關S₁、S₂選用控制屏上相應開關，并將S₁合向1電源端，S₂合向2'短接端(見圖4-1)。
（3）開機時需查驗控制屏下方左、右兩邊的"勵磁電源"開關及"電樞電源"開關全部須在斷開的位置，然后按次序先開啟控制屏上的"電源總開關"（空氣開關），再按下"啟動"按鈕，隨后接通"勵磁電源"開關，最后查驗R₂阻值確在最大位置時接通"電樞電源"開關，使他勵直線DC電機M起動運行。調動"電樞電源"電壓（V）為 220V；調動R₂阻值至零位置，調動R₃阻值，使電流（A）表A₃為100mA。
（4）調動電機M的磁場調動電阻R₁阻值，和電機MG 的負載電阻R₄阻值(先調動DQ27上1800Ω阻值，調至最小后應用實驗連接線短接)。使電機M的n=n_N=1500r/min，I_N=I_f+I_a=1.2A。此時他勵直線DC電機的勵磁電流（A）I_f為規格限定勵磁電流（A）I_fN。保持U=U_N=220V ，I_f=I_fN，A₃表為100mA。增大R₄阻值，直至空載(拆掉開關S₂的2'上的短接線)，測取電機M在規格限定負載至空載界限的n、I_a，共取8-9組數值記錄于表4-1中。
（5）在確定S₂上短接線仍拆掉的現象下，把R₄調至零值位置(其中DQ27上1800Ω阻值調至零值后用實驗連接線短接)，再減小R₃阻值，使MG的空載電壓（V）與電樞電源電壓（V）值接近相等 (在開關S₂兩端測)，并而且極性相同，把開關S₂合向1^'端。
（6）保持電樞電源電壓（V）U=U_N=220V，I_f=I_fN，調動R₃阻值，使阻值多加，電機轉動速度升高，當A₂表的電流（A）值為0A時，此時電機轉動速度為理想空載轉動速度，繼續多加R₃阻值，使電機進入第二象限回饋限限制動作作狀態運行直至轉動速度約為1900 r/min，測取M的n、I_a。共取8～9組數值記錄于表4-2中。
（7）停機（先關斷"電樞電源"開關，再關斷"勵磁電源"開關， 并將開關S₂合向到2'端）。
表4-1 U_N=220V I_fN= mA

Ia（A）
n（r/min）

表4-2 U_N=220V I_fN= mA

Ia（A）
n（r/min）

4、R₂=300Ω時的電動運行及反接限限制動作作狀態下的機械特性
(1) 在保證斷電條件下，改接圖4-1，R₁阻值不變，R₂用DQ27的900Ω與900Ω并聯并用萬用表調定在300Ω，R₃用DQ27的1800Ω阻值，R₄用DQ27上1800Ω阻值加上DQ26上6只90Ω電阻串聯共2340Ω阻值。
(2) S₁合向1端，S₂合向2'端( 短接線仍拆掉)，把電機MG電樞的二個插頭對調，R₁ 、R₃置最小值，R₂置300Ω阻值， R₄置最大值。
(3) 先接通"勵磁電源"，再接通"電樞電源"，使電機M 起動運行，調動R₃阻值，使電流（A）表A₃為100mA并保持，在S₂兩端測量測功機MG的空載電壓（V）是否和"電樞電源"的電壓（V）極性相反，若極性相反，查驗R₄阻值確在最大位置時可把S₂合向1'端。
(4) 保持"電樞電源"輸出電壓（V）U=U_N=220V，I_f=I_fN不變，逐漸減小R₄阻值（先減小DQ27上1800Ω阻值，調至零值后用實驗連接線短接），使電機減慢速度直至為零。繼續減小R₄阻值，使電機進入"反向"旋轉，轉動速度在反方向上逐漸上升，此時電機在電勢反接限限制動作作狀態運行，直至電機M的I_a=0.8I_aN，測取電機在1、4象限的n、I_a，共取12～13 組數值記錄于表4-3中。
(5) 停機( 必須記住先關斷"電樞電源"，而后關斷"勵磁電源"的次序，并隨手將S₂合向到2'端)。
表4-3 U_N=220V I_fN= mA R₂=300Ω

Ia（A）

n（r/min）

5、能耗限限制動作作狀態下的機械特性
(1)圖4-1中，R₁阻值不變，R₂用DQ29的180Ω固定阻值，R₃用DQ27的1800Ω可調電阻，R₄阻值不變，在反接限限制動作作基礎上把電機MG電樞的二個插頭對調回來。
(2)S₁合向2短接端，R₁置最大位置，R₃置最小值位置，R₄先調定為180Ω阻值，S₂合向1'端。
(3)先接通"勵磁電源"，再接通"電樞電源"，使校正直線DC測功機MG起動運行，調動"電樞電源"電壓（V）為220V，調動R₁使電機M的I_f=I_fN，調動R₃使電機MG勵磁電流（A）為100mA，繼續減少R₄阻值使電機M的能耗限限制動作作電流（A） I_a=0.8I_aN, 然后逐次多加R₄阻值，其間測取M的I_a、n，共取8-9組數值記錄于表4-4中。
(4)把R₂調定在90Ω阻值，重復上述實驗實操步驟(2)、(3)，測取M的I_a、n，共取5-7組數值記錄于表4-5中。
當忽略不變損耗時，可近似認為電機軸上的輸出轉矩等于電機的電磁轉矩T=C_MΦI_a，他勵電機在磁通Φ不變的現象下，其機械特性可以由彎彎曲線n＝f(I_a)來描述。
表4-4 R₂=180Ω I_fN= mA

Ia（A）
n（r/min）

表4-5 R₂=90Ω I_fN= mA

Ia（A）
n（r/min）

五、實驗報告
按照實驗數值，測繪制作他勵直線DC電機運行在第一、第二、第四象限的電動和限限制動作作狀態及能耗限限制動作作狀態下的機械特性n=f(I_a)(用同一座標紙繪出)。
六、思考題
1、回饋限限制動作作實驗中，如何判別電機運行在理想空載點？
2、直線DC電機從第一象限運行到第二象限轉子旋轉方向不變，試問電磁轉矩的方向是否也不變？為什么？
3、直線DC電機從第一象限運行到第四象限，其轉向反了，而電磁轉矩方向不變，為什么？作為負載的MG，從第一象限到第四象限其電磁轉矩方向是否改變？為什么？