直流他励电动机四象限运行.doc

直流电动机四象限机械特性测试
一．实验目的
本实验通过对直流电动机四象限机械特性的测试时学生对直流电动机的基本特性以及四象限工作状态有更深入的了解，进而掌握直流电动机的认为特性及其在调速国策和那个中的应用方式，同时锻炼学僧的分析问题解决问题能力和独立工作的能力。
二．实验内容
测试直流电动机四个象限的机械特性，包括设备选择，拖动及负载电动机的选择，调速方式，参数调整，接线以及数据测试和曲线的绘制等。
三．实验要求
1） 第一象限固有特性电动状态测量4个稳定工作点
2） 第二象限回馈状态（电压可适当降低）测量4个稳定工作点
3） 第二象限电动势反接制动（最大电流设为1.5倍的In）测量3个工作点
4） 第二象限能耗制动（最大电流设1.5In)测量三个工作点，可以接反抗性负载
5） 第三象限反向电动状态（类同一象限）
6） 第四象限能耗制动测量4个稳定工作点
7） 第四象限倒拉反转测量4个稳定工作点
8） 要求写清实验步骤，并记录数据

四．实验步骤
1 第一象限的固有特性
1.1 实验原理
在电源电压U =Un，气隙磁通Ф =ФN，电枢外串电阻RΩ=0时，n =ƒ(T )的机械特性，其数学表达式为：
机械特性表达式
固有特性性
空载转速 斜率
电枢电流：
1.2 实验步骤
（１）按照实验接线图连接号电路，
R1：电枢调节电阻（MEL-09）
Rf：磁场调节电阻（Ｍｅｌ－０９）
Ｍ：直流并励电动机Ｍ０３
Ｇ：涡流测功机
Ｕ１：可调直流稳压电源
Ｕ２：直流电机励磁电源
Ｖ１：可调直流稳压电源自带电压表
Ｖ２：直流电压表，量程为３６０ｖ档，位于ＭＥＬ－６（有的时候其实不用这个表，为了 实验的安全性和调速还是加上）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
Ａ：测电枢电流的安培表，
ｍＡ：毫安表，位于直流电机励磁电源部　

（２） 检查M，G之间是否用联轴器接好，电机导轨和MEL-13的连线是否接好，电动机励磁回路接线是否牢靠，仪表的量程，极性是否正确。
（３） 将直流电枢调节电阻R1跳到最大，磁场调节电阻跳到最小，转矩设定器逆时针调到底。
（４） 开启控制的总电源控制钥匙开关至“开”位置，按次序案子啊绿色“闭合”按钮开关，打开励磁电源船型开关和可调直流船形开关，按下复位按钮，此时，直流电源的绿色工作发光二极管，指示直流电压易经建立，旋转电压调节电位器，是可调直流稳压源电源输出220V电压。
（５） 调节R1到最小。
（６） 调节转矩按钮，调节四个稳定状态，注意不要超过1.1N.m，记录此时的转速和电枢电流，电枢电压。
第一象限稳定工作点实验记录数据：

电磁转矩（N.m)
（经计算后得）
电枢电流A
（测量）
电枢电压V1
（测量）
转速n/min
（测量）
稳定工作点一
=1.104
1.104A
220V
1600
稳定工作点二
T1=0.901
0.901A
220V
1620
稳定工作点三
T2=0.825
0.825A
220V
1630
稳定工作点四
T3=0.712
0.712A
220V
1642

1.3数据处理
在额定转矩下，额定电压额定电流额定转下速 根据公式
可以求的，所以=1。所以根据公式可以算的

根据实验表格数据绘制的特性曲线

2 第二象限的回馈状态
2.1 实验原理
电磁转矩：
稳定运行时有：
根据公式得在降低电枢电压时，转速不能突变，电枢电流先是变小而后又变大，最后又回到初始值。在第一象限达到稳定工作状态。 这是一种很好的调速方法，叫降电压调速。
2.2 实验步骤
在上一个实验的基础上，降低电枢电压，调节直流稳压源，然后记录此时的转速和电枢电流 。 第二象限回馈状态 降电压

电磁转矩(N.m)
（经计算后得）
电枢电流A
（测量）
电枢电压V1
（测量）
转速n/min
（测量）
稳定工作点一
1.101
1.101A
220V
n1=1600
稳定工作点二
1.231
1.231A
200V
n2=1433
稳定工作点三
1.231
1.231A
190V
n3=1350
稳定工作点四
1.375
1.375A
180V
n4=1272
2.3数据处理
在是实验中，由于测功机的原因，它的转矩是随着转速的变换而变化的，在理论推理中，如果电击拖动的是恒转矩负载那到达稳定工作点时电枢电流是不变的，但是实验结果是变的，这就是因为测功机的原因。

根据实验表格数据绘制的特性曲线

3 第二象限电动势反接制动
3.1实验原理
反接制动就是将电源电压反接，同时串如一个保护电阻，达到制动的目的，从图中可以看出，当电源电压反接时，转速不能突变，电枢电流突然变大，而且反向，这时必须串如保护电阻才能是电动机正常工作，否则电枢电流过大会烧坏电机。电动机在第三象限反转。
在实验中，应将负载转矩调的尽可能小，这样在反转的时候可以转起来。制动电阻最小值：

3.2 实验步骤
1） 接线还是跟上一个实验一样。开始过程与上一个实验相同。
2） 在电源处利用单刀双掷开关设计电路，设计一个可以实现电源方向切换的开关
3） 安全启动直流电动机，逐渐加大电源电压，同时调节电枢电阻。
4） 负载转矩调小，调节测功机的转矩，拧到最小。
5） 将电枢电阻调到最小，通过磁场调节电阻使得转速上升。记录数值。
6）打开电源调转速和电枢电阻，使转速达到额定值，这样可以更好的记录数据
7）将开关打到反接端，飞读此时的转速和电枢电流

实验接线图

Rs为串如的电阻，注意电阻保险丝用1.5A的

输出转矩(N.m)
（经计算后得）
电枢电流A
（测量）
电枢电压V1
（测量）
转速n/min
（测量）
工作点一
1.37
1.37A
220V
n1=1750
工作点二
-0.78
-0.78A
-220V
n2=929
工作点三
-0.61
-0.61A
-220V
0

反接制动 实验数据（飞读）Rs=3.6k
3.3数据处理
在实验过程中，由于转速降的特别快，所以要飞度数据，

4 第二象限能耗制动
4.1 实验原理
能耗型制动，就是将电源电压切掉，同时串入保护电阻，转速不能突变，电流突变，电流变大，且反向。参数特点：U=0， 电枢回路总电阻R=Ra＋R
实际上是一台他励直流发电机。轴上的机械能转化成电能， 全部消耗于电枢回路的电阻上， 所以称为能耗制动。
If
UN
R
Ea
Ia
n

4.2实验步骤
1）按照实验接线图来您好电路，检查电路

2）安全启动电源，按照上一个实验的启动步骤，调速，是电动机速度达到一定值。

输出转矩(N.m)
（经计算后得）
电枢电流A
（测量）
电枢电压V1
（测量）
转速n/min
（测量）
工作点一
1.1
1.1A
220V
nN=1600
工作点二
-0.43
-0.43A
-220V
n2=1546
工作点三
0.06
0.06A
-220V
750

能耗制动 Rs=3.6k
4.3数据处理

5 第三象限反向电动状态（类同一象限）
5.1 实验原理
将实验一的直流稳压源的正负兑换，然后再接到电枢回路中去，电动机的转向变化，同样如果将磁场电流的方向也改变，则转向也变化
5.2实验步骤
接线与实验一相同，电源方向不一样，记录四个稳定工作点

电磁转矩（N.m)
（经计算后得）
电枢电流A
（测量）
电枢电压V1
（测量）
转速n/min
（测量）
稳定工作点一
=1.104
-1.104A
220V
-1600
稳定工作点二
T1=-0.900
-0.900A
220V
-1620
稳定工作点三
T2=-0.832
-0.832A
220V
-1630
稳定工作点四
T3=-0.701
-0.701A
220V
-1640

5.3 数据处理

6第四象限倒拉反转
6.1实验原理
他励直流电动机拖动位能型负载运行，如电枢回路串入电阻时，转速n下降，但是如果电阻值大到一定程度后，就会使转速n<0，工作在第四象限。电磁转矩T>0，本实验中，我们用一台直流电动机做位能型负载，来模拟实验。两台电动机的转速不一样，方向也不一样。
6.2实验步骤
电动机（主）
位能型（副）

1） 准备两台直流他励电动机，用联轴器将两台电动机连接起来，两台分别用不用的实验台控制，检查连接的牢固性。按照接线图连线。
2） 打开主电动机，渐渐增大直流稳压源电压，增加到100v左右。
3） 再打开位能型负载代替装置，副直流电动机，注意副电动机的电源电压要与主电动机的反向。
4） 观察此时的主电动机，如果转速很低，那就适当增加主电机的直流稳压电源，但是同时要观察主电动机的电枢电流，不要太大，还要注意，此时只是将副电动机的电源系统打开，电枢还没有电流，还没有按下复位键。
5） 当转速调到一定程度，按下副电动机复位键，此时转速会骤降，主电动机的电枢电流会变的很大，如果此时再增加直流稳压源的电压会使电枢电流更大，所以为了使转速和电压，电枢电流达到一个可以检测，可以易于实验的数值，我们将主电动机的直流稳压源调到119V。
6） 增大主电动机的串联电阻Rs, 使主电动机反转。
7） 调节副电动机的电枢电流或电阻，观察记录主电动机转速和电枢电流。

实验数据记录

电磁转矩（N.m)
（经计算后得）
电枢电流A
（测量）
电枢电压V1
（测量）
转速n/min
（测量）
稳定工作点一
=1.774
1.774A
119V
583
稳定工作点二
T1=-0.255
0.255A
119V
-224
稳定工作点三

0.280A
119V
-449
稳定工作点四
T2=-0.280
0.330A
119V
-692
稳定工作点五
T3=-0.330
0.350A
119V
-789
6.3 数据处理

7 第四象限能耗制动运行
7.1实验原理
他励直流电动机如果拖动位能型负载，本来运行在正想电动状态，突然采用能耗制动。到了0点后，如果不采取其他办法停车，则由于电磁转矩等于零，小于负载转矩，系统会继续减速，即反转。系统稳定运行在c点，这种运行状态叫能耗制动运行。
7.2实验步骤

1） 按照电路图连接，
2） 与上一个实验类似，位能型负载依然是通过副电动机提供的
3） 按照上一个实验的步骤使主电动机的电枢电流，转速达到一个有利于实验记录的值。
4） 将单刀双掷开关打到能耗制动状态。
5） 调节副电动机的电枢电流和电枢电阻，记录主电动机的转速和电枢电流。

电磁转矩（N.m)
（经计算后得）
电枢电流A
（测量）
电枢电压V1
（测量）
转速n/min
（测量）
稳定工作点一
=1.553
1.553A
221V
481
稳定工作点二
T1=0.402
0.402A
0V
-343
稳定工作点三
T2=0.426
0.426A
0V
-463
稳定工作点四
T3=0.471
0.471A
0V
-696
稳定工作点五
=0.494
0.494A
0V
-812

7.3数据处理

五，实验结论及问题描述
他励直流电动机的机械特性是指n=ƒ(T) ，其数学表达式为：

在实验中，我们分析了，变化的U,电枢电阻，转矩，对电动机机械特性的影响。
1） 第一象限：在机械特性图的四个象限分别有不同的特点，在第一象限，电枢电流为正，正向电动状态，电源电压的变化影响的是空载转速，也就是影响特性线与y轴的交点，不影响斜率，电枢电阻调节不影响与y轴的交点，影响特性线的斜率。
2） 第二象限：正向回馈，能耗制动，反接制动都在这个象限，这个象限的特点是，电枢电流为负。没有稳定工作点。
3） 第三象限：反向电动，和反接制动在这个象限，这个象限和第一象限相同，只是电枢电流为负，转速也为反向。
4） 第四象限：能耗运行，倒拉反转，反向回馈都在这个象限，这个象限的特点是，电机拖动位能型负载。
5） 实验中注意的问题：在每次关掉电源后，都要将电枢电阻调到最大，直流稳压源调到最小，每次开启时，都要慢慢的提高电动机的转速。
6） 保险丝有好几个类型的，一定要看准了再安装。
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