第三章 直流电机实验

3-1直流电机认识实验

一、实验目的

1．了解电机实验室电源状况及分布，主要设备的使用方法并学习实验守则和安全操作规程。

2．了解电机实验的目的及进行方式。

3．学习直流电机的基本接线方法和实际操作方法。

二、预习要点

1．直流电动机起动时为什么要用起动器？

2．直流电动机起动时励磁回路电阻应调到什么位置？为什么？

三、实验内容和实验设备

（一）本次实验主要内容

1．学习

图3-2 分路开关 

e.电压表应并联在电源开关的电源端，而电源开关上保险丝则应接在负载端，如图3-3（a）正确接法所示。这样在未加负载前可以量出电压值，知道是否符合要求，而当切除负载时也不致在电压表上产生瞬间过电压，开关的保险丝接在负载端，以便在拉开开关后即可更换，而不必切断总电源。 

1．使用滑线电阻器时，应特别注意切勿超过其允许通过的电流值，否则会烧坏。当使用几个不同载流能力的电阻器串联时，应注意调节的先后顺序。如果要减小电阻增大电流，则应先调阻值较大而载流能力较小的滑线电阻器。

(a) 正确接法                    (b) 错误接法

图3-3 电压表及保险丝的接法

调完后才允许调载流能力较大的。因为在调节过程中，电流不断增大，所以先将载流能力小的电阻切除。反之，当增加电阻减小电流时，应先将载流较大而电阻较小的电阻器加入电路。

（3）导线选择

根据电流的大小来选择导线的粗细，具体数据可参考电工手册。一般实验室中导线有两类，粗的截面大，用于主回路，如电枢回路，细的截面小，负荷一般不超过，用于辅助电3-5A 路、电机的励磁电路及电压表，频率表等接线。为使主辅线路醒目，粗细线不要乱用。

（4）熔断丝选择

根据被试电机负载电流的大小，选择适当的熔断丝（保险丝）。通常按（1.2-1.5)I_N选用熔断丝。

（5）负载选择

实验时机组负载可采用ZFX-R型交直流负载箱。有些实验室用灯柜或电阻作电机负载，用灯泡作负载时要注意电压值的配合，不要超过灯泡电压值，否则，灯泡寿命大大缩短甚至烧坏。负载应逐步调节，不要产生冲击。

2．直流电动机的起动

起动前应将：

（1）起动电阻调到最大，以限制起动电流；

（2）电动机磁场电阻调到最小，以产生较大磁通和起动转矩。

（3）发电机不励磁，或将其磁场电阻调到最大，以免产生过高的电压。

按图3-1接好线后，做到上述三点要求，经教师检查无误，然后接通电源，起动电机后，将起动电阻逐级切除。注意每次停机或断开电源后，都要将起动电阻、磁场电阻退到上述起动前应有的位置，以便下次起动。

3．直流电动机的调速方法 要改变直流电动机的转速，由公式n=(U-IR_a)/CeΦ可知，增大电枢回路的电阻或降低电机的外施电压，则转速下降；增大磁场回路的电阻或提高电动机的外施电压则转速升高。

五、实验报告要求

1．根据实验室的实际情况画出他励直流发电机和并励电动机的具体试验线路图。

2．电机实验应注意什么？

3．本次实验的心得体会及对实验的体会。 

§3-2 直流发电机实验

一、实验目的

1．掌握直流发电机的实验研究方法；

2．研究直流发电机自励发电时的自励条件；

3．用实验方法测取直流发电机的主要运行特性。

二、预习要点

1．拟定实验线路（参照图3-1），详细的操作步骤及应该记录的数据。

2．操作直流电动机，应注意哪些事项？为什么？若励磁回路串联的电阻值为最大位置，可能产生什么后果？

3．如果并励发电机的电压建立不起来，可能有哪些原因？应采取什么措施？

4．增加发电机负载，电动机转速是否会变化？为什么？应采取什么样措施随时保持n=ngN 不变？

5．如何决定积复励发电机串励绕阻的正确接法？你能提出几种判断方法？

三、实验内容和实验设备

（一）本次实验主要内容

1．研究并励发电机的自励条件并测取并励发电机的外特性；

2．他励发电机额定运行点的调节和带负载的操作方法；

3．测取他励发电机的空载特性，外特性和调节特性；

4．将发电机作复励联接，确定所接发电机为积复励还是差复励发电机，并测取积复励发电机的外特性。

（二）主要仪器设备

1．DJT-I实验台；

电源DT01、DY02、DY03。

模块DM08、DM09。

2．SDF-3型电动发电机组一组；

3．ZFX-R型负载箱一台；

4．滑动变阻器，1A，240Ω，2只

四、实验说明

1．并励直流发电机电压的建立：

把发电机接成并励发电机，起动直流电动机，使发电机转速为额定值n_fN (1450转）。

（1）测量发电机电枢两端有无剩磁电压；

（2）在并励发电机的励磁回路中串入一定大小的电阻（模块DM19），合上开关观察发电机端电压是升高还是降低，如果发电机端电压减少，则极性接错，此时应改变励磁绕阻与电枢绕组并联的极性。

（3）改变励磁回路中串联电阻的大小，观察对发电机建立电压的影响。如果串联电阻太太使发电机励磁回路电阻超过临界电阻值。则发电机电压就建立不起来。

2．并励发电机的外特性

有关SDF-3型机组的数据见附录2的内容。

保持发电机转速n=nFN，合上供电闸刀，调节负载使发电机输出电流为额定值1_N，端电压为额电压U_N，保持此时励磁回路的电阻值不变，逐步减少负载电流直至为零，测取U=f(I)的函数关系，取6-7点记入表3-1。

表3-1 n=n_FN=常数         R_f=R_fN=常数

I（安）

U（伏）

3．他励直流发电机的外特性:n=n_FN=常数I_f=I_fN=常数下,U=f(I)曲线。将发电机的励磁绕组B_1 、B_2和电阻  串联后接直流电源。保持发电机转速为额定转速，接通负载，逐步增大负载电流，同时调节发电机励磁电流，使发电机输出电流为额定值I_N，端电压为额定值U_N，保持此时励磁电流I_fN不变（满足U=U_N,n=n_fN,I=I_N所对应的励磁电流叫额定励磁电流）。减少发电机的负载电流直到零，在电流升高和电流下降情况下，测取6-7点，记入表2。

表3-2 n=nfN=常数         I_f=I_fN=常数

I（安）

U伏

4．他励直流发电机的调节特性

保持转速为额定转速，改变直流发电机负载的同时，调节发电机的励磁电流，保持发电机的端电压为U_N不变。当电枢电流从零增加到I_N，测取6～7个点记人表3-3。

表3-3 n=n_fN=常数         U=U_N=常数

I安

I，伏

5．测取他励发电机的空载特性

n=n_fN=常数、I=0时U_0=f(I_f)）曲线

按拟定的线路接线，起动机组，调节直流电动机的转速，使之等于被试直流发电机的额定转速n_fN并保持不变。先将发电机的磁场电阻调到最大，接通电源然后逐渐增加发电励磁电流，使U_0=(1.1∼1.2)U_n记录U_0及I_f，然后逐渐减小  ，记录U_0和I_f填入表3-4，测取8～11点。其中在电枢电压为额定值左右多测几点（必须包括额定点），最后断开励磁回路开关，记录I_f=0的U_0 。 

图3-4

表3-4    n=   转／分      I_f0=  安           U_N= 伏

U。伏

If安

If+ΔI_f安

实验时，1，只能单方向调节，否则因磁滞回线影响，使空载曲线不平滑。为了保证发电机能做出实验所要求的完整空载曲线，在进行空载实验时建议将发电机励磁绕组按图 -4 接线。

I，见附注

6．积复励发电机

确定直流发电机复励形式。起动直流电动机，使发电机端电压和电枢电流为某一数值。用一导线将串励绕组(C_1,C_2)短接，由电压变化情况来判断接成积复励。

测取积复励发电机的外特性，实验方法和记录数据与并励实验相同。

五、实验报告

1．画出他励直流发电机的空载特性曲线。

2．在同一坐标纸上绘出他励、并励、复励发电机外特性曲线，求出他励、并励发电机电压变化率。

3．实验结果分析讨论及心得体会。

附注

一、额定电压时电机磁路饱和系数的求法和临界电阻的计算。

原实验数据曲线是U_0=f(I_f)，有剩磁电压¯OE。若把曲线（见图3-5）沿直线部份延长交横轴于O＇点，可得空载特性曲线U_0^'=f （I）。由此可得电机饱和系数K_μ=ac/ab，一般K，=1.1∼1.35。其临界电阻R=U_0/I_f =tgα=¯bd/¯(c^' d) 。

二、电压变化率的计算：

Δu=(U_0-U_N)/U_N %

图3-5

直流电动机实验

一、实验目的

1．熟悉直流并励电动机的起动，调速和改变转向的方法。

2．用实验方法求并励电动机的工作特性。

3．学习测取直流电动机的机械特性的方法。

二、预习要点

1．直流电动机调速及改变转向的方法。

2．并励电动机励磁回路断线会产生什么后果？

3．并励电动机的调速原理是什么？调速方法有哪些？

三、实验内容和实验设备

（一）本次实验主要内容

1．直流电动机的起动和改变转向的方法；

2．直流电动机额定点的求取及卸负载停车的操作方法；

3．测取并励直流电动机的工作特性n=f(I_n),M=f(I_a),η=f(Ia);

4．测取直流电动机调速特性；

5．测取人工机械特性。

（二）主要仪器设备

1．DJT-I实验台；

电源DY01、DY02、DY03。

模块DM08、DM09。

2．SDF-3型电动发电机组一组；

3．ZFX-R型负载箱一台；

4．滑线变阻器，1A，240Ω，2只；

5．电枢串联可变电阻。

四、实验说明

1．直流电动机的起动和改变转向

按直流电动机安全操作规程起动电机。

为了改变电动机转向只须改变电动机的电磁转矩方向，学生自拟改变转向的方法。

2．额定工作点求取及卸负载停车的操作

起动电动机后，逐渐增加负载，同时相应地调节电动机转速，使电动机达到额定工作状态：U=U_N,n=n_N,I_a+I_f=I_N。此时的I_f=I_fN，叫额定励磁电流，记录此数据。

电动机的负载为发电机，改变发电机的输出，即改变电动机的负载，电动机负载变化影响转速变化，因此需要相互配合反复调节才能找到额定工作点。若发电机以灯柜作负载，实验时其电压不要超过灯泡的额定电压。

卸载采用如下步骤：

a.先降低发电机的励磁电流；

b.逐步减少负载同时减小电动机的转速（增大电枢回路电阻或减小励磁回路电阻）。

c.切断电源。

d.将电动机的磁场电阻和起动电阻恢复到起动的前位置。

3．测取电动机的工作特性和机械特性。

在U_0=U_N,I_f=I_fN时,n、M、η=f(P_2)是工作特性n=f(M)是机械特性。

电动机起动后，调节到额定工作状态，使励磁电流达到额定值(I_fN)并维护不变，然后逐步减少电动机负载，直至空载，将应记的数据填入表3-5中。

4．测取直流电动机调速特性

电机可以通过改变串入电枢回路电阻，改变串入磁场回路电阻以及直接改变电机端电压的方法来调速。这里只采用前两种调速方法。

（1）改变串入电枢回路中的电阻调速

在M_2=0,I_f=I_fN，测取n=f(U_D)曲线

（2）改变磁场回路电阻调速

在M_2=0,U_D=180-200伏，测取n=f(I_f)曲线

在削磁调速时应缓慢调节，因为 I，很小变化将引起n很大变化，稍不注意，可能使转速过高，转速不宜超过1． 。由于电磁惯性和机械惯性，每次调速要达到新的稳定值后才能读数.

表3-5   U_p=U_N         I_f=I_fN

序号 Ia    n F     M2 P1      P2 η

1

2

3

4

5

.

其中:P_1=U_D⋅(I_a+I_fN)

M_2=F⋅L  (F-测功机的力）

M_0=0.974 P_0/n K_g⋅m  

M=M_2+M_0

P_2=ΩM_2=2πn/60 M_2

η=P_2/P_1

5 测取一种人工机械特性

在保持U=U_N=常数及I_f=I_fN=常数条件下。调节电枢回路电阻，使I=I_N,n=3/4 n_N左右，然后保持此电阻值不变，逐步减少负载至空载，数据填入与表3-5相同的表格中。

五、实验报告

1．绘制工作特性和机械特性。

2．绘制电动机调速特性。

3．分析实验现象写出心得体会和收获。

直流串励电动机实验

一、实验目的

1．了解串励电动机起动、调速及改变转向的方法。

2．掌握测试串励电动机工作特性、机械特性的方法。

二、预习要点

1．直流串励电动机为何不能空载起动？

2．直流串动电动机如何改变转向与调速，调速过程中要注意哪些问题？

三、实验内容和实验设备

（一）本次实验主要内容

1．工作特性与机械特性

保持U_a=U_N的条件下，测取n、M_2 、η=f(I_a)及n=f(M_2)。

2．人工机械特性

保持U=U_N 、R_1=常数的条件下，测取n=f(M_2)。

3．调速特性

（1）电枢回路串联电阻调速

保持U=U_N及M_2=常数的条件下，测取n=f(U_a)

（2）磁场绕阻并联电阻调速

保持U=U_N及M_2=常数的条件下，测取n=f(I_f)

（二）主要仪器设备

1．我厂直流电动机中无串励电动机品种，故所用串励电动机自备；

2．根据所选用的串励电动机型号参数，选用有关仪器设备配合实验。

四、实验说明

（一）了解直流串励电动机与起动器的结构，按图 -6接线，由于串励电动机不允许空载

图3-6 串励电动机试验接线图

起动，故在起动前先合上开关F ，使测功器励磁绕组通入适当励磁电流，电机在起动过程中带上一定负载，按规定应大于30～40％额定负载，断开开关K_3，调节R1至最小值，起动电动机。起动后，调节电阻R_1，使电动机保持额定电压，增加电动机负载，使其电流I_a=1.25I_N，以后在

表3-6  U_a=U_N=       伏

Ia（安）

n（转／分）

M_2 (牛·米）

保持U_a=U_N条件下，逐次减小负载到I_0≈0.25I_N时为止（若电流尚未到此数值，而转速已达到1.4nN，则应做到该转速为止，以免发生危险），每次读取 Ia.N 与M_2，共取读数 5~6组，记录于表 3-6中。（也可用分析过的直流发电机作负载，试验时应记录发电机的输出电流Ir及其励磁电流规定值I_(f2∘))

（二）测取电枢回路串联电阻后的人工机械特性

同上述方法，电动机带负载起动后，调节电R1至一定值，逐步增加负载，使电动机U=U_N 、I_a=I_N及n≈0.8n_N，以后保持电阻R1数值不变，在U=U_N的条件下逐次减小负载，直至I_a≈0.25I_N为止，每次记下U_a 、I_a 、n、M_2，共取读数5～6组，记录于表3~7 中。如电流Ia尚未降到0.251IN，而转速已达到1.4nN，则应做到此转速为止。

表3-7 U=U_N=  伏 R_1=常数

Ua伏

Ia（安）

n（转／分）

M2（牛·米）

（三）测取调速特性

1．电枢回路串联电阻调速

接线同上，将电阻R_1调到零位，电动机带负载起动后，保持U=U_N不变，调节测功器励磁电流，使电动机输入电流I≈I_N,，记下此时的n,I_a。及M_2,，以后保持电压U=U_N及M_2=常数的条件下，逐次增加R1的电阻值，电动机的转速随之减小，每次测量n，Ia及Ua共取读数4～5组，记录于表3-8中。

表3-8     U=U_N=   伏       M_2=  牛·米

n（转／分）

Ia（安）

Ua（伏）

2．磁场绕组并联电阻调速

首先闭合开关K2，使电动机带上一定负载。再将R_1短路。起动电动机后，调节R_2到最大值，闭合开关后K_3，使磁场绕组两端并联一适当的分流电阻，然后保持电源电压U=U_N，调节测功器励磁电流，使电动机输出转矩M_2≈0.8M_N，记下n、M_2 、I_f0,以后保持U=U_N及M_2=常数，调节  在不同位置，测量转速及I_f，直到电动机最高转速不超过1.4nN，，每次测量n、I_a 、Is，共取读数4～5组，记录于表 3-9中。

表3-9        U=U_N=      伏

               M_2=     牛·米

n（转／分）

Ia（安）

If（伏）

五、实验报告

1．绘出直流串励电动机工作特性曲线。

2．绘出电枢回路串联电阻前后的机械特性曲线于同一张坐标纸上。

3．绘出串励电动机电枢串联电阻与磁场并联电阻调速的特性曲线，在M_2=常数情况下进行调速时，试分析电枢电流的变化，并比较两种调速方法的优缺点。

直流串励电动机的转速变化率是当U=U_N电动机负载电流由额定值降至0.25额定负载时其转速变化率Δn=( n_(1/4)-n_N)/n_N ×100%

式中 n_(1/4)为当P_2=0.25P_N时电机的转速。

3-5  直流电机的损耗分析和效率的测定

一、实验目的

1．测定直流并励电机的各种损耗；

2．根据所测定的损耗，计算不同负载下电机的效率，画出效率曲线，并与直接测定法进行比较。

二、预习要点

1．拟定实验线路、操作步骤。

2．直流电机各种损耗大小与哪些因素有关？

3．如只作间接法求损耗实验时，被试电机的 如何定出？

4．为什么测直流电阻比较复杂？

三、实验内容和实验设备

（一）本次实验主要内容

1．测取直流电机的电枢电阻。

2．用空载法测定电机的机械损耗P_mcc=f(n)。n为额定转速时的铁耗P_Fe=f(μ_0)  为额定电压的铁耗P_Fe=f(n_1)。由此间接确定电机的效率。

3．用测功机直接测定电机的效率。

4．用电动机-发电机法D-F)直接测定电动机的效率。

（二）主要仪器设备

1.DJT-I实验台；

2.0.5级直流电压表（0～7 伏）、0.5级直流电流表

3.ZC-20直流测功机；

4．滑线变阻器1A，240Ω若干只；

5．SDF-3型电动发电机组一套；

6．ZFX-R型负载箱一台。

四、实验说明

1．用伏安法测电枢总电阻

可采用图3-7所示线路，电流通常可采用（01∼0.2)I_N，所串电阻R可根据电源电压高低及通过电流的大小来选择。

测量电枢电阻时（不包括电刷接触电阻），若电刷复盖几片换向片，须分别测量不同极性电刷下对应换向片上的电压降，如图3-8中，测量1-1＇，2-2＇，3-3＇之间的电压降，再取算术平均值，并将电枢静止在不同位置测两、三次。 

电枢回路总电阻（不包括电刷接触电阻）

r_2=(u_1-u_2+u_3)/I

图3-8 电刷复盖几片换向片时的测量方法

根据国家标准规定，测得的电阻值应换算基准工作温度时的数值。测量及计算数据列人表3-10。

表 3-10

序号 u_1(V) u_2 (V) u_3 (V) I(A) R_0 (Ω) R_75.(Ω)

1

2

3

平均值

2．间接法测效率

η=P_2/P_1 =1-(∑P)/P_1 

∑P=P_cua 〖+P〗_b+P_f+P_Fe+P_me+P_ad

其中:P_cua=I_a^2 R_u75⋅  电枢回路中的总铜耗

P_f=U_f I_f    励磁回路铜耗

P_b=2Δu_b I_a   电刷接触损耗 

P_od--电机的附加损耗，对无补偿绕阻的直流电机，在额定负载时P_αd=0.01P_N;当负载不是额定值时，附加损耗按P_ad=(I/I_N  )^2 P_adN折算。

Pr-铁耗

P_ma--机械损耗

前三项可以从测量数据计算而得，铁耗P_Fe和机械损耗P_moc 可作空载法测定。

被试电机作为电动机空载运行，测电动机的端电压 p和电枢电流 。，此时输入电枢回路的功率为：P_0=U_D I_a=P_Fe+P_me+P_cna+P_ad

空载时可略去电枢电压降，因而有E_0≈U_0

于是P_0=f(E)可用P_0=f(U_0)代替。

在此处键入公式。实验时，改变电枢回路电阻和改变励磁电流求取n=0.8n_N,0.9n_N,n_N,1.1n_N1.1.2n_N的P_0=f(U_0)，测得数据填入表3-11。作如图3-9中P_0=f(U_0^*）一族曲线。图中线段0a,0b,0c,0d,0e为相应转速下的机械损耗，线段a^' a^'',b^' b^'',c^' c^'',d^' d^'',e^'e＂为额定电压时各相应转速下的铁耗。

图3 -9 P_0=f(U_0^*)曲线

表3-11

序号 n=0.8n_N n=0.9n_N n=n_N

U_0^* Ia U_0^* Ia U_0 U_0^* Ia

1

4

5

序号 n=1.1n_N n=1.2n_N

U_0 U_0^(*2) Ia P_0 U_0 U_0^(*2) I。 P_0

1

2

3

4

5

如果电机是发电机，则只做n=n_N的一条P_0=f(U_0^+）曲线。

由于实验中机组联轴器不便分开，因此只能测得两台电机总的机械损耗，每台电机的机械损耗，可近似地认为是总机械损耗的一半。

3．直接法测效率

（1）电动机-发电机法

被试电机应为型号完全相同的电机，选择两台      型机组的电动机，都接成他励。实验时保持n=n_DN=1500转／分，电动机的端电压U_D=U_N，发电机端电压U_F=U_N，改为发电机负载，使 F从O变到1/2(I_F+I_D)=I_N为止。改变电动机励磁电流  以保持n=npN，改变发电机励磁电流以保持U_F=U_N。记录U_0 、I_D 、I_fD 、U_F 、I_f 、I_f，

机组输入功率为：

P_2=U_D I_D+U_f (I_fD+I_fF

机组输出功率为：

P_2=U_F I_F

机组效率为：

η=η_D η_F=P_2/P_1 

被试电机效率为

η=η_D η_F=√(P_2/P_1 )

由此可得效率曲线

η=f(P_2)

（2）测功机法（参照前叙电动机实验）。

测功机可采用我厂ZC-20型直流测功机。

五、实验报告

1．作出间接法测得的效率曲线

（1）绘制曲线P_Fe=f(n),P_Fe=f(n)v=U_N及P_Fe=f(U)_(n=nN) 。

（2）计算负载电流为I=0.25I_N,0.5I_N,0.75I_N,1.0I_N,1.2I_N及n=n_N时电机效率，绘制=f(P_2)曲线。

2．作出用直接法测得的效率曲线。

3．根据实测结果，对上述几种测定效率法分析比较。

§3-6 他励直流电动机在各种运转状态下机械特性的测定

一、实验目的

测定他励直流电动机的自然机械特性及各种参数变化时的人为机械特性。

二、预习要点

1．根据实验线路，详细拟订操作步骤和注意事项。

2．什么叫电动机额定励磁电流，本次实验怎样确定。

3．起动电动机和陪试电机作电动机起动时应注意哪些问题。

三、实验内容和实验设备 

（一）本次实验主要内容

1．测取电动机U=U_N,R_OQ=0时的自然机械特性。

2．测取电动机U=U_N,R_mj=10欧时的人为机械特性。

3．测取电动机U=U_N,I_f=0.7I_fN时的人为机械特性。

4．测取电动机U=0,R_aq1=10欧或15欧左右时，能耗制动状态下的机械特性。

5．测取电动机U=1/2 U_N,R_eq1=0时回馈制动态下的机械特性。

6．测取电动机U=1/2 U_N,Raq1=25欧左右反接制动状态下的机械特性。

（二）主要仪器设备

1.DJT-I实验台；

2.SDF- 3 电动发电机组一组；

3. ZFX-R负载箱一台；

4．滑线变阻器（他励调节），1A，240Ω，与电枢串联的可调电阻自选。

四、实验说明

他励直流电动机机械特性测定线路见图3-10所示：

图3-10 他励直流电动机机械特性测定线路

说明SDF-3型机组中电动机采用他励方式，如图中ZD；直流发电机作为陪试电机，图中为ZF；励磁电源可由一套电源供给，也可采用DY02和DY03同时供给；模块DM08，DM09应同时选两块（如图示，订货时应多订一套）。

1．电动机的自然机械特性和人为机械特性测定。

起动直流电动机（按电动机起动的注意事项），电动机端电压U=U_N，调节r_fD使电动机转速达到额定值，保持此励磁电流不变。

为了读到电动机D的机械特性各点的电流、转矩和转速，必须使电动机在各点稳定运转。现利用陪试电机作发电机运行（将开关K3短路），改变R_aq2和r_fF的大小可测得如图3-11所 

示的特性曲线，这些特性与机械特性分别交于a，b，c等点，这些点即为稳定工作点。从仪表和仪器中可测得电动机的电流、转矩和转速。测取3-4个点。将各点联接起来，则为电动机的机械特性。人为的机械特性只要改变电气参数按同样方法可测得。

（注：①机械特性要在I_f=I_fN状态下做，本实验为了使转速在回馈制动下不超过1.2nw，采用U=U_N,n_0=n_N所对应的

②做电机的各种机械特性，电动机电流不超过I_N)

2．回馈状态下机械特性测定。

为了获得电动机在回馈制动状态下的机械特性，必须将陪试电机作电动机运转，转向必须与受试电动机转向一致，然后减少陪试电机励磁和调节R_aq2，即可使陪试电机的转速超过电动机D的理想空载转速。将R_aq2置于不同的电阻位置上，可获得如图3-11所示的特性曲线簇。这些特性与电动机在回馈制动状态的机械同样可交于d、e、f等点。

图3-11 电动机机械特性

测得稳定运转点d、e、f等对应的电动机的电流、转矩和转速，将各点联接起来，可获得电动机的回馈制动状态下的机械特性。

3．正接反转状态下的反接制动机械特性测定

为了获得电动机D在反转制动状态下的机械特性，而又使陪试电机的电流不超过IN许多，试验时电动机的电枢电压可降到额定电压的一半。陪试电机电枢电压为额定值。陪试电机 

ZF和电动机的励磁电压为额定值，使陪试电机ZF的转向与电动机转向相反，当改变R_an2时，获得陪试电机的机械特性曲线簇与电动机反转反接制动状态下的机械特性分别交如图3-11中的n、i、k等点，测出这些稳定运转点电动机的电流、转矩和转速。将各点联接起来，即可获得电动机在正接反转制动状态下的机械特性。

4．能耗制动状态下的机械特性测定

为获得电动机D能耗制动状态下机械特性，必须使陪试电机ZF作电动机运转。电动机D 的电枢回路串联电阻Ra1，置于10欧或15欧经开关K1短路，调节R_aq2在不同电阻值位置时，可获得陪试电机的机械特性曲线簇与电动机能耗状态下的机械特性分别交于1、m、n等点。测出这些稳定运转点电动机的电流、转矩和转速，将这些点联接起来，即可获得电动机能耗制动状态下的机械特性。

五、实验报告

1．根据所测数据绘制各种运行状态下的机械特性曲线。

2．计算电动机的自然机械特性与实验所测得的相比较。

3．实验收获体会分析，并提出对实验的改进意见。

§3-7 直流电机的换向（选做）

一、实验内容和实验设备

（一）本次实验主要内容

1．用感应法测定电刷中性线。

2．测定无火花换向区域。

（二）主要仪器设备

1．DJT-I型电机实验台；

电源DY03，模块DM07，DM09。

2．SDF-3型电动发电机组一组；

3．低压直流电源；

4．ZFX-R负载箱一台；

5．双刀双掷闸刀。

二、实验说明

（一）用感应法测定电刷中性线

电刷是否放在中性线上对于直流电机的换向有很大影响，直流机出厂时电刷是安置在中性线上，但在实验室或运行现场因检修或其它原因，有时使电刷偏离中性线位置，这就需要进行调整。

测定中性线的方法有感应法、正反转发电机法、正反转电动机法（详见GB1311-77直流电机试验方法），以下介绍感应法。

电刷在换向器上的位置，决定了电枢绕组轴线的空间位置，当电刷在中性线上时电枢绕组轴线与主极轴线垂直，因而主磁通变化不会在静止的电枢两端感应出电势，这是感应法的基本原理。感应法试验接线如图3-12所示。

 图3-12  

电枢静止，在励磁回路内串接一电阻R，，接一低压电源（用DY03中直流60伏4安电源），调节 ，使励磁绕组中通过的电流约为电机在空载额定转速、额定电压时励磁电流的5～10％，在相邻电刷上接一磁电式毫伏表（毫伏表的零点最好在中心）。

测试时首先松开电刷架，缓慢移动电刷位置，当电刷在每一个不同位置上，测量电枢绕组感应电势，即交替地断开或接通励磁回路开关K，观察毫伏表指针（毫伏表的读数建议以励磁电流断开时的数值为准）。当感应电势为零，或毫伏表指针偏转最小时，此时电刷位于中性线上。

（二）测定无火花换向区域

试验接线如图3-13所示，图中ZF为被试电机，作发电机运行（可用SDF-3中的电动机，亦可用发电机），K为换向极绕组（我厂电机此换向绕组端头在电机内部，实验时须将电机拆开做相应连接），附加电流ΔI由直流低压电源供给，方向由换向开关K2控制， 大小可调节R_1或R_2,ΔI与I的方向可用电压表测量换向极绕组两端的电压降确定，如开关K_2 、K_3合闸后测得的电压降大于合闸前电压降，则ΔI与I同方向，记为正，反之为负，试验时需把换向器表面遮暗，便于观察火花（有条件应在暗室中做此试验）。

图3-13 测定无火花换向区域试验接线图

试验步骤 起动被试电机，先作空载运行，合开关K_3，调节R_2，使换向极绕组的外施电压为20～30伏，将  置于最大值，合  2，调节R_1，使ΔI逐渐增大，测取电机能保持无火药换向的附加电流的限值ΔI。打开K_3，将  反向合闸，以同样方法逐渐增大负的ΔI值，测取电机能保持无火花换向的附加电流的限值-ΔI。当电刷位于中性线时，＋ΔI与-Δ1 值的绝对值应近似相等。

空载运行时，因为I=0，故电抗电势e_x=0，换向极绕组内的电流为I+ΔI=ΔI，换向元件割切由ΔI产生的换向磁场，感应换向电势 ，因而换向元件内合成电势∑e=e_k当ΔI增大到一定时，e，也达一定值，因而引起火花。ΔI的值一般在大型电机中为6∼10%I_N，在小型电机中为10∼25%I_N。合  ，调节发电机负载，使负载电流在0∼1.25I_N范围内变化，与空载时采用的方法相同，测取对应于每一个负载电流下，电机能保持无火花换向的附加电流的限值，共取数据4～5组，记录于表3-12中。

根据试验数据所得曲线ΔI=f(I/I_N )），可能有如图3-14中三种情况：

1．换向极磁势适当，得图3-14a)的曲线。当电机带上负载后，I≠0，则e_x≠0，如果换向极磁势是合适的，随着负载电流增加，ex增加（因为ex正比于线负荷A，而A又正比于负载电流），换向元件感生的换向电势e，也增加，而且∑e=e_k+e_x=0，呈电阻换向（即直线换向）。那么似乎对不同的负载电流产生火花的ΔI值应不变，应如图3-14a)中虚线所示。但是，实际上测得的曲线如图中实线所示，是相交于横轴的两根斜线，这是因为在设计换向极时只考虑了e.和e，的平均值相等，但当平均值相等时，由于在换向周期内e，和ex的波形是不相同的，因而在不同的瞬间仍然存在着剩余电势士Δe，当负载电流较小时，Δe也较小，不足以产生火花，而当附加电流达一定值时，便出现与空载时相同的火花，当负载电流增大，Δe也增大，产生同样火花的ΔI值必然减小，因而ΔI的曲线是斜线，当负载电流足够大时，即使附加电流ΔI为零，也要产生火花，相应的点即图中 点，曲线AC1B包围的区域就是无火花换向区域。

表3-12

序 号 负载电流（安） 附加电流（安）

I +ΔI -ΔI

图3-14 附加电流曲线ΔI=f(I/I_N )

2．换向极磁势过弱，得图3-14b）的曲线。空载时产生火花的±ΔI值与前一种情况相同，带上负载后，由于换向极磁场较弱，故e_K<e_x，呈延迟换向。这时应向换向极绕组供给较大的正向附加电流，加强换向极磁势增大e，使e2能较好的补偿ex。此时无火花的换向区域偏向于横轴上方。

3．换向极磁势过强，得图3-14c)的曲线。由于换向极磁势过强，故e_k>e_x，呈超越换向。此时应向换向极绕组供给较大的反向附加电流，以削弱换向极磁场，减小ex，使e，较好的补偿ex，此时无火花换向区域偏向于横轴下方。

三、实验报告

1．作被试电机无火花换向区域曲线，分析其换向特点，并提出调整换向的措施。

2．试分析讨论电抗电势e，换向电势ex的瞬时值与哪些因素有关？