第2章直流电动机 原理简述 直流电动机是把电能转换为机械能的电磁装置。要实现机电能量转换，电路和磁场 之间必须有相对运动。 空载时直流电机中的气隙磁场是由励磁磁动势单独建立的，而在负载时电机磁路中 出现两种磁动势 一励磁磁动势和电枢磁动势。这时气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁 动势共同建立的。在直流电机空载到负载气隙磁场发生变化。这种电枢磁动势对励磁磁 动势的影响称为电枢反应。 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。直流电机按励磁方式的不同，直流电机可分 为四种：①他励直流电机，②并励直流电机，③串励直流电机，④复励直流电机。分析 表明，不同的励磁方式其运行性能有很大的不同，本次实验主要针对并励直流电动机的 工作特性。 工作特性是指电动机的电枢电压U=UN,I=A nA Tem 时，效率n、转速n、转矩T随输出功率P2变化 的关系，即n、T、n=∫(P2)。上述条件中，IN为 额定励磁电流，即输出功率达到额定功率P,转 速达到额定转速N时的励磁电流。保持I、不变 对并励电动机，保持励磁回路电阻R不变。、T、 1随输出功率P2的变化如图21所示。 本次实验中通过直接加负载的方法直接测得他 图21并励电动机的工作特性 励直流电动机的工作特性。通过实验即可得到其实 验数据，对各组实验的记录数据进行一些计算，使得出其它一些计算数据，进而得到并 励直流电动机的工作特性，并可绘出曲线。 需计算的数据公式如下： 输入电流为： 1=1a+1 输入功率为： R=UI 输出功率为 g-5n-205-010s万 效率为： 以上公式中各量的单位：功率为“W”，转速为“rmin”,电压为“V”,电流为
第 2 章 直流电动机 原 理 简 述 直流电动机是把电能转换为机械能的电磁装置。要实现机电能量转换，电路和磁场 之间必须有相对运动。 空载时直流电机中的气隙磁场是由励磁磁动势单独建立的，而在负载时电机磁路中 出现两种磁动势─—励磁磁动势和电枢磁动势。这时气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁 动势共同建立的。在直流电机空载到负载气隙磁场发生变化。这种电枢磁动势对励磁磁 动势的影响称为电枢反应。 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。直流电机按励磁方式的不同，直流电机可分 为四种：①他励直流电机，②并励直流电机，③串励直流电机，④复励直流电机。分析 表明，不同的励磁方式其运行性能有很大的不同，本次实验主要针对并励直流电动机的 工作特性。 工作特性是指电动机的电枢电压 U=UN，If =IfN 时，效率η、转速 n、转矩 T 随输出功率P2 变化 的关系，即n、T、η=f（P2）。上述条件中，IfN为 额定励磁电流，即输出功率达到额定功率 PN，转 速达到额定转速 nN 时的励磁电流。保持 IfN 不变， 对并励电动机，保持励磁回路电阻 Rf 不变。n、T、 η 随输出功率 P2 的变化如图 2-1 所示。 Tem 0 IaN Ia n n Tem 本次实验中通过直接加负载的方法直接测得他 图 2-1 并励电动机的工作特性 励直流电动机的工作特性。通过实验即可得到其实 验数据，对各组实验的记录数据进行一些计算，使得出其它一些计算数据，进而得到并 励直流电动机的工作特性，并可绘出曲线。 需计算的数据公式如下： 输入电流为： a f I = I + I 输入功率为： P =UI 1 输出功率为： 2 2 2 105 2 0. 60 2 T T n P = T = = 效率为： 100% 100% 2 1 2 = = UI P P P 以上公式中各量的单位：功率为“W”，转速为“r/min”，电压为“V”，电流为
“A”,转矩用“Nm”。 在工作特性中出现的转矩是电磁转矩Tm,而在实验中直接测量的是输出转矩T2, 两者之间相差一个空载转矩To,由于空载转矩T6相对数值Tm和T很小，为了方便 在实验中近似用输出转矩代替电磁转矩，不会有很大的误差，足以满足一般教学实验的 要求。 实验二并励直流电动机实验 一、实验目的 1.掌握用实验方法和测取直流并励电动机的工作特性。 2.掌握直流并励电动机的调速方法。 二、预习要点 1.直流电动机的起动方法。起动时电枢回路电阻和励磁回路电阻的调节。 2.什么是直流电动机的工作特性？ 3.直流电动机调速原理是什么？ 三、实验项目 1.工作特性 保持U=Uw和I-lN不变，测取n、T2、n=∫(La)。 2.调速方法 (1)电枢电压的变化对转速的影响。 保持U=UN、I=I=常数，T=常数，测取nf(U), (2)励磁电流的变化对转速的影响。 保持U=UN,T2=常数，测取n=∫(I)
“A”，转矩用“N·m”。 在工作特性中出现的转矩是电磁转矩 Tem，而在实验中直接测量的是输出转矩 T2， 两者之间相差一个空载转矩 T0，由于空载转矩 T0 相对数值 Tem和 T2 很小，为了方便， 在实验中近似用输出转矩代替电磁转矩，不会有很大的误差，足以满足一般教学实验的 要求。 实验二 并励直流电动机实验 一、实验目的 1．掌握用实验方法和测取直流并励电动机的工作特性。 2．掌握直流并励电动机的调速方法。 二、预习要点 1．直流电动机的起动方法。起动时电枢回路电阻和励磁回路电阻的调节。 2．什么是直流电动机的工作特性？ 3．直流电动机调速原理是什么？ 三、实验项目 1．工作特性 保持 U=UN 和 If=IfN 不变，测取 n、T2、η=f（Ia）。 2．调速方法 （1）电枢电压的变化对转速的影响。 保持 U=UN、If=IfN=常数，T2=常数，测取 n=f（U）。 （2）励磁电流的变化对转速的影响。 保持 U=UN，T2=常数，测取 n=f（If）
四、实验设备及型号 1.实验设备 序号 名 数量序号 名称 数量 转速表 1件 5 电流表 3件 2 直流发电机 1台 6 滑线变器器 2件 3 直流电动机 1台 1 起动电阻箱 1台 4 直流电压表 1件 负载电阻箱 1台 直流电动机型号 型号Z2-22 功率 1.1kW 定子E 电压 220V 转速 1500 r/min 绝缘等级 电流 6.5A 励磁方式 并 电枢A 五、实验说明及操作步骤 1.接线图。 220 RE 15-AA A 图2一2直流并励电动机接线图 2.实验步骤
四、实验设备及型号 1．实验设备 序号 名 称 数 量 序号 名 称 数 量 1 转速表 1 件 5 电流表 3 件 2 直流发电机 1 台 6 滑线变器器 2 件 3 直流电动机 1 台 7 起动电阻箱 1 台 4 直流电压表 1 件 8 负载电阻箱 1 台 2．直流电动机型号 型号 Z2-22 功率 1.1 kW 绝缘等级 定子 E 电压 220 V 转速 1500 r/min 电枢 A 电流 6.5 A 励磁方式 并 五、实验说明及操作步骤 1．接线图。 M K1 B1 B2 S1 S2 A A _ + 220V B1 B2 S1 S2 A V Rf2 K3 Rf1 Rq R G 0.5-1A 0-10A 220V + _ K5 A L 图 2－2 直流并励电动机接线图 2．实验步骤
(1)并励电动机的工作特性 ①按图2-2接线。直流发电机G按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负 载，用于测量电动机的转矩和输出功率。R电动机励磁回路串联电阻。R直流发电机的 励磁回路串联电阻。R电动机电枢回路串联电阻。R负载电阻。 ②起动前开关K3和K5断开，使电动机空载，并将直流并励电动机M的磁场调节 电阻R调至最小值，电枢串联起动电阻R调至最大值，接通电枢电源开关K使其起 动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 ③M起动正常后，将其电枢串联电阻R逐渐减小至零。合上K5,再调节R2,调 节发电机的励磁电流I口，使直流发电机的励磁电流保持不变，合上K,在保持U=U、, n=n的条件下逐渐调节负载电阻R,使电动机达到额定值：U=UN,I=N,n=N。 此时M的励磁电流k即为额定励磁电流IN。 ④保持U=UN,I=l为额定值不变的条件下，逐次减小电动机负载。电动机负载 电流自1.2I开始减小到零，断开K3,达到空载。即发电机的负载电流为零时为止。测 取电动机电枢电流Ia,转速n、发电机的负载电流I和电压UG。共取数据9~10组， 记录于表2-1中。 表2-1 U=UN=220V 1=lN=0.395A 实验数据 计算值 电动机 发电机 电动机 P1= P2M-P1G(W) Ia(A) n(r/min) U(V) Ia(A) UNI(W) 1120 6.5 1500 230 3.7 7.02 1517 74.9 940 5.5 1527 230 3.2 5.88 1297 75.33 750 4.6 1552 230 2.55 4.62 1099 73.05 700 4.25 1562 230 2.35 4.28 1022 72.72 618 3.75 1576 230 2.05 3.74 1912 71.9 90 1.15 1660 230 0 0.52 340 26.47
（1）并励电动机的工作特性 ① 按图 2-2 接线。直流发电机 G 按他励发电机连接，在此作为直流电动机 M 的负 载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1 电动机励磁回路串联电阻。Rf2 直流发电机的 励磁回路串联电阻。Rq 电动机电枢回路串联电阻。RL 负载电阻。 ② 起动前开关 K3 和 K5 断开，使电动机空载，并将直流并励电动机 M 的磁场调节 电阻 Rf1 调至最小值，电枢串联起动电阻 Rq 调至最大值，接通电枢电源开关 K1 使其起 动，其旋转方向应符合转速表正向旋转的要求。 ③ M 起动正常后，将其电枢串联电阻 Rq 逐渐减小至零。合上 K5，再调节 Rf2，调 节发电机的励磁电流 If2，使直流发电机的励磁电流保持不变，合上 K3，在保持 U＝UN， n＝nN 的条件下逐渐调节负载电阻 RL，使电动机达到额定值：U＝UN，I＝IN，n＝nN。 此时 M 的励磁电流 If 即为额定励磁电流 IfN。 ④ 保持 U＝UN，If =IfN 为额定值不变的条件下，逐次减小电动机负载。电动机负载 电流自 1.2I 开始减小到零，断开 K3，达到空载。即发电机的负载电流为零时为止。测 取电动机电枢电流 Ia，转速 n、发电机的负载电流 IF和电压 UG。共取数据 9～10 组， 记录于表 2-1 中。 表 2－1 U＝UN＝220 V If=IfN= 0.395 A 实 验 数 据 计 算 值 电 动 机 发 电 机 电 动 机 P2M=P1G(W) Ia(A) n(r/min) U(V) Ia(A) T2(N.M) P1= UNI(W) η 1120 6.5 1500 230 3.7 7.02 1517 74.9 940 5.5 1527 230 3.2 5.88 1297 75.33 750 4.6 1552 230 2.55 4.62 1099 73.05 700 4.25 1562 230 2.35 4.28 1022 72.72 618 3.75 1576 230 2.05 3.74 1912 71.9 90 1.15 1660 230 0 0.52 340 26.47
3.调速特性（改变电枢端电压的调速） (1)直流电动机M运行后，励磁电流不变的条件下改变电枢电压，观察转速 的变化过程。 电动机的转速会随电压升高而升高。 (2)直流电动机M运行后，电枢电压不变的条件下改变励磁电流，观察转速的变 化过程。 励磁电流减小，电机的转速会升高，即弱磁升速。 六、实验报告 1.由实验数据计算并填表，根据实验数据和计算数据，用坐标纸画出、T2、 1=∫(I)的特性曲线。 Tnn 8801701 1600 6601500 n 1400 4401300 1200 220110 012345678ia (图)直流电动机的工作特性 注：实验中电动机的输出功率P2与发电机转入功率相同，发电机做为负载，可根
3．调速特性（改变电枢端电压的调速） （1） 直流电动机 M 运行后，励磁电流不变的条件下改变电枢电压，观察转速 的变化过程。 电动机的转速会随电压升高而升高。 （2）直流电动机 M 运行后，电枢电压不变的条件下改变励磁电流，观察转速的变 化过程。 励磁电流减小，电机的转速会升高，即弱磁升速。 六、实验报告 1． 由实验数据计算并填表，根据实验数据和计算数据，用坐标纸画出 n、T2、 η＝f（Ia）的特性曲线。 注：实验中电动机的输出功率 P2 与发电机转入功率相同，发电机做为负载，可根 2 4 6 8 1 2 3 4 5 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 n Ia T η 6 7 8 20 40 60 80 0 T η n (图)直流电动机的工作特性
据校正曲线图查出P2或T2。 2.因直流电动机与直流发电机使同系列容量相近的产品，近似认为它们的效率相 等，则 hc-飞 Rw号 PM PG 所以 n-P:M 求出效率n后再算出P2和 电动机输入功率： P=UI 输入电流： I=1。+lN 电动机效率： 7=2x100% P 由工作特性求出转速变化率： A%="3-x10% 3.分析在恒转矩负载时两种调速的转速变化以及两种调速方法的优缺点。 七、思考题 1. 并励电动机的速率特性n=∫(1)为什么是略微下降？是否会出现上翘现 象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 电机的机械特性由于内阻压降和电枢反应去磁作用会使电机的 2.当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么会引起电动 机转速降低？ 3.当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高， 为什么？ 4.并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”？为什 么？
据校正曲线图查出 P2 或 T2。 2．因直流电动机与直流发电机使同系列容量相近的产品，近似认为它们的效率相 等，则 G G P P 2 1 = G M P P 2 1 = P2M = P1G 所以 M G P P 2 1 = 求出效率η后再算出 P2 和 T2。 电动机输入功率： P =UI 1 输入电流： a fN I = I + I 电动机效率： 由工作特性求出转速变化率： 3．分析在恒转矩负载时两种调速的转速变化以及两种调速方法的优缺点。 七、思考题 1． 并励电动机的速率特性 n＝f（Ia）为什么是略微下降？是否会出现上翘现 象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 电机的机械特性由于内阻压降和电枢反应去磁作用会使电机的 2．当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端电压，为什么会引起电动 机转速降低？ 3．当电动机的负载转矩和电枢端电压不变时，减小励磁电流会引起转速的升高， 为什么？ 4．并励电动机在负载运行中，当磁场回路断线时是否一定会出现“飞车”？为什 么？ 100% n n n n% N 0 N − = 100% 1 2 = P P