【正文】 ，使發(fā)電機(jī)的負(fù)載IF≤，以免兩個(gè)支路的電流不平衡或過載，燒壞電阻器。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，要注意隨時(shí)調(diào)節(jié)D44掛件電阻R1或R2，始終保持餓啊電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500r/min。做外特性時(shí)，R2中串聯(lián)的電阻調(diào)至零并用導(dǎo)線短接，以免電流過大引起變阻器損壞。八、小結(jié)通過對(duì)直流他勵(lì)發(fā)電機(jī)的空載特性、外特性、調(diào)節(jié)特性、進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)的操作，加深了我對(duì)直流發(fā)電機(jī)理論知識(shí)的了解。但是在實(shí)驗(yàn)過程中我們要注意到發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，不要用手去觸摸發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，雖然沒有電，但是它會(huì)產(chǎn)生“離心”驅(qū)動(dòng)，使觸摸到的物體向外飛濺。在啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先閉啟動(dòng)總開關(guān)，再閉合勵(lì)磁電源，最后在閉合電樞電源；停止實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先關(guān)掉電樞電源，再關(guān)掉勵(lì)磁電源，最后在關(guān)掉總電源。即“閉合時(shí)，先總開關(guān)后負(fù)載；斷電時(shí)，先負(fù)載后總開關(guān)”。項(xiàng)目三 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)工作特性、機(jī)械特性和調(diào)速特性的測(cè)取項(xiàng)目概述: 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性是：1）轉(zhuǎn)速特性；2）轉(zhuǎn)矩特性；3）效率特性。機(jī)械特性： 效率特性 本項(xiàng)目是要設(shè)計(jì)項(xiàng)目測(cè)取的實(shí)驗(yàn)線路及實(shí)施的方法。 一、相關(guān)知識(shí)鏈接（一）直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)受力而運(yùn)動(dòng)的原理制成的。圖31所示為直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖，其基本結(jié)構(gòu)與發(fā)電機(jī)完全相同，只是將直流電源接至電刷兩端。 如圖31（a）所示，導(dǎo)體ab在N極下，電流方向由a到b，根據(jù)右手定則可知導(dǎo)體ab受力方向向左；導(dǎo)體cd在S下，電流方向由c到d，因此導(dǎo)體cd的受力方向向右，兩個(gè)電磁力所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩使電樞按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180176。，轉(zhuǎn)到如圖31（b）所示的位置時(shí)，導(dǎo)體ab轉(zhuǎn)到S極下，電流方向由b到a，導(dǎo)體的受力方向向右；而導(dǎo)體cd在N極下，電流方向由d到c，導(dǎo)體的受力方向向左，故電樞乃按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。 由此可知，通過換向器的作用，與電源負(fù)極相連的電刷B始終和S極下導(dǎo)體相連，故S極下導(dǎo)體中電流方向恒為流出；而與電源正極相連的電刷A始終和N極下導(dǎo)體相連，故N極下導(dǎo)體中電流方向恒為流入。當(dāng)導(dǎo)體ab和cd不斷交替出現(xiàn)在N極和S極下時(shí)，兩導(dǎo)體所受電磁力矩始終為逆時(shí)針方向，因而使電樞按一定的方向旋轉(zhuǎn)。圖31 直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖（二）直流電動(dòng)機(jī)的基本特性 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性有兩個(gè)：一個(gè)是工作特性，另一個(gè)事轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性，也稱機(jī)械特性。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是選用直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要依據(jù)。直流電動(dòng)機(jī)的工作特性因勵(lì)磁方式不同，差別很大，下面以他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行分析。 直流電動(dòng)機(jī)的工作特性是指電動(dòng)機(jī)的端電壓為額定電壓 ，勵(lì)磁電流為額定勵(lì)磁電流時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速n 、電磁轉(zhuǎn)矩M和效率η與輸出功率之間的關(guān)系，即n ，M ，η=。由于電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中,電樞電流較容易測(cè)得,且它與基本上是正比關(guān)系，所以可以將直流電動(dòng)機(jī)的工作特性表示為n ，M ，η=。上述條件中的額定勵(lì)磁電流是指電動(dòng)機(jī)的端電壓為額定電壓、輸出功率達(dá)到額定功率、電樞轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的勵(lì)磁電流。(1) 轉(zhuǎn)速特性 轉(zhuǎn)速特性是指當(dāng)U=，時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出功率或電樞電流之間的關(guān)系，即或的關(guān)系曲線。 由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算公式和電動(dòng)勢(shì)平衡方程式（忽略電刷接觸壓降）可知 (31)該式通常稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式。若忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，則每級(jí)磁通與電樞電流無關(guān)，為一個(gè)常數(shù)，可將上式改寫成如下方程式： (32)式中，為理想空載轉(zhuǎn)速，即=0時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速： 為直線的斜率?？梢?，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性是一條斜率為的向下傾斜的直線，如圖32中的曲線所示。(2) 轉(zhuǎn)矩特性 轉(zhuǎn)矩特性是指當(dāng)U=，時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩M與輸出功率或電樞電流之間的關(guān)系，即M=或M=的關(guān)系曲線。 由轉(zhuǎn)矩平衡方程式可知M=M+M= M+ (33)若轉(zhuǎn)速恒定，則負(fù)載轉(zhuǎn)矩M與輸出功率之間為一條直線關(guān)系，即= 是一條過原點(diǎn)的直線；又空載轉(zhuǎn)矩M可認(rèn)為是不變的，可得到M=是一條從M出發(fā)的直線。由轉(zhuǎn)矩特性可知，實(shí)際上，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，轉(zhuǎn)速略有下降。所以曲線M 和M并不完全是直線，而是呈現(xiàn)略微向上翹的趨勢(shì)，如圖 中的曲線M 和M所示。如圖32他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線圖(3)效率特性 效率特性是指當(dāng)U=，時(shí)，效率與輸出功率或電樞電流 之間的關(guān)系，即=或=的關(guān)系曲線。 任何機(jī)械的效率都是指輸出功率與輸入功率的比值，常用百分比表示。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的效率為 (34)式中為電機(jī)內(nèi)所有損耗之和。其中，空載損耗，為不變損耗；點(diǎn)數(shù)回路的銅耗和電刷接線損耗隨電樞電流的變化而變化，稱為可變損耗。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的效率曲線如圖 中的曲線所示。當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，電機(jī)的效率較低，輸出功率大部分消耗在空載損耗上； 當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，效率隨輸出功率的增大而增大，輸入功率大部分消耗在機(jī)械負(fù)載上；但當(dāng)負(fù)載增大到一定程度時(shí)，由于銅耗隨電樞電流的快速增大，使效率又開始變小。此現(xiàn)象可用式（34)解釋。由式（34）可知，直流電機(jī)的效率是電樞電流的二次曲線。對(duì)式（34）求導(dǎo)，并令，可得到他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)效率取得最大值時(shí)的條件為 (35)由此可見，當(dāng)直流電機(jī)的不變損耗和可變損耗相等時(shí)，直流電機(jī)的效率最高。此時(shí)，當(dāng)電樞電流再進(jìn)一步增加時(shí)，可變損耗在總損耗中的比例增加，使電機(jī)的效率反而略有下降。這一結(jié)論具有普遍意義，對(duì)其他電機(jī)也同樣適用。 直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(1)機(jī)械特性表征電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的的兩個(gè)主要物理量是：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的端電壓U等于額定值、勵(lì)磁電路的電流和電樞電路的電阻不變的條件下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系，即。機(jī)械特性是電動(dòng)機(jī)最重要的工作特性，它是討論電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等運(yùn)行的基礎(chǔ)。機(jī)械特性可分為固有（自然）機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。固有特性，表示電動(dòng)機(jī)在額定參數(shù)運(yùn)行條件下的機(jī)械特性；人為特性，表示改變電動(dòng)機(jī)一種或幾種參數(shù)，使之不等于其額定值時(shí)的機(jī)械特性。(2) 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程其電壓與電流的關(guān)系可用下列各式表示U = E+ IR I = (36)I = I = I+ I (37) 由于I=U／R可知，當(dāng)電源電壓U和勵(lì)磁電路電阻R（它包括勵(lì)磁繞組電阻及勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電阻）保持不變時(shí)，則勵(lì)磁電流I及由它產(chǎn)生的磁通等于常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩T與電樞電流I成正比。 由E =Cn 可得n = = = － (38)將I = T／（C）代入（1—18），便得n = － T = n △n (39)上式是并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程。其中 n = n叫做理想空載轉(zhuǎn)速，是T = 0 （I = 0）時(shí)的轉(zhuǎn)速。實(shí)際上由于有空載耗損，即使沒有機(jī)械負(fù)載，還是要有一定的I來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩以平衡空載轉(zhuǎn)矩。這樣在電樞電路就有了電壓將I R，因而實(shí)際的空載轉(zhuǎn)速要比理想空載轉(zhuǎn)速小些?！鱪 = (310)△n稱為轉(zhuǎn)速降落。它表示，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)速下降多少。因此，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩T增加時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T = T+ T也增加，而 T = C I，I隨著增大，于是I R增加。由于電源電壓U未變，于是反電動(dòng)勢(shì)E = U I R減小，n = E／(C) 也就下降了。(3) 直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性按固有機(jī)械特性所給的條件，U = U = 常數(shù)，勵(lì)磁電流I調(diào)節(jié)至磁通 = 并保持不變。由于R很小，從并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械方程可知，n = f（T）將是一根傾斜度很小的直線，如圖33所示圖33并勵(lì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線圖在負(fù)載從空載到滿載時(shí)，轉(zhuǎn)速降△n僅為額定轉(zhuǎn)速5%～10%，因此并勵(lì)特性的機(jī)械特性是硬特性。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，切不斷開勵(lì)磁電路，使I=0這樣，主磁極上僅有很小的剩磁通，反電動(dòng)勢(shì)很小。在空載時(shí)，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速急劇上升；在有一定負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)并使電樞電流急劇增加，會(huì)引起嚴(yán)重事故。1． 直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性固有機(jī)械特性只反映電動(dòng)機(jī)在額定條件的性能，對(duì)應(yīng)某一轉(zhuǎn)矩下，電動(dòng)機(jī)只能運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速。而在生產(chǎn)上往往有一些要求，例如在一定的轉(zhuǎn)矩下，根據(jù)不能的情況，要求有不同的轉(zhuǎn)速。這就必須人為的改變電動(dòng)機(jī)的某些參數(shù)，來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，以滿足生產(chǎn)上的要求。這時(shí)的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速(1) 直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓調(diào)速如改變電樞電壓調(diào)速，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)改變，而機(jī)械特性的斜率不變，改變后機(jī)械特性的曲線為一簇平行線，電壓越低則轉(zhuǎn)速越低，如圖34所示。這種方法具有較好的調(diào)速性能，但需專門的調(diào)壓電源。圖34 改變電樞電壓調(diào)速(2)直流電動(dòng)機(jī)改變勵(lì)磁電流調(diào)速而改變勵(lì)磁電流調(diào)速的方法，也就是改變磁通調(diào)速，由于只能比額定磁通減小，所以機(jī)械特性的理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)增大，機(jī)械特性斜率增大，如圖35所示。這種調(diào)速方法能量損失小，且電阻可做成連續(xù)可調(diào)，便于控制，但轉(zhuǎn)速只能向高調(diào)，最高轉(zhuǎn)速受電機(jī)本身機(jī)械強(qiáng)度及換向的限制。圖35 改變勵(lì)磁電流調(diào)速(3)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻調(diào)速 對(duì)于電樞回路串電阻調(diào)速的方法，當(dāng)增大電樞回路電阻后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)不變，但機(jī)械特性斜率增大，改變后機(jī)械特性的曲線為一簇射線，電阻越大則轉(zhuǎn)速越低，如圖36所示。此法的特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)速只能向低調(diào)，流過串聯(lián)電阻的電流大，不易做成連續(xù)可調(diào)，且串聯(lián)電阻要消耗大量電能。圖36 改變電樞回路串電阻調(diào)速本次設(shè)計(jì)所做的調(diào)速特性為改變電樞電壓和改變勵(lì)磁電流兩種調(diào)速。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)需要調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)所帶機(jī)械負(fù)載的大小，本次設(shè)計(jì)中使用的是直流發(fā)電機(jī)作為機(jī)械負(fù)載。電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)通過聯(lián)軸器相連，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電樞電流的大小就可調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，可間接計(jì)算出轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)。例題簡(jiǎn)析：一臺(tái)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為: =220 V , =92 A ，= Ω,=88 . 7 Ω, =86 %,試求額定運(yùn)行時(shí): ( 1 )輸入功率。 ( 2 )輸出功率。 ( 3 )總損耗。 ( 4 )電樞回路銅損耗。 ( 5 )勵(lì)磁回路銅損耗。 ( 6 )機(jī)械損耗與鐵損耗之和。解: ( 1 )輸入功率 ( 2 )輸出功率 ( 3 )總損耗 (4) 電樞回路銅損耗 ( 5 )勵(lì)磁回路銅損耗 ( 6 )機(jī)械損耗與鐵損耗之和為 二、項(xiàng)目實(shí)施要達(dá)到的目的 掌握用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)取直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性和機(jī)械特性。 掌握直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。三、項(xiàng)目實(shí)施的掛件功能介紹如圖37直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)掛件排列順序DZ01電源控制屏 （同直流電機(jī)冷電阻功能介紹）。DD032電機(jī)導(dǎo)軌、測(cè)速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表 （同直流電機(jī)冷電阻功能介紹）。DJ23校正直流測(cè)功機(jī) （同直流電機(jī)冷電阻功能介紹）。DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)（同直流電機(jī)冷電阻功能介紹）。D31直流數(shù)字電壓、毫安、安培表（兩件）（同直流電機(jī)冷電阻功能介紹）。D42三相可調(diào)電阻器由三個(gè)相同的電阻器RRR3組成。90Ω2/。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，電阻應(yīng)該調(diào)到最大。D44可調(diào)電阻器、電容器（同直流電機(jī)冷電阻功能介紹）。D51波形測(cè)試及開關(guān)板（同直流電機(jī)冷電阻功能介紹）。四、項(xiàng)目實(shí)施需要的設(shè)備項(xiàng)目設(shè)備序號(hào)型 號(hào)名 稱數(shù) 量1DD03導(dǎo)軌、測(cè)速發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)速表1臺(tái)2DJ23校正直流測(cè)功機(jī)1臺(tái)3DJ15直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)1臺(tái)4D31直流數(shù)字電壓、毫安、安培表2件5D42三相可調(diào)電阻器1件6D44可調(diào)電阻器、電容器1件7D51波形測(cè)試及開關(guān)板1件 屏上掛件排列順序D3D4D5D3D44五、項(xiàng)目實(shí)施的方法直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作特性和機(jī)械特性操作方法如下：① 如圖25所示，直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)接線圖。直流電動(dòng)機(jī)M選用DJ15，校正直流測(cè)功機(jī) MG選用DJ23，在此作為直流電動(dòng)機(jī)M的負(fù)載，用于測(cè)量電動(dòng)機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩。測(cè)速發(fā)電機(jī)TG選用DD03，R1用D44的180Ω阻值。R2選用D42的900Ω串聯(lián)900Ω再加900Ω并聯(lián)900Ω共2250Ω阻值。Rf1選用D44的900Ω阻值，按分壓法接線。Rf2 選用D42的900Ω串聯(lián)900Ω共1800Ω阻值。圖38直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)接線圖 ② 將直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)M的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻Rf1調(diào)至最小值，電樞串聯(lián)起動(dòng)電阻R1調(diào)至最大值，接通控制屏下邊右方的電樞電源開關(guān)使其起動(dòng)，其旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)符合轉(zhuǎn)速表正向旋轉(zhuǎn)的要求。 ③ M起動(dòng)正常后，將其電樞串聯(lián)電阻R1調(diào)至零，調(diào)節(jié)電樞電源的電壓為220V，調(diào)節(jié)校正直流測(cè)功機(jī)的勵(lì)磁電流If2為校正值（100 mA），再調(diào)節(jié)其負(fù)載電阻R2和電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻Rf1，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定值：U＝UN，I＝IN，n＝nN。此時(shí)M的勵(lì)磁電流If即為額定勵(lì)磁電流IfN。 ④ 保持U＝UN，If=IfN，If2為校正值不變的條件下，