【正文】 ，使發(fā)電機的負載IF≤，以免兩個支路的電流不平衡或過載，燒壞電阻器。在項目實施過程中，要注意隨時調(diào)節(jié)D44掛件電阻R1或R2，始終保持餓啊電機的轉(zhuǎn)速為1500r/min。做外特性時，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)通過對直流他勵發(fā)電機的空載特性、外特性、調(diào)節(jié)特性、進行項目設(shè)計以及現(xiàn)場的操作，加深了我對直流發(fā)電機理論知識的了解。但是在實驗過程中我們要注意到發(fā)電機在正常運行時，不要用手去觸摸發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分，雖然沒有電，但是它會產(chǎn)生“離心”驅(qū)動，使觸摸到的物體向外飛濺。在啟動實驗前應(yīng)先閉啟動總開關(guān)，再閉合勵磁電源，最后在閉合電樞電源；停止實驗前應(yīng)先關(guān)掉電樞電源，再關(guān)掉勵磁電源，最后在關(guān)掉總電源。即“閉合時，先總開關(guān)后負載；斷電時，先負載后總開關(guān)”。項目三 直流并勵電動機工作特性、機械特性和調(diào)速特性的測取項目概述: 直流并勵電動機的工作特性是：1）轉(zhuǎn)速特性；2）轉(zhuǎn)矩特性；3）效率特性。機械特性： 效率特性 本項目是要設(shè)計項目測取的實驗線路及實施的方法。 一、相關(guān)知識鏈接（一）直流電動機的工作原理直流電動機是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場內(nèi)受力而運動的原理制成的。圖31所示為直流電動機工作原理圖，其基本結(jié)構(gòu)與發(fā)電機完全相同，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，兩個電磁力所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩使電樞按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180176。，轉(zhuǎn)到如圖31（b）所示的位置時，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，故電樞乃按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 由此可知，通過換向器的作用，與電源負極相連的電刷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，兩導(dǎo)體所受電磁力矩始終為逆時針方向，因而使電樞按一定的方向旋轉(zhuǎn)。圖31 直流電動機工作原理圖（二）直流電動機的基本特性 直流電動機的工作特性 直流電動機的運行特性有兩個：一個是工作特性，另一個事轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性，也稱機械特性。直流電動機的工作特性是選用直流電動機的一個重要依據(jù)。直流電動機的工作特性因勵磁方式不同，差別很大，下面以他勵直流電動機為例進行分析。 直流電動機的工作特性是指電動機的端電壓為額定電壓 ，勵磁電流為額定勵磁電流時，電機轉(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=。由于電機在實際運行中,電樞電流較容易測得,且它與基本上是正比關(guān)系，所以可以將直流電動機的工作特性表示為n ，M ，η=。上述條件中的額定勵磁電流是指電動機的端電壓為額定電壓、輸出功率達到額定功率、電樞轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速時的勵磁電流。(1) 轉(zhuǎn)速特性 轉(zhuǎn)速特性是指當(dāng)U=，時，電機轉(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)電動勢的計算公式和電動勢平衡方程式（忽略電刷接觸壓降）可知 (31)該式通常稱為電動機的轉(zhuǎn)速公式。若忽略電樞反應(yīng)的去磁作用，則每級磁通與電樞電流無關(guān)，為一個常數(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時電動機的轉(zhuǎn)速： 為直線的斜率?？梢?，他勵直流電動機的轉(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，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，實際上，當(dāng)負載增大時，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，如圖 中的曲線M 和M所示。如圖32他勵直流電動機的工作特性曲線圖(3)效率特性 效率特性是指當(dāng)U=，時，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。他勵直流電動機的效率為 (34)式中為電機內(nèi)所有損耗之和。其中，空載損耗，為不變損耗；點數(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。 他勵直流電動機的效率曲線如圖 中的曲線所示。當(dāng)負載較小時，電機的效率較低，輸出功率大部分消耗在空載損耗上； 當(dāng)負載增大時，效率隨輸出功率的增大而增大，輸入功率大部分消耗在機械負載上；但當(dāng)負載增大到一定程度時，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，直流電機的效率是電樞電流的二次曲線。對式（34）求導(dǎo)，并令，可得到他勵直流電動機效率取得最大值時的條件為 (35)由此可見，當(dāng)直流電機的不變損耗和可變損耗相等時，直流電機的效率最高。此時，當(dāng)電樞電流再進一步增加時，可變損耗在總損耗中的比例增加，使電機的效率反而略有下降。這一結(jié)論具有普遍意義，對其他電機也同樣適用。 直流并勵電動機的機械特性(1)機械特性表征電動機運行的的兩個主要物理量是：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T和電動機的轉(zhuǎn)速n。直流電動機的機械特性是指電動機的端電壓U等于額定值、勵磁電路的電流和電樞電路的電阻不變的條件下，電動機的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系，即。機械特性是電動機最重要的工作特性，它是討論電動機穩(wěn)定運行、起動、調(diào)速和制動等運行的基礎(chǔ)。機械特性可分為固有（自然）機械特性和人為機械特性。固有特性，表示電動機在額定參數(shù)運行條件下的機械特性；人為特性，表示改變電動機一種或幾種參數(shù)，使之不等于其額定值時的機械特性。(2) 直流電動機機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和勵磁電路電阻R（它包括勵磁繞組電阻及勵磁電流調(diào)節(jié)電阻）保持不變時，則勵磁電流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)上式是并勵電動機的機械特性方程。其中 n = n叫做理想空載轉(zhuǎn)速，是T = 0 （I = 0）時的轉(zhuǎn)速。實際上由于有空載耗損，即使沒有機械負載，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)負載增加時，轉(zhuǎn)速下降多少。因此，當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩T增加時，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，于是反電動勢E = U I R減小，n = E／(C) 也就下降了。(3) 直流電動機的固有機械特性按固有機械特性所給的條件，U = U = 常數(shù)，勵磁電流I調(diào)節(jié)至磁通 = 并保持不變。由于R很小，從并勵電動機的機械方程可知，n = f（T）將是一根傾斜度很小的直線，如圖33所示圖33并勵電動機機械特性曲線圖在負載從空載到滿載時，轉(zhuǎn)速降△n僅為額定轉(zhuǎn)速5%～10%，因此并勵特性的機械特性是硬特性。并勵電動機在運行時，切不斷開勵磁電路，使I=0這樣，主磁極上僅有很小的剩磁通，反電動勢很小。在空載時，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速急劇上升；在有一定負載時，電動機停轉(zhuǎn)并使電樞電流急劇增加，會引起嚴(yán)重事故。1． 直流電動機的人為機械特性固有機械特性只反映電動機在額定條件的性能，對應(yīng)某一轉(zhuǎn)矩下，電動機只能運行在某一轉(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機的某些參數(shù)，來改變電動機的機械特性，以滿足生產(chǎn)上的要求。這時的機械特性稱為人為機械特性。 直流電動機的調(diào)速(1) 直流電動機改變電樞電壓調(diào)速如改變電樞電壓調(diào)速，電動機的機械特性的理想空載轉(zhuǎn)速點改變，而機械特性的斜率不變，改變后機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)直流電動機改變勵磁電流調(diào)速而改變勵磁電流調(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，所以機械特性的理想空載轉(zhuǎn)速點增大，機械特性斜率增大，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)速受電機本身機械強度及換向的限制。圖35 改變勵磁電流調(diào)速(3)直流電動機電樞回路串電阻調(diào)速 對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，電動機的機械特性的理想空載轉(zhuǎn)速點不變，但機械特性斜率增大，改變后機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。此法的特點是設(shè)備簡單，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)計所做的調(diào)速特性為改變電樞電壓和改變勵磁電流兩種調(diào)速。因為設(shè)計時需要調(diào)節(jié)電動機所帶機械負載的大小，本次設(shè)計中使用的是直流發(fā)電機作為機械負載。電動機與發(fā)電機通過聯(lián)軸器相連，調(diào)節(jié)發(fā)電機電樞電流的大小就可調(diào)節(jié)負載轉(zhuǎn)矩的大小，可間接計算出轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)。例題簡析：一臺并勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)為: =220 V , =92 A ，= Ω,=88 . 7 Ω, =86 %,試求額定運行時: ( 1 )輸入功率。 ( 2 )輸出功率。 ( 3 )總損耗。 ( 4 )電樞回路銅損耗。 ( 5 )勵磁回路銅損耗。 ( 6 )機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 )勵磁回路銅損耗 ( 6 )機械損耗與鐵損耗之和為 二、項目實施要達到的目的 掌握用實驗方法測取直流并勵電動機的工作特性和機械特性。 掌握直流并勵電動機的調(diào)速方法。三、項目實施的掛件功能介紹如圖37直流并勵電動機掛件排列順序DZ01電源控制屏 （同直流電機冷電阻功能介紹）。DD032電機導(dǎo)軌、測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表 （同直流電機冷電阻功能介紹）。DJ23校正直流測功機 （同直流電機冷電阻功能介紹）。DJ15直流并勵電動機（同直流電機冷電阻功能介紹）。D31直流數(shù)字電壓、毫安、安培表（兩件）（同直流電機冷電阻功能介紹）。D42三相可調(diào)電阻器由三個相同的電阻器RRR3組成。90Ω2/。在實驗時，電阻應(yīng)該調(diào)到最大。D44可調(diào)電阻器、電容器（同直流電機冷電阻功能介紹）。D51波形測試及開關(guān)板（同直流電機冷電阻功能介紹）。四、項目實施需要的設(shè)備項目設(shè)備序號型 號名 稱數(shù) 量1DD03導(dǎo)軌、測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表1臺2DJ23校正直流測功機1臺3DJ15直流并勵電動機1臺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波形測試及開關(guān)板1件 屏上掛件排列順序D3D4D5D3D44五、項目實施的方法直流并勵電動機的工作特性和機械特性操作方法如下：① 如圖25所示，直流并勵電動機接線圖。直流電動機M選用DJ15，校正直流測功機 MG選用DJ23，在此作為直流電動機M的負載，用于測量電動機的輸出功率和轉(zhuǎn)矩。測速發(fā)電機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直流并勵電動機接線圖 ② 將直流并勵電動機M的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1調(diào)至最小值，電樞串聯(lián)起動電阻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，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)校正直流測功機的勵磁電流If2為校正值（100 mA），再調(diào)節(jié)其負載電阻R2和電動機的磁場調(diào)節(jié)電阻Rf1，使電動機達到額定值：U＝UN，I＝IN，n＝nN。此時M的勵磁電流If即為額定勵磁電流IfN。 ④ 保持U＝UN，If=IfN，If2為校正值不變的條件下，