实验报告
课程名称：电机学 指导老师：史涔溦 成绩：__________________ 实验名称：直流电动机实验 实验类型：验证性实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
实验一 直流电动机实验 一、实验目的和要求
1、进行电机实验安全教育和明确实验的基本要求
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件 3、学习直流电动机的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法 4、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性 5、掌握直流并励电动机的调速方法 6、并励电动机的能耗制动 二、实验内容和原理
1、并励直流电动机起动实验 2、改变并励直流电动机转向实验
3、测取并励直流电动机的工作特性和机械特性 4、并励直流电动机的调速方法 三、主要仪器设备
1、直流电源（220V，3A，可调）
2、并励直流电动机
3、负载：测功机。与被测电动机同轴相连。
4、调节电阻。电枢调节电阻选取0-90欧，磁场调节电阻选取0—3000欧。
5、直流电压电流表。电压表为直流250V，电枢回路电流表量程2.5A，励磁回路电流表量程200mA。 四、操作方法与实验步骤
（1）并励直流电动机的起动实验 接线图：
实验时，首先将电枢回路电阻调节到最大，因为起动初n=0，而端电压为额定值，如果电枢回路电阻过小那么会因电流过大而烧坏电机。其次应该Rf调节到最小，因为当电枢电流和电动势一定时，磁通量和转速是成反比的 ，如果磁场太弱，那么会造成很大的转速，从而造成危险。调节电源电压，缓缓启动电机，观察电动机的旋转方向是否符合负载的加载方向。最后逐步减小R1，实现分级起动，直到完全切除R1.
注意每次起动前，将测功机加载旋钮置0。实验完成后，将电压和测功机加载旋钮置0。
（2）改变并励直流电动机转向实验
改变转向，即改变导体的受力方向，则改变电枢电流或者磁场的方向都可以实现。因此对调励磁绕组或者电枢绕组的极性即可。重新起动，观察转向。
（3）测量并励直流电动机的工作特性和机械特性 1、完全起动电机并获取稳定转速，使得R1=0
2、将电动机调节到额定状态，调节电源电压测功机加载旋钮及磁场调节电阻R，至额定状态 ：U=U，
f
N
I=I，n=n，记下此时的I，即I。
N
N
f
fN
3、保持 U=U，I=I不变 ，调测功机加载旋钮，逐渐减小电动机负载至最小，测I、n、T。
N
f
fN
2
（4）并励直流电动机的调速特性 1、改变电枢电压调速
1) 按操作1起动后，切除电枢调节电阻R（R=0）
1
1
2) 调节电源电压、测功机加载旋钮及磁场调节电阻R，使U=U，T=500mN.m， I=I
f
N
2
f
fN
3）保持T=500mN.m ， I=I不变 ，从零开始逐渐增加R 至最大值，从而逐渐降低电枢端电
2
f
fN
1
压U，每次测 U、n、I。
a
a
2、改变励磁电流调速
1) 按操作1起动后，切除电枢调节电阻R（R=0)和磁场调节电阻R;
1
1
f
2) 调节电源电压、测功机加载旋钮,使U=U，T=500mN.m
N
2
3）保持U=U，T=500mN.m，不变 ，从零开始逐渐增加R，从而逐渐减小励磁电流，直至n=1.2n，，
N
2
f
N
每次测 I、n、I。
f
五、实验数据记录和处理
首先阅读并记录直流电机的铭牌数据：
UN=220V，nN=1600r/min，IfN
空载起动时，首先使Ra调最大，Rf调最小。再调节负载转矩为0。起动后将Ra逐步调节为0，同时增大电压，使之达到额定电压，并且微调Rf使转速达到额定值。
最终测得数据： n=1600r/min I=0.211A If=97.6mA U=220V
注意到在做完实验后，将测功机加载旋钮置0(调节到最左)后，其读数仍显示为-0.03Nm
（2）并励直流电动机转向实验 实验过程记录：
在实验过程中，检查起动时的电机转速是否和测功机标定方向相同，如果不同，那么需要停机，调换电枢或者励磁绕组极性后，再次起动。
（3）并励直流电动机的工作特性和机械特性 U=UN=220V，If=IfN=81.4mA，Ra=20欧
转速特性：
n与 T2的关系曲线：
（用不同曲线的拟合结果） 转矩特性：
效率特性：
（4）并励直流电动机的调速特性
1、改变电枢端电压调速 If=IfN=81.4mA , T2=500mNm
曲线的绘制：
2、改变励磁电流的调速
曲线的绘制：
六、实验结果与分析 1、
在并励直流电动机的工作特性和机械特性的测定实验中，保持电枢两端电压不变，励磁电流不变，观察输入电流I，转速n和输出转矩T2随着P2的变化。也就是测定转速特性、转矩特性和效率特性曲线。 1）转速特性分析：
n=
U-IaRa
CeΦ
从公式上可以看出，当T2变小时，由于
Tem=CTΦIa，而Tem和T2呈现正相关，所以当Tem减小，Ia减小，因此n增大。由于励磁电流不变，
因此总输入电流减小。而实验结果呈现的曲线也恰好符合这个规律。 并且还可以得出转速变化率为7.875%。 2）转矩特性分析：
T2=
P2
Ω
由于当P2增大时，n略有下降，事实上得到的曲线应略向上弯曲，实验所得的图像在这一点上体现得不是特别明显，仅仅是最后的两个点略从拟合直线上移。 3）效率特性分析：
效率特性指的是U=UN，If=IfN保持不变时，效率与P2的关系曲线。效率的计算为P2与P1之比，而P1的计算公式为P1=UI。呈现出先急剧上升后趋于平缓略有下降的趋势。
另，由于效率特性难以用多项式函数或指数函数表示，故在excel拟合的时候选用了“移动平均法”，配合上平滑连接的曲线，大致表示出效率特性的走向规律。 2、改变电枢电压调速
根据公式n=
U-IaRa
，降低电枢电压后，转速将下降，且符合线性关系
CeΦ
3、改变励磁电流调速：
保持电枢电压和负载转矩不变，且使得R1=0，降低磁通密度，那么会使得转速上升，并且上升速度较快。
七、思考题 p12:
1、试说明电动机启动时，启动电阻R1和磁场调节电阻Rf应调节到什么位置，为什么？
答：启动电阻R1应该调到最大，Rf应调节到最小。因为如果Rf过大，那么磁场强度变小，可能会使得电机一下子加速到十分高的速度，远远超过额定转速，可能会对机械本身和操作者都造成伤害。而启动电阻调到最大是因为一开始由于转速很小，电动势很小，如果仅仅靠着20欧姆的电枢电阻，一下子加上220V左右的电网电压，那么会使得电枢回路电流过大，从而造成危险。当转速达到一定值后，逐渐减小Ra，逐级启动。
2、增大电枢回路的调节电阻，电机的转速是如何变化的？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？ 答：电枢回路的电阻增大，如电枢电流瞬间保持不变，那么加在电枢两端的电压变大，会使得转速提升。增大励磁回路的调节电阻，转速也会提升。
3、用什么方法可以改变直流电动机的转向？ 答：可以将电枢回路或励磁回路反接
4、为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？
答：如果没有接牢，接触电阻增加，那么相当于增加了励磁回路的电阻，导致磁通量变小，转速大大高于期望值。 p21
5、并励电动机的转速特性为什么会略微下降？是否出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 答：根据公式n=
U-IaRa
，当U不变时，随着Ia的增大，n自然会略略下降，只不过Ra通常较小，因
CeΦ
而斜率不大。并励电动机不会出现上翘现象，因为Ra不会为负值。上翘的速率特性的电动机，当电枢电流增大，转速升高，那么在工作时的转速将超过空载转速，而空载转速一般已经高于额定值，因此是不合理的。
6、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？
答：当电枢电压减小时，转速瞬时保持不变，此时的电磁转矩和转速反方向，输入功率小于0，实际上电机处于回馈制动状态。之后电机工作点沿着降压后的机械特性曲线下降，直到电磁转矩和外加转矩和空载转矩的和平衡。因此转速会不断降低，直到达到新的平衡点。
7、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？ 答：减小励磁电流，那么磁通量减小，在其他物理量不变的情况下，磁通量和转速成反比。
8、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速？为什么？ 答：是。除了出现飞速，还会因为电枢电流过大而造成电枢烧坏等现象发生。
9、实验心得体会
答：本次实验是电机学课程的第一次实验，且和之前大二阶段的电路电子实验不同，强调两个人的配合以及分工协作能力。由于电源输出部分本身有一个输出电压和输出电流的显示表，即DT02区域自带的电压表和电流表，它的精度和实验台上提供的250V量程电压表有所不同，在逐渐升高电压，提高转速的过程中，我们选择以电压表的读数为基准，调整旋钮使其显示220.0V。而此时输出电压显示225V左右，原因是加上了电流表A1自身的压降。在其余的实验过程中，本人负责旋钮部分（如电阻和电压的调节），另一名同学负责监视转速的读数以及对负载转矩大小的调整，防止因为调节过猛导致转速过快从而发生危险。
实验报告
课程名称：电机学 指导老师：史涔溦 成绩：__________________ 实验名称：直流电动机实验 实验类型：验证性实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
实验一 直流电动机实验 一、实验目的和要求
1、进行电机实验安全教育和明确实验的基本要求
2、认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件 3、学习直流电动机的接线、起动、改变电机转向以及调速的方法 4、掌握用实验方法测取直流并励电动机的工作特性和机械特性 5、掌握直流并励电动机的调速方法 6、并励电动机的能耗制动 二、实验内容和原理
1、并励直流电动机起动实验 2、改变并励直流电动机转向实验
3、测取并励直流电动机的工作特性和机械特性 4、并励直流电动机的调速方法 三、主要仪器设备
1、直流电源（220V，3A，可调）
2、并励直流电动机
3、负载：测功机。与被测电动机同轴相连。
4、调节电阻。电枢调节电阻选取0-90欧，磁场调节电阻选取0—3000欧。
5、直流电压电流表。电压表为直流250V，电枢回路电流表量程2.5A，励磁回路电流表量程200mA。 四、操作方法与实验步骤
（1）并励直流电动机的起动实验 接线图：
实验时，首先将电枢回路电阻调节到最大，因为起动初n=0，而端电压为额定值，如果电枢回路电阻过小那么会因电流过大而烧坏电机。其次应该Rf调节到最小，因为当电枢电流和电动势一定时，磁通量和转速是成反比的 ，如果磁场太弱，那么会造成很大的转速，从而造成危险。调节电源电压，缓缓启动电机，观察电动机的旋转方向是否符合负载的加载方向。最后逐步减小R1，实现分级起动，直到完全切除R1.
注意每次起动前，将测功机加载旋钮置0。实验完成后，将电压和测功机加载旋钮置0。
（2）改变并励直流电动机转向实验
改变转向，即改变导体的受力方向，则改变电枢电流或者磁场的方向都可以实现。因此对调励磁绕组或者电枢绕组的极性即可。重新起动，观察转向。
（3）测量并励直流电动机的工作特性和机械特性 1、完全起动电机并获取稳定转速，使得R1=0
2、将电动机调节到额定状态，调节电源电压测功机加载旋钮及磁场调节电阻R，至额定状态 ：U=U，
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I=I，n=n，记下此时的I，即I。
N
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3、保持 U=U，I=I不变 ，调测功机加载旋钮，逐渐减小电动机负载至最小，测I、n、T。
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（4）并励直流电动机的调速特性 1、改变电枢电压调速
1) 按操作1起动后，切除电枢调节电阻R（R=0）
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2) 调节电源电压、测功机加载旋钮及磁场调节电阻R，使U=U，T=500mN.m， I=I
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3）保持T=500mN.m ， I=I不变 ，从零开始逐渐增加R 至最大值，从而逐渐降低电枢端电
2
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压U，每次测 U、n、I。
a
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2、改变励磁电流调速
1) 按操作1起动后，切除电枢调节电阻R（R=0)和磁场调节电阻R;
1
1
f
2) 调节电源电压、测功机加载旋钮,使U=U，T=500mN.m
N
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3）保持U=U，T=500mN.m，不变 ，从零开始逐渐增加R，从而逐渐减小励磁电流，直至n=1.2n，，
N
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每次测 I、n、I。
f
五、实验数据记录和处理
首先阅读并记录直流电机的铭牌数据：
UN=220V，nN=1600r/min，IfN
空载起动时，首先使Ra调最大，Rf调最小。再调节负载转矩为0。起动后将Ra逐步调节为0，同时增大电压，使之达到额定电压，并且微调Rf使转速达到额定值。
最终测得数据： n=1600r/min I=0.211A If=97.6mA U=220V
注意到在做完实验后，将测功机加载旋钮置0(调节到最左)后，其读数仍显示为-0.03Nm
（2）并励直流电动机转向实验 实验过程记录：
在实验过程中，检查起动时的电机转速是否和测功机标定方向相同，如果不同，那么需要停机，调换电枢或者励磁绕组极性后，再次起动。
（3）并励直流电动机的工作特性和机械特性 U=UN=220V，If=IfN=81.4mA，Ra=20欧
转速特性：
n与 T2的关系曲线：
（用不同曲线的拟合结果） 转矩特性：
效率特性：
（4）并励直流电动机的调速特性
1、改变电枢端电压调速 If=IfN=81.4mA , T2=500mNm
曲线的绘制：
2、改变励磁电流的调速
曲线的绘制：
六、实验结果与分析 1、
在并励直流电动机的工作特性和机械特性的测定实验中，保持电枢两端电压不变，励磁电流不变，观察输入电流I，转速n和输出转矩T2随着P2的变化。也就是测定转速特性、转矩特性和效率特性曲线。 1）转速特性分析：
n=
U-IaRa
CeΦ
从公式上可以看出，当T2变小时，由于
Tem=CTΦIa，而Tem和T2呈现正相关，所以当Tem减小，Ia减小，因此n增大。由于励磁电流不变，
因此总输入电流减小。而实验结果呈现的曲线也恰好符合这个规律。 并且还可以得出转速变化率为7.875%。 2）转矩特性分析：
T2=
P2
Ω
由于当P2增大时，n略有下降，事实上得到的曲线应略向上弯曲，实验所得的图像在这一点上体现得不是特别明显，仅仅是最后的两个点略从拟合直线上移。 3）效率特性分析：
效率特性指的是U=UN，If=IfN保持不变时，效率与P2的关系曲线。效率的计算为P2与P1之比，而P1的计算公式为P1=UI。呈现出先急剧上升后趋于平缓略有下降的趋势。
另，由于效率特性难以用多项式函数或指数函数表示，故在excel拟合的时候选用了“移动平均法”，配合上平滑连接的曲线，大致表示出效率特性的走向规律。 2、改变电枢电压调速
根据公式n=
U-IaRa
，降低电枢电压后，转速将下降，且符合线性关系
CeΦ
3、改变励磁电流调速：
保持电枢电压和负载转矩不变，且使得R1=0，降低磁通密度，那么会使得转速上升，并且上升速度较快。
七、思考题 p12:
1、试说明电动机启动时，启动电阻R1和磁场调节电阻Rf应调节到什么位置，为什么？
答：启动电阻R1应该调到最大，Rf应调节到最小。因为如果Rf过大，那么磁场强度变小，可能会使得电机一下子加速到十分高的速度，远远超过额定转速，可能会对机械本身和操作者都造成伤害。而启动电阻调到最大是因为一开始由于转速很小，电动势很小，如果仅仅靠着20欧姆的电枢电阻，一下子加上220V左右的电网电压，那么会使得电枢回路电流过大，从而造成危险。当转速达到一定值后，逐渐减小Ra，逐级启动。
2、增大电枢回路的调节电阻，电机的转速是如何变化的？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？ 答：电枢回路的电阻增大，如电枢电流瞬间保持不变，那么加在电枢两端的电压变大，会使得转速提升。增大励磁回路的调节电阻，转速也会提升。
3、用什么方法可以改变直流电动机的转向？ 答：可以将电枢回路或励磁回路反接
4、为什么要求直流并励电动机磁场回路的接线要牢靠？
答：如果没有接牢，接触电阻增加，那么相当于增加了励磁回路的电阻，导致磁通量变小，转速大大高于期望值。 p21
5、并励电动机的转速特性为什么会略微下降？是否出现上翘现象？为什么？上翘的速率特性对电动机运行有何影响？ 答：根据公式n=
U-IaRa
，当U不变时，随着Ia的增大，n自然会略略下降，只不过Ra通常较小，因
CeΦ
而斜率不大。并励电动机不会出现上翘现象，因为Ra不会为负值。上翘的速率特性的电动机，当电枢电流增大，转速升高，那么在工作时的转速将超过空载转速，而空载转速一般已经高于额定值，因此是不合理的。
6、当电动机的负载转矩和励磁电流不变时，减小电枢端压，为什么会引起电动机转速降低？
答：当电枢电压减小时，转速瞬时保持不变，此时的电磁转矩和转速反方向，输入功率小于0，实际上电机处于回馈制动状态。之后电机工作点沿着降压后的机械特性曲线下降，直到电磁转矩和外加转矩和空载转矩的和平衡。因此转速会不断降低，直到达到新的平衡点。
7、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？ 答：减小励磁电流，那么磁通量减小，在其他物理量不变的情况下，磁通量和转速成反比。
8、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速？为什么？ 答：是。除了出现飞速，还会因为电枢电流过大而造成电枢烧坏等现象发生。
9、实验心得体会
答：本次实验是电机学课程的第一次实验，且和之前大二阶段的电路电子实验不同，强调两个人的配合以及分工协作能力。由于电源输出部分本身有一个输出电压和输出电流的显示表，即DT02区域自带的电压表和电流表，它的精度和实验台上提供的250V量程电压表有所不同，在逐渐升高电压，提高转速的过程中，我们选择以电压表的读数为基准，调整旋钮使其显示220.0V。而此时输出电压显示225V左右，原因是加上了电流表A1自身的压降。在其余的实验过程中，本人负责旋钮部分（如电阻和电压的调节），另一名同学负责监视转速的读数以及对负载转矩大小的调整，防止因为调节过猛导致转速过快从而发生危险。