电机拖动实验指南（已改）(5)

实验三 直流发电机－电动机系统的机械特性和过渡过程

稳压电源的理想空载电压 U d0 = I 1 R＋U 1 。

a）直流发电机 b）直流电动机 图3－2电机电枢电阻的实验测定电路 2．调节变阻器RP1使其阻值增加约一倍，在U d 不变的条件下（即保持“可调稳压电源”输出值恒定），重新读取电流、电压值为I 2、U 2录于表3－2，得稳压电源的理想空载电压 U d0 = I 2 R＋U 2 。

3．解以上两式计算回路总电阻 R =（U 2－U1）／（I 1－I 2），录于表3－2 。 4．短接电枢两端，重复步骤2、3，并计算除电枢电阻R G以外的电枢回路总电阻 R’=（U2’－ U1’）／（I1’－ I2’），录于表3－2 。

5．最后计算得发电机G的电枢电阻R G ＝ R－R’录于表3－2 。 6．按图3－2b）接线，电动机M不接励磁并使其堵转，重复步骤1～5，得电动机M的电枢电阻 R M ＝ R－R’并依次录于表3－2。

表3－2 直流电机电枢电阻的测量 项目 ，直流发电机G ，，，，直流电动机M ，，，序号 1 2 U1（U1） U2（U2） I1（I1） I2（I2） U1（U1） U2（U2） I1（I1） I2（I2） 电枢电阻（Ω） R ＝ R’＝ R G ＝ R ＝ R’＝ R M ＝ （三）测定直流发电机G的空载特性E d = f（ i f g ）。

按图3－1接线，断开刀Q1，刀开关 Q2切换至上方（正极性），置发电机励磁 i f g最小（调开恒流源Ⅱ至输出最小）、电动机励磁 i f m＝i fmnom（调恒流

源Ⅰ至输出为i fmnom），置磁粉制动器输出为零（负载为零，近似空载），经实

验指导老师检查无误后，完成以下步骤：

1．闭合交流电动机（原动机）主电路接触器KM，起动原动机至额定转速（选择原动机转速应与直流发电机匹配，额定转速即ng n o m ）直至稳定。

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2．在发电机转速为额定转速 ng n o m 恒定的前提下，缓慢增大发电机励磁电流 i f g 直至发电机的空载电压 E d 0＝1.3E n o m ，并读取此时之 i f g 、E d 0 数据录于表3－3，然后逐步减小励磁电流 i f g 直至 i f g 最小，依次读取 7～9 组 i f g 、E d

0 数据依次记录于表3－3。

注意：务必选取额定点 i f g nom 、Ed n o m ，并在额定电压附近取较小的数据间隔。在减小励磁电流的过程中，只允许单方向调节。当 i f g ＝0 时（断开恒流源Ⅱ），所测之发电机空载电压即为“剩磁电压” 。

根据表3－3 数据绘制直流发电机的空载特性，并计算Cef ＝Ed n o m／n n o m 。

表3－3 直流发电机的空载特性 （n n o m＝ r／min； Cef ＝ V／

rpm）

№ i f g（A） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ed0 （V） 注：额定点 i f g nom 、Ed n o m 所在列序号下方用“●”标明。 （四）测定“直流发电机－电动机系统” 的机械特性。

“直流发电机 — 电动机组”的机械特性与他励直流电动机机械特性基本相同，同样有固有特性和人为特性之分。一般包括：“G－M”系统在他励直流电动机电动状态下的机械特性、回馈制动状态下的机械特性以及反接制动和能耗制动状态下的机械特性等。由于本实验台采用“磁粉控制器”为负载，在回馈制动、反接制动和能耗制动状态下，只能借助示波器测得 I d = f（n）曲线，无法通过稳定运行来测定相应状态下的机械特性。下面只讨论 “G－M”系统的他励直流电动机“在电动状态下的机械特性” 。欲用稳定运行方法测定回馈制动、反接制动和能耗制动状态下的机械特性，可改用“可调直流稳压电源”对电枢供电，以“直流发电机”为负载，直接测定各相应状态下的机械特性，测定方法可参阅书末附录之三。

1．保持图 3－1 接线和原动机的运转状态；调节“恒流源Ⅰ”置电动机于额定励磁 i f m nom，保持“恒流源Ⅱ”输出为零；闭合刀开关 Q1，并置Q2于上方（正向）位置；“磁粉制动式负载器（DD06）”选定为“恒转矩”型负载，先给定为零转矩负载（近似空载）；将电枢回路的电位器 RP1 调至阻值为零（或直接短接）。

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2．检查异步电动机是否稳定运行于额定转速 ng n o m。

3．确认异步电动机转速 n ＝ng n o m 且稳定后，缓慢调节“恒流源Ⅱ”增大发电机的励磁直至其电枢电压为额定值 Ed n o m 。

4．逐步增大“磁粉制动式负载器（DD06）”的负载给定直至 I d ＝ I d n o m ， 微调“恒流源Ⅱ”的输出使发电机机输出端电压恢复为 Ed ＝ Ed n o m 并稳定之。

5．Ed ＝ Ed n o m 稳定后减小负载给定至零（能达到 I d ＝ I d0 ＝0吗？），读取此时的电动机转速 n 0 1、电枢端电压U d01和近似空载电流I d0，以及发电机的

额定励磁电流 i f g nom 录于表 3－3，此即“G－M”系统电动机 M 的近似理想空载状态。

6．逐次单方向增大“磁粉制动式负载器（DD06）”的负载给定，使电枢电流依次近似为 I d ＝ 0.5、0.8、1、1.2、1.5I d n o m ，读取相应点的电枢电流 I d 和转速 n ，录于表 3－4 固有特性览中（额定点附近应单方向缓慢调节，以尽量使 I d ＝I d n o m 准确）。

7．减小“磁粉制动式负载器（DD06）”的负载给定至零，恢复“G－M” 系

统至近似理想空载状态（空载端电压 U d01、空载转速 n0 1 ）。

表 3 — 4 “G－M” 系统的固有特性和人为特性

因 有 特 性 U d0 I f i f m nom R 0 № I d （A） 1 2 3 4 5 U d01 U d 02＝n （rpm） I d （A） 人 为 弱U01 0.8 i f mnom 0 特 磁 性 串U01 i f m nom R 1 电 阻 降0.5 U d 01 压 i f m nom 0 n （rpm） I d （A） n （rpm） I d （A） n （rpm） nnom＝ （rpm） I d n o m ＝ （A） I U01 ＝ （V）d 0 ＝ （A） n 01 ＝ （rpm） R 1 ＝ （Ω）I f g nom ＝ （A） i f mnom＝ （A）

8．缓慢调节“恒流源Ⅱ” 降低其输出，使直流他励电动机 M 的空载电压

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为 U d0＝U d02＝0.5U d01，重复步骤6、7．并依次读取直流电动机的电枢电流

I d 和转速 n ，录于表 3－4 人为特性的降压览中。

9．增大“恒流源Ⅱ”的输出，恢复系统至空载状态（空载端电压 U d01 、

空载转速 n0 1 ）。系统稳定后，减弱电动机的励磁电流至 i f m＝ 0.8 i f m nom 并

稳定之，重复步骤 6、7， 并依次读取直流电动机的电枢电流 I d 和转速 n ，录于表3—4人为特性的弱磁览中。

10．按图3—1接入电阻 R1，恢复他励直流电动机至额定励磁 i f mnom、并恢复系统至空载状态（空载端电压 U d01、空载转速n0 1 ）。

11． 调节电动机电枢回路电阻 R1 至 n ＝（0.8 ～0.9）n n o m 。待转速稳定后，重复步骤 6、7， 并依次读取直流电动机的电枢电流 I d 和转速 n ，录于表 3－4 人为特性的串电阻览中。

根据表 3－4的数据在同一坐标中绘制“G－M”系统他励直流电动机 M 的固有特性和降低端电压、弱磁、电枢回路串电阻时的人为特性，分析、比较并得出各自的特点。

（五）“直流发电机－电动机系统”在空载起、制动和反转时的过渡过程。

1．按图3－1恢复并保持原动机的稳定运转状态、他励直流电动机保持为额定励磁 i f mnom 状态；同时保持刀开关Q1的闭合状态、刀开关Q2 的分断状态；电枢回路电阻 R1 调至阻值为零（即直接短接）；调节“恒流源Ⅰ（DD14）” 、“恒流源Ⅱ（DD15）”分别使其输出为电动机和发电机的额定励磁值（i f mnom、 ；“磁粉制动式负载器（DD06）” 选定为“恒转矩”型负载，并给定转i f gnom）

矩为零（空载）。

2．分别接好示波器的测试探头准备测量发电机励磁电流 i f g 、电动机电枢电流 I d 及其转速 n 。

3．确认异步电动机转速 n ＝ng n o m 且稳定后，开始以下实验（视选用示波器线数不同，可能每项实验需分别反复多次，最好选用16线光线示波器，则一次拍摄成像。）：

⑴．置刀开关 Q2于上方位置（正极性），观测、临摹或拍摄直接空载起动时的过渡过程曲线 i f g = f（t）、I d = f（t）、n = f（t）。

⑵．电动机转速稳定后，分断开关 Q2，观测、临摹或拍摄空载制动时的过渡过程曲线 i f g = f（t）、I d = f（t）、n = f（t）。

⑶．电动机停止后，置刀开关 Q2于上方位置（正向），再次起动电动机直至稳定，将刀开关 Q2 直接自上方位置切换至下方位置（反向），观测、临摹或拍摄直接反转时的过渡过程曲线 i f g = f（t）、I d = f（t）、n = f（t）。

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⑷．分断开关 Q2，电动机停止后，将“磁粉制动式负载器（DD06）”给定为额定转矩（ I d ＝I d n o m ）。重复步骤 3 ，完成带负载起动、制动和直接反转时的过渡过程实验。

4*．“通过计算机（I／O）接口（DD01）”，接好微机系统，演示、存储、打印各过渡过程曲线，供撰写实验报告和分析、研究动态过程。

5．分断刀开关 Q1，待发电机输出端电压为0后，断开主接触器 KM 停止异步电动机；最后依次将电枢回路电位器 RP1 调至阻值为零，调节“恒流源Ⅰ（DD14）” 、“恒流源Ⅱ（DD15）”使其输出为零，结束本次实验。

六、思考题

3－1．采用万表或欧姆表直接测量直流电机电枢回路电阻有何缺点？ 3－3．为何要在额定电压附近取较小的数据间隔？在减小励磁电流的过程中，为什么只允许单方向调节？为什么 ？

3－3．何为直流发电机有“剩磁电压”？它对“G－M”系统的运行有何影响？

3－4．“G－M”系统的机械特性与由恒压源供电的直流电动机的机械特性有何异同？“G－M”系统包括的哪些机械特性？说明各自的特点。

3－5．“G－M”系统和直流电动机系统相比，其起动、制动和直接反转时的过渡过程曲线有何异同？其主要由哪个环节造成的？为什么 ？

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