直流电机认识实验

一、 实验目的

1．了解实验室电源状况及具体布置。

2．认识电机机组及常用测量仪器、仪表等组件。 3．熟悉直流电机运行前的一般性检查。 4．掌握直流电动机的基本接线方法。 5．掌握直流电机起动及调速方法。

二、 实验内容

1．了解实验室基本状况。 2．直流电机运行前的一般性检查。 3．直流电动机的接线。

4．直流电动机的起动、调速及转向的改变。

三、 预习要点

1．直流电动机起动时应注意的问题。 2．直流电动机停机时应注意的问题。 3．使用测量仪表时应注意的问题。 4．安全操作的注意事项。

四、 原理简述

电机是用来进行机电能量转换的电磁装置。将直流电能转换为机械能的电机叫做直流电动机，将机械能转换为直流电能的电机叫做直流发电机。

直流电机由静止部分和转动部分组成。静止部分称为定子，包括主磁极、换向极、电刷装置和机座等主要部件。转动部分称为转子，又称电枢，它主要包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件。

电动机从静止到稳定运行状态的过程,称为起动过程。为了克服静摩擦转矩和负载转矩，缩短起动时间，提高生产效率，要求电动机有足够的起动转矩TSt。直流电动机在起动瞬间（n=0）的电磁转矩称为起动转矩

TStCTISt（Nm）

式中：ISt—为起动电流，即在起动瞬间的电枢电流。

要使起动转矩TSt足够大，就要求磁通和起动电流ISt也足够大。在起动开始瞬间，先将励磁绕组接上电源，并将其回路中的调节电阻全部切除或予以短路，使励磁电流尽可能大些，以保证起动时磁通为最大。

起动瞬间转速n=0，电枢电动势EaCen0，流过电枢的起动电流ISt即为堵转电流Ik

IStIkUNRa

由于电枢电阻Ra的数值很小，ISt的数值可能达到额定值的十多倍，这样大的电枢电流将会导致换向困难，换向器上将产生很大的火花。同时电动机将产生过大的转矩和很高的加速度，使传动机构与生产机械受到很大的冲击力，可能损坏设备。此外这样大的起动电流还会引起很大的线路压降，使电网电压不稳定，因而起动电流不允许过大。为了获得足够大的起动转矩，同时又限制起动电流在一

定的范围内，需要在电枢电路中串入适当阻值的起动电阻Rst，使起动电流

IStUNRaRSt限制在（1.5~2）

IN。

n直流电动机的调速方法由式

UIaRaCe可看出，其基本方法有三种：改变电枢电路的串联电阻、

减弱磁通与降低供电电压。前两种是改变电动机回路参数的方法，后一种则是改变电源供电条件的方法。

电动机的转向决定于电磁转矩的方向，而电磁转矩则由磁通和电枢电流互相作用产生的。由式

TCTIa可知，若要改变电磁转矩的方向，只要改变磁通或电枢电流的方向即可。如果同时改变磁

通和电枢电流的方向，则电磁转矩的方向仍然不变。因此，改变直流电动机的旋转方向有两种方法：一是保持电动机电枢两端电压的极性不变，将励磁绕组反接，使励磁电流反向，从而改变磁通的方向；另一是保持励磁绕组两端的电压极性不变，将电枢绕组反接，使电枢电流改变方向。

五、 实验方法

1．了解实验室基本状况

（1）听取指导教师讲解电机实验的基本要求、实验规则及安全措施。 （2）熟悉实验室电源、开关及设备等的容量及布置。

2．直流电机运行前的一般性检查

（1）用手转动直流电动机转轴，电机转动是否灵活，电机内有无摩擦和撞击声响。

（2）观察电机换向器表面，表面是否清洁光滑，换向片之间沟槽内的云母绝缘有无凸出现象。 （3）观察电刷装置的结构，电刷在刷握中不应太紧，弹簧压力应适当、电刷应与换向器表面保持良好的接触。

（4）选用合适的摇表（兆欧表）测出电机每个绕组对外壳的绝缘电阻以及各绕组间的绝缘电阻，并记入表2-1-1中。常温下绕组应具有的绝缘电阻值没有具体的规定，但对额定电压在500V以下的电机，一般不应低于0.5M。在工作温度下的绝缘电阻值RS，可参照下列经验公式考虑

RSUN1000PN100 （M）

（5）利用伏-安法(参照图2-1-1)测出电机电枢绕组的电阻。实验时直流电源电压应保持稳定，调节电阻RC使电枢电流不大于额定电流的20，以免电机因存在剩磁而转动。测出电枢两端电压Ua和

电枢电流Ia，计算出电枢电阻

RaUaIa

实验时，如果从电枢的接线端子上测量电压，则计算出的电阻包括电枢绕组电阻、换向器绕组电阻、其他串联绕组的电阻以及电刷与换向器之间的接触电阻。

为避免测量误差和电枢绕组不对称的影响，可以将电枢转到三个不同的位置，每个位置测量一次，将数据记入表2-1-2中，然后求取三次测量的算术平均值，并按下式求出折合到75C时的电阻值

R75CRa23575235（Ω）

式中：  ——室温，以C为单位。 Ra——室温下测得的电阻值。

图2-1-1 电机电枢绕组电阻的测试

表2-1-1 实验记录表

绕组名称 对地（外壳） 对电枢绕组 对励磁绕组

电枢绕组 励磁绕组

绝 缘 电 阻 值 /M

3．直流电机的接线 根据学校设备，本实验接线图可参考图2-1-2或图2-1-3。图中

Rf为励磁变阻器，RSt为起动变阻

器。接完线后，同组成员应相互检查，再经指导教师检查无误后，方可进行后续实验。

4．直流电机的起动、调速及转向的改变 （1）直流电动机起动前应将励磁变阻器

Rf置于阻值最小位置（磁场最强）

，以限制电动机起动后

的转速及获得较大的起动转矩；起动变阻器RSt置于阻值最大位置，以限制电动机起动时的起动电流。

（2）先接通励磁电源，然后接通电枢电源，缓慢减小起动变阻器RSt阻值，直至起动变阻器阻值为零，直流电动机起动完毕；观察并记下直流电动机的转向。

（3）用转速表正确测量直流电动机的转速。适当调节励磁变阻器化情况，但应注意电动机转速不能过高。

（4）先断开电枢电源，再断开励磁电源，待电动机完全停车后，分别改变直流电动机励磁绕组和电枢绕组的接法，再起动电动机，观察直流电动机的转向变化。

Rf的大小，观察电动机转速变

图2-1-2 电机的起动、运行接线 2-1-3 电机的起动、调速及转向接线

表2-1-2 实验记录 Ua= （V） θ= ℃

电枢位置 第一位置 电枢电流/A 电枢电阻/

第二位置 第三位置 计算值

六、 实验设备

根据实验线路及实验室设备条件，正确选用实验设备及仪器，并记入表2-1-3。

表2-1-3实验用设备及仪器

设 备（仪 器）名 称 直流电动机 直流电压表 直流电流表 起动变阻器 励磁变阻器 转速表 熔断器 开关 型 号 规 格 数 量

七、 数据处理 1．根据实验过程，整理实验步骤及方法。

2．正确抄录实验用电机和测量仪表的型号及技术数据。 3．正确抄录实验数据，并根据实验要求进行必要的计算。 4．分析讨论实验中碰到的疑难问题，完成实验思考题。

八、 思考分析

1．直流电动机起动时，为什么要接入起动变阻器？

2．直流电动机起动时，励磁回路中的励磁变阻器应调到什么位置？为什么？ 3．实验中，如果励磁回路断路，可能会产生什么后果？为什么？

实验考评 指导教师（签名）