一.實驗目的
1.掌握用實驗方法測取直流並勵電動機的工作特性和機械特性。
2.掌握直流並勵電動機的調速方法。
二.預習要點
1.什麼是直流電動機的工作特性和機械特性？
答：工作特性：當u = un， rf + rf = c時，η, n ,t分別隨p2 變；
機械特性：當u = un， rf + rf = c時， n 隨 t 變；
2.直流電動機調速原理是什麼？
答：由n=(u-ir)/ceφ可知，轉速n和u、i有關，並且可控量只有這兩個，我們可以通過調節這兩個量來改變轉速。即通過人為改變電動機的機械特性而使電動機與負載兩條特性的交點隨之改變，從而達到調速的目的。
三.實驗專案
1.工作特性和機械特性
保持u=un 和if =ifn 不變，測取n=f(ia)及n=f(t2)。
2.調速特性
(1)改變電樞電壓調速
保持u=un 、if=ifn =常數，t2 =常數，測取n=f(ua)。
(2)改變勵磁電流調速
保持u=un，t2 =常數，r1 =0，測取n=f(if)。
(3)觀察能耗制動過程
四．實驗裝置及儀器
1．mel-i系列電機教學實驗臺的主控制屏。
2．電機導軌及渦流測功機、轉矩轉速測量（mel-13）、編碼器、轉速表。
3．可調直流穩壓電源（含直流電壓、電流、毫安表）
4．直流電壓、毫安、安培表（mel-06）。
5．直流並勵電動機。
6．波形測試及開關板（mel-05）。
7．三相可調電阻900ω（mel-03）。
五．實驗方法
1． 並勵電動機的工作特性和機械特性。
（1）實驗線路如圖1-6所示
u1：可調直流穩壓電源
r1、rf：電樞調節電阻和磁場調節電阻，位於mel-09。
ma、a、v2：直流毫安、電流、電壓表（mel-06）
g：渦流測功機
is：渦流測功機勵磁電流調節，位於mel-13。
（2）測取電動機電樞電流ia、轉速n和轉矩t2，共取資料7-8組填入表1-8中
表1-8u=un=220v if=ifn=0.0748a ka= ω
2． 調速特性
（1）改變電樞端電壓的調速
表1-9if=ifn= 0.0748 a,t2=0.60
（2）改變勵磁電流的調速
表1-10u=un=220v，t2=
(3)能耗制動
按圖1一7接線
u1：可調直流穩壓電源
r1、rf：直流電機電樞調節電阻和磁場調節電阻（mel-09）
rl：採用mel-03中兩隻900ω電阻併聯。
s：雙刀雙擲開關（mel-05）
六．注意事項
1．直流電動機起動前, 測功機載入旋鈕調至零. 實驗做完也要將測功機負載鈕調到零，否則電機起動時，測功機會受到衝擊。
2．負載轉矩表和轉速表調零.如有零誤差，在實驗過程中要除去零誤差。
3．為安全起動, 將電樞迴路電阻調至最大, 勵磁迴路電阻調至最小。
4．轉矩表反應速度緩慢，在實驗過程中調節負載要慢。
5．實驗過程中按照實驗要求, 隨時調節電阻, 使有關的物理量保持常量, 保證實驗資料的正確性。
七．實驗資料及分析
1.由表1-8計算出 p2和η，並繪出n、t2、η=f(ia)及n=f(t2)的特性曲線。
電動機輸出功率
p2=0.105nt2
式中輸出轉矩t2 的單位為n·m，轉速n的單位為r／min。
電動機輸入功率：p1=ui
電動機效率
η=×100％
電動機輸入電流：i =ia +ifn
由工作特性求出轉速變化率：
δn=×100％
解：對第一組資料，有：p2=0.105×1600×1.18=198.24w
i =ia +ifn =1.1+0.0748a=1.1748a
p1=220×1.1748=258.46w
η= p2/ p1×100％=198.24/258.46=77％
δn=（1600-1600）/1600 ×100％=0.00％
同理可得其他資料，見表1-8。
轉速n的特性曲線如下：
轉矩t2的特性曲線如下：
η=f(ia)的特性曲線如下：
n=f(t2)的特性曲線如下：
並勵電動機調速特性曲線n=f(ua)如下：
並勵電動機調速特性曲線n=f(if)如下：
2.繪出並勵電動機調速特性曲線n=f(ua)和n=f(if)。分析在恆轉矩負載時兩種調速的電樞電流變化規律以及兩種調速方法的優缺點。
解：在恆轉矩負載時兩種調速的電樞電流變化規律以及兩種調速方法的優缺點為：
調壓調速是在基速以下調節轉速的方法，電壓越小，轉速越小。調壓調速的優點：（1）可實現無級調速；（2）相對穩定性較好；（3）調速範圍較寬，d可達10-20；（4）調速經濟性較好。
調壓調速的缺點：需要一套可控的直流電源。
弱磁調速是在基速以上調節轉速的方法，勵磁電流減小，磁通變小，轉速公升高。弱磁調速的優點：（1）控制方便，能量損耗小；（2）可實現無級調速。
弱磁調速的缺點：由於受電動機機械強度和換向火花的限制，轉速不能太高，調速範圍窄，一般要與調壓調速配合使用。
3．能耗制動時間與制動電阻rl的阻值有什麼關係？為什麼？該制動方法有什麼缺點？
能耗制動時間與制動電阻rl的阻值的大小有關，制動電阻越大，制動過程的時間越長；反之制動時間越短。這是因為在能耗制動過程中，制動時間主要取決於tmn，tmn與制動電阻成正比，所以制動電阻越大，制動過程的時間越長。採用能耗制動方法停車的缺點在於在制動過程中，隨著轉速的下降，制動轉矩隨著減小，制動效果變差。
八．問題討論
1.並勵電動機的速率特性n=f(ia)為什麼是略微下降？是否會出現上翹現象？為什麼？上翹的速率特性對電動機執行有何影響？
答：根據並勵電動機的速率特性公式，若忽略電樞反應 ，當電樞迴路電流增加時，轉速下降；若考慮電樞反應的去磁效應，磁通下降可能引起轉速的上公升，即出現上翹現象。這樣的變化與電樞迴路電流增大引起的轉速降相抵消，對電動機的影響是使電動機的轉速變化很小。
2.當電動機的負載轉矩和勵磁電流不變時，減小電樞端壓，為什麼會引起電動機轉速降低？
答：由直流電動機機械特性的表示式可知，轉速與電樞電壓成正比、與磁通量成反比，所以降低電壓時轉速下降。
3.當電動機的負載轉矩和電樞端電壓不變時，減小勵磁電流會引起轉速的公升高，為什麼？
答：由於磁通與勵磁電流在額定磁通以下時基本成正比，所以勵磁電流減小時，主磁通也隨著減小。由機械特性的表示式可知，當磁通減小時，轉速公升高。
4.並勵電動機在負載執行中，當磁場迴路斷線時是否一定會出現「飛速」？為什麼？
答：不一定。這是因為當電動機負載較輕時，電動機的轉速將迅速上公升，造成「飛車」；但若電動機的負載為過載時，則電動機的電磁轉矩將小於負載轉矩，使電動機轉速減小，但電樞電流將飛速增大，超過電動機允許的最大電流值，燒毀電樞繞組。
九、實驗體會
通過這次實驗，我們基本掌握了用實驗的方法測取直流並勵電動機的工作特性和機械特性，知道直流電動機的調速原理並掌握了直流並勵電動機的調速方法。使我們更進一步認識了直流電動機。
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