#set text(lang: "zh", font: "Noto Serif CJK SC")
#show "。": "．"

= 实验一

= 实验（1）：他励直流电动机的工作及机械特性

== 1、测量他励直流电动机的固有工作特性（转速调整特性、转矩特性和效率特性）

取 $I_"an" = 0.4 A.$

#figure(
  caption: "他励直流电动机的转速调整特性和转矩特性",
  table(
    columns: (auto, 9.84%, 9.84%, 9.84%, 9.84%, 9.84%, 9.84%, auto, 9.84%),
    align: (auto, auto, auto, auto, auto, auto, auto, auto, auto),
    table.header([], [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]),
    [$I_a (A)$], [0.12], [0.20], [0.28], [0.32], [0.36], [0.40], [0.44], [0.48],
    [$n ("r/min")$], [0.501], [0.783], [1.024], [1.134], [1.238], [1.339], [1.459], [1.583],
    [$T (N dot.op M)$], [1718], [1701], [1688], [1678], [1672], [1665], [1658], [1650],
  ),
)

// $ P_1 = U I = U_"dn" I_"an" = 220 times 0.4 = 88 "W" $
// $ P_N = T_N Omega = (2 n_N pi T_N) / 60 = 0.105 n_N T_N. = 0.105 times 1.339 times 1665 = 234.1 "W". $
// $ eta = P_N / P_1 = 

// $n_N = 1.339 "r/min", T = 1665 upright("N") dot.op upright("m"),$ 则

// $ P_N = T_N Omega = (2 n_N pi T_N) / 60 = 0.105 n_N T_N. $


// 又 $ P_N = U_"dn" I_"an" = 220 times 0.4 = 88 "W",$

// 故 $ T_N = P_N / (0.105 n_N) = 88 / (0.105 times 1.339) = 625.9 upright("N") dot.op upright("m"). $

// $ eta = P_2 / P_1 = (0.105 n C_T Phi I_a) / (U I) = 0.105 n C_T Phi.
//  $

// $ P_N = 0.105 n T_N = 0.105 $

== 2、他励直流电动机的机械特性

调节电枢回路电阻W1使电机转速降低至 1200 r/min。取 $I_"an" = 0.2 A.$

#figure(
  caption: [机械特性表格 $n = f (T)$],
  align(center)[#table(
      columns: 6,
      align: (auto, auto, auto, auto, auto, auto),
      table.header([], [1], [2], [3], [4], [5]),
      table.hline(),
      [$T (N dot.op M)$], [0.410], [0.647], [0.783], [0.916], [1.162],
      [$n ("r/m i n")$], [1508], [1373], [1284], [1194], [1059],
    )],
)

#figure(image("dist/1.svg"))

根据两表数据在同一个坐标中绘制他励直流电动机的固有特性、工作特性和机械特性，分析、比较并得出各自的特点。

- 固有特性：电磁转矩越大，转速越低，是一条下斜直线
- 机械特性：$n_0$ 不变

== 思考题

+ 额定励磁的条件下，增大电枢端电压起动直流电动机，为何必须缓慢增大？否则有什么后果？

  电机启动时，若直接施加额定电压，电枢回路中的电阻和电感会产生过大的启动电流，这可能损坏电机或导致过热。

+ 通过改变电动机励磁或端电压极性以改变电动机旋转方向，为何必须先停机，再换接端子极性？可否正常运转姿态下直接通过刀开关或接线端子直接改变旋转方向？为什么？

  正常运转姿态下直接换向，转子冲击强烈，易损坏传动零件。

+ 直流电动机励磁回路断线后，会产生什么后果？
  - 由于励磁磁通减小，电枢电流会大幅度上升，可能导致电机烧毁。
  - 电机转速可能急剧升高或下降，导致换向不良，损坏转子。

= 实验（2）：直流电动机启动和调速实验

#figure(
  caption: "直流电动机电气数据表（额定值）",
  table(
    columns: (auto, auto, auto, auto, auto, auto, auto, auto),
    table.header([], "型号", [功率 (W)], [电压 (V)], [电流 (A)], [转速 (rpm)], [励磁电压], [励磁电流]),
    [直流电动机], [], [1'], [220], [1.25], [1500], [220], [],
  ),
)

#figure(
  caption: "他励直流电动机改变电枢电压调速实验（恒转矩负载）",
  table(
    columns: 8,
    table.header([序号], [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]),
    [$U_a$ (V)], [100], [120], [140], [160], [180], [200], [220],
    [$n$ (r/min)], [388], [536], [687], [836], [977], [1133], [1280],
    [$I_a$ (A)], [0.052], [0.053], [0.055], [0.056], [0.059], [0.061], [0.063],
  ),
)

#figure(
  caption: "他励直流电动机改变励磁电流调速（恒功率负载）",
  table(
    columns: 8,
    table.header([序号], [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]),
    [$U_a$ (V)], [200], [180], [160], [140], [120], [150], [170],
    [$n$ (r/min)], [1330], [1377], [1440], [1509], [1594], [1505], [1436],
    [$I_a$ (A)], [0.081], [0.086], [0.088], [0.091], [0.093], [0.094], [0.092],
  ),
)

== 思考题

+ 说明电动机起动时，起动电阻W1和磁场调节电阻W2应调到什么位置？为什么？

  电动机起动时，起动电阻W1应调到最大位置，磁场调节电阻W2应调到最小位置，使励磁电流最大。

+ 在电动机轻载及额定负载时，增大电枢回路的调节电阻，电机的转速如何变化？增大励磁回路的调节电阻，转速又如何变化？

  轻载及额定负载时增大电枢回路的调节电阻，电机的转速会降低；增大励磁回路的调节电阻，转速会增加。

+ 用什么方法可以改变直流电动机的转向？
  + 反接电枢两端的电压
  + 改变调整励磁绕组的极性
+ 为什么要求直流他励电动机磁场回路的接线要牢靠？起动时电枢回路必须串联起动变阻器？

  - 一旦磁场小于最低允许值。电机的速度将超过最大允许值，可能损坏电机。
  - 电机起动时，电枢回路串联起动变阻器，可以减小启动电流，减小电机损坏的可能性。

+ 直流电动机在基速以下采用改变电枢端电压调速，称作“恒转矩调速方法”，在基速以上采用弱磁调速，称作“恒功率调速方法”，为什么？

  直流电动机在基速以下采用改变电枢端电压调速，因为此时磁通量保持不变，转矩与电流成正比，实现恒转矩输出；而在基速以上采用弱磁调速，因为此时电枢电压已达额定值，只能通过降低磁通来提高转速，而功率保持不变，实现恒功率输出。
