1、電機與電力拖動基礎課程設計報告專業： 電氣工程及其自動化 班級： 姓名： 學號： 目錄第一章直流電動機的調速2一課題分析2二設計電路圖及分析3三.設備清單 6四.操作過程 6五.原始數據、現象記錄 7六.數據處理與故障分析 10第二章三相變壓器的參數測定 121 課題分析12二設計電路圖及分析15三.設備清單 16四.操作過程 16五.原始數據、現象記錄 17六.數據處理與故障分析 22第三章Matlab軟件仿真變壓器及電機 24一課題分析 25二.設計程序及分析 25三.仿真結果記錄及分析 30課程設計總結35第一章課程設計項目名稱： 直流電動機調速 同組人： 時間： 室溫： 15攝氏度 一

2、課題分析：通過本次的課程設計更進一步的掌握和了解異步電動機的調速方法。這次課程設計可以使我們在學校學的理論知識用到實踐中，使我們在學習中起到主導地位，是我們在實踐中掌握相關知識，能夠培養我們的職業技能，課程設計是以任務引領，以工作過程為導向，以活動為載體，給我們提供了一個真實的過程，通過設計和運行，反復調試、訓練、便于我們掌握規范系統的電機方面的知識，同時也提高了我們的動手能力。2. 設計電路圖及分析：直流電機是電機的主要類型之一。直流電動機以其良好的啟動性和調速性能著稱，直流發電機供電質量較好，常作為勵磁電源。與交流電機相比直流電機的結構較復雜，成本較高，可靠性較差，使它的應用受到限制。近年

3、來，與電力電子裝置結合而具有直流電機性能的電機不斷涌現，使直流電機有被取代的趨勢。盡管如此，直流電機仍有一定的理論意義和實用價值。直流電動機的勵磁方式不同會使直流電動機的運行性能產生很大差異。按照勵磁方式的不同，直流電動機可分為他勵、并勵、串勵、復勵電動機。直流電動機的機械特性是指電動機處于穩態運行時，電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系：。 電力拖動系統的調速可以采用機械調速、電氣調速或二者配合調速。通過改變傳動機構速比進行調速的方法稱為機械調速；通過改變電動機參數進行調速的方法稱為電氣調速。改變電動機的參數就是人為地改變電動機的機械特性，使工作點發生變化，轉速發生變化。調速前后，電動機工作在不

4、同的機械特性上，如果機械特性不變，因負載變化而引起轉速的變化，則不能稱為調速。當電磁轉矩與轉速的方向相同時，電機運行于電動機狀態，當電磁轉矩與轉速方向相反時，電機運行于制動狀態圖1-1 他勵直流電動機機械特性測定的實驗接線圖1.直流電動機經常使用的起動方法有下面兩種1）電樞回路串電阻起動 為了限制起動電流，起動時可在電樞回路串入起動電阻RST,待電動機轉速上升后逐步將起動電阻切除。接人起動電阻后的起動電流為 2）減壓起動 減壓起動時，開始加在電動機電樞的端電壓很低，隨著轉速的上升，逐步增大電樞電壓，并使電樞電流限制在一定的范圍內。為使勵磁不受電樞電壓的影響，電動機應采用他勵方式。2.他勵直流電

5、動機的調速 同交流異步電動機相比，他勵直流電動機在調速方面有其獨到的優點。從直流電動機的轉速特性可知，他勵直流電動機可通過三種方式對電動機的速度進行凋節 1）調節電樞電壓調速當保持他勵直流電動機磁通為額定值和電樞回路電阻不變時，降低電樞電壓，可以調常電動機的轉速， 由并勵直流電動機的機械特性為圖1-2調節電樞電壓調速特性曲線2）調節串入電樞回路電阻調速 在電樞回路串八電阻R從串八電阻后并勵直流電動機的機械特性可知，機械特性的斜率將隨之增大，即不變，改變的只是n所以它和負載特性的交點隨著R的變大而逐步下移。如圖1-3所示圖1-3電阻調速特性曲線 3） 調節勵磁電流調速這種調速方法所用設備簡單調節

6、也很方便，且效率較高。缺點是隨著電動機轉速的增高，電樞電流隨之升高，電動機的溫升升高，換向條件變壞，轉速過高，還會出現不穩定的現象。三.設備清單：序號型 號名 稱數 量1DD03-4渦流測功機導軌1臺2D55-4渦流測功機控制箱1件3DJ15直流他勵電動機1臺4D31直流數字電壓、毫安、安培表1件5D41可調電阻器1件6D42可調電阻器1件7D51波形測試及開關板1件四.操作過程: 1. 檢查按原理圖的接線是否正確，電表的極性、量程選擇是否正確，電動機勵磁回路接線是否牢靠。 2. 將電動機電樞串聯起動電阻R1、測功機MG的負載電阻R2、及MG的磁場回路電阻Rf2調到阻值最大位置，M的磁場調節電

7、阻Rf1調到最小位置，斷開開關S，并斷開控制屏下方右邊的電樞電源開關，并將控制屏上電樞電源電壓調節旋鈕調至最小，作好起動準備。3.開啟控制屏上的電源總開關，按下其上方的“開”按鈕，接通其下方左邊的勵磁電源開關，觀察M及MG的勵磁電流值，調節Rf2使If2（電流表A2）于校正值（100mA）并保持不變，再接通控制屏右下方的電樞電源開關，調節控制屏上電樞電源電壓調節旋鈕，使電動機M起動。4.M起動后觀察轉速表指針偏轉方向，應為正值。（若不正確，先關斷電樞電源開關，再關斷勵磁電源開關，用勵磁電源極性對調來糾正轉向，重復步驟（1）（2），使電動機M起動。）電動機M起動后，調節控制屏上電樞電源電壓為22

8、0伏。減小起動電阻R1阻值，直至短接。5.合上校正直流測功機MG的負載開關S，調節R2阻值，記錄電樞電流I（電流表A3）不同值時，使MG的負載電流IF（電流表A4）改變值，即直流電動機M的輸出轉矩T2改變值（按不同的IF值，查對應于If2=100mA時的校正曲線T2=f(IF)，可得到M不同的輸出轉矩T2值）。將測得數據記錄到表1-1中。五.原始數據、現象記錄（包括各種圖表）圖1-4直流電動機起動與調速設計實物接線圖圖1-5 直流并勵電動機名牌圖1-6 校正直流測功機名牌表1-1.通過改變電樞電阻調速Ra7290108126144162180n1399137713541333131713011

9、287表1-2. 通過改變勵磁電流調速If10610510310199969390n12881296130113071313132213321347 表1-3. 通過改變電樞電壓調速Ua486888123137150167186n1963244506837778639711101六.數據處理與故障分析：（1）起動電阻的計算由電動機銘牌可知，。由公式，可得。,有公式，可得（2）力矩的計算（3）實現電動機的正反轉 解：（1）將勵磁繞組接到電源去的兩根導線對調位置，也就是改變勵磁電壓的極性。（2）將電樞繞組接到電源去的兩根導線對調位置，也就是改變電樞電壓的極性。2、如何實現發電機的極性改變？答：改變

10、發電機勵磁電壓的極性。3、直流電動機能否直接啟動，為什么？答：不能，他勵電動機在起動瞬間，n=0，電動勢E=0，起動電流在額定電壓直接起動時，由于 很小， 很大，一般可達電樞電流額定值的1020倍。這樣大的電流是換向所不允許的。同時起動轉矩也能達到額定轉矩的1020倍。過大的起動轉矩會使電動機和它所拖動的生產機械遭受突然的巨大沖擊，以致損壞傳動機構（如齒輪）和生產機械。由此可見，除了額定功率在數百瓦以下的微型直流電動機，因電樞繞組導線細、電樞電阻 大、轉動慣量又比較小、可以直接起動外，一般的直流電動機是不允許采用直接起動的。（4）直流電動機啟動的方法 解：（1）降低電樞電壓起動，起動時，加上勵

11、磁電壓 ，保持勵磁電流 為額定值不變，電樞電壓 從零逐漸升高到額定值。（2）增加電樞電阻起動，一般包括有級起動和無級起動兩種。（5）調速方法的分析（1）改變電樞電阻調速調速方向是往下調。調速的平滑性取決于調速變阻器的調節方式。調速的穩定性差。調速的經濟性差。調節范圍不大。調速時的允許負載為恒轉矩負載。（2）改變電樞電壓調速調速方向是往下調。調速的平滑性好。調速的穩定性較好。調速的經濟性差。調節范圍大。調速時的允許負載為恒轉矩負載。（3）改變勵磁電流調速調速方向是往上調。調速的平滑性好。調速的穩定性好。調速的經濟性較好。調節范圍不大。調速時的允許負載為恒功率負載?？傊@種調速方法缺點甚多，所以

12、只適用于調速范圍不大，時間不長的小容量電動機中。第二章課程設計項目名稱： 三相變壓器的參數測定 同組人： 時間： 一.課題分析：變壓器是用來變換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。變壓器的工作原理是建立在電磁感應原理基礎之上的。變壓器鐵芯內產生的總磁通分為兩個部分，其中主磁通是以閉合鐵心為路徑，它同時匝鏈原、副繞組，分別感應電勢，磁通是變壓器傳遞能量的主要因素。還有另一部分磁通通過非磁性物質而形成閉合回路，變壓器負載運行時，原、副方都存在這部分磁通，分別用和表示。而變壓器空載運行時僅原方有，這部分磁通屬于非工作磁通，其量值約占總磁通的，故把這部分磁通稱為漏磁通。漏磁通和分別單獨匝鏈變壓

13、器的原繞組和副繞組，并在其中感應電勢和。實際變壓器中既有磁路問題又有電路問題，這樣將會給變壓器的分析、計算帶來困難。為此，對變壓器的電壓、電流和電勢的關系進行等值變換（即折算），可將同時具有電路和磁路的問題等值簡化為單一的電路問題，以便于計算。圖為雙繞組變壓器的“型”等值電路。變壓器的參數即為圖中的等。因此，等值電路中所有參數包括各電壓、電流、電勢的值均為單相數值。變壓器歸算的基本方程式為： 式中 圖2.1變壓器的T型等值電路分析變壓器性能的方法通常使用等效電路、方程式和相量圖。一般若作定性分析，用相量圖較方便；若作定量計算，則用等值電路較方便，故通常就是利用等效電路來求取變壓器在不同負載時的

14、效率、功率因數等指標的。要得到變壓器的等效電路，一般是通過變壓器的空載實驗和負載損耗實驗（也叫短路實驗），再經計算而得出其參數的。由變壓器空載實驗，可以測出變壓器的空載電流和鐵心損耗，以及變壓器的變比，再通過計算得到變壓器勵磁阻抗?？蛰d時變壓器的損耗主要由兩部分組成，一部分是因為磁通交變而在鐵心中產生的鐵耗，另一部分是空載電流在原繞組中產生的銅耗。由于空載電流數值很小，此時銅耗便可以略去，而決定鐵耗大小的電壓可達到正常值，故近似認為空載損耗就是變壓器的鐵耗。空載實驗為考慮安全起見，一般都在低壓側進行，若要得到折算到高壓側的值，還需乘以變比平方。由變壓器負載損耗實驗可以測出變壓器阻抗電壓、短路電

15、流和變壓器銅損耗。再通過一些簡單計算可求出變壓器一次和二次側繞組的電阻和漏電抗。負載損耗實驗時的損耗也由兩部分組成，一部分是短路電流在一次和二次側繞組中產生的銅耗，另一部分是磁通交變而產生的鐵耗。由于短路實驗所加電壓很低，因此這時鐵心中磁通密度很低，故鐵心損耗可以略去，而決定銅耗大小的電流可達正常值，所以近似認為負載損耗就是變壓器銅耗。電力供電系統為三相電，所以我們多用的是三相變壓器，三相變壓器銘牌上的額定電壓、和額定電流、分別指線電壓和線電流的數值，所以三相雙繞組變壓器的額定容量為。二.設計電路圖及分析分析：三相變壓器空載試驗和短路試驗測得的電壓為線電壓，電流為線電流，功率為三相功率。在利用

16、計算參數時，公式中的電壓和電流應為相電壓和相電流，功率應為每相功率。圖2.2三相變壓器空載實驗接線圖圖2.3 三相變壓器短路實驗接線圖三.設備清單：表2-1設備清單序號型 號名 稱數 量1D33數/模交流電壓表1件2D32數/模交流電流表1件3D34-3智能型功率、功率因數表1件4DJ12三相心式變壓器1件5D42三相可調電阻器1件6D51波形測試及開關板1件四.操作過程:1、空載試驗（1）按圖2.1接線（高壓側開路）（2）接線無誤后，調壓器輸出調零，閉合開關，調節調壓器使輸出電壓為低壓側額定電壓,記錄于表2-1中。（3）逐次改變電壓，在19.938.16V的范圍內測量三相空載電壓電流功率，共

17、測8組數據記錄于表2-1中。2、短路試驗（1）變壓器低壓側用較粗導線短路，高壓側通過以低電壓。（2）接線無誤后，將調壓器輸出端可靠地調至零電位，合上開關，監視電流表指示，微微增加調壓器輸出電壓，使電流達到高壓側額定值 。（3）緩慢調節調壓器輸出電壓，使短路電流在0.20.44A的范圍內，測量三相輸入電流，三相 功率和三相電壓，記錄7組數據，記于表2-2中。五.原始數據、現象記錄（包括各種圖表）表2-2空載試驗參數表參數序號137.936370.0360.0360.036-0.11.3370.0361.20.52235.233.534.50.0320.0320.032-0.11.134.40.0

18、321.00.52334.532.933.90.0320.0320.03201.133.80.0321.10.59430.128.529.90.0260.0260.02600.929.50.0260.90.68527.726.5270.0240.0240.02400.7270.0240.70.626201919.50.0170.0170.01700.519.50.0170.50.87718.517.5180.0160.0160.01600.3180.0160.30.6816.516.3160.0140.0140.01400.316.30.0140.30.76表2-3短路試驗參數表參數序號IAI

19、BICP2P110.440.440.4420.41919.5-7.7-1.3-9.019.60.440.60320.3760.3760.37617.41616.5-5.7-0.9-6.616.60.3760.61130.3360.3360.33615.61414.5-4.3-0.7-5.014.70.3360.58440.2960.2960.29613.712.913-3.3-0.6-3.913.20.2960.57650.2910.2910.29113.612.112.5-3.1-0.6-3.712.70.2910.57860.2580.2580.25811.810.511-2.3-0.4-

20、2.711.10.2580.54470.2430.2430.24311.29.810.3-2.0-0.4-2.410.40.2430.548圖2.4空載特性曲線U0L =f(I0L)圖2.5空載特性曲線P0=f(U0L)圖2.6空載特性曲線cos0=f(U0L)圖2.7短路特性曲線 UKL=f(IKL)圖2.8短路特性曲線PK=f(IKL)圖2.9短路特性曲線cosK=f(IKL)圖2.10三相變壓器空載實驗接線圖圖2.11三相變壓器短路實驗接線圖六.數據處理與故障分析：（1）三相變壓器功率的分配解：（1）變壓器由電源輸入的有功功率：；（2）變壓器輸出的有功功率：。（2）三相變壓器的損耗分配解

21、：（1）總損耗：；（2）銅損耗：；（3）鐵損耗：。(3)的最大值解：當銅損等于鐵損時最高。(4)計算短路參數；空載參數解：a 空載試驗鐵損耗：從空載特性曲線查出對應于U0L=UN時 I0L =0.03A P0 =1.1W勵磁阻抗模：勵磁電阻：勵磁電抗：電壓比：若要將、和折算至高壓側，折算至高壓側的參數= 折算至低壓側的參數則；b 短路試驗銅損耗：從短路特性曲線查出對應于IKL=IN時的UKL =18V PK=7W短路阻抗模：短路電阻：短路電抗：折算至時的值：銅線：繞線電抗與溫度無關：時的短路阻抗值：若要將、和折算至高壓側，則折算至低壓側的參數= 折算至高壓側的參數第三章課程設計項目名稱: 利用

22、MATLAB軟件完成變壓器及電機仿真 同組人： 時間： 一.課題分析：（包括軟件介紹）Matlab是一個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數、數據結構、輸入和輸出和面向對象編程特點。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序（M文件）后再一起運行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C+語言基礎上的，因此語法特征與C+語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。二.設計程序及分析

23、(1)變壓器空載運行仿真設計；圖3.1變壓器空載原理圖(2)他勵直流電動機的轉矩特性仿真設計；% 直流電動機轉矩特性分析% 將該函數定義為dc_mo_tor(dc_motor_torque)%-% 下面輸入電機基本數據：Cm=10;Ra=1.8;k=.1;k1=.2;% 下面輸入750轉分鐘時的空載特性試驗數據(Ifdata是勵磁電流,Eadata是感應電勢)： Ia=0:.01:15; %-% 計算他勵電動機外特性Temt=Cm*k*Ia;plot(Ia,Temt,r)xlabel(IaA)ylabel(TemN.M)%-(3)并勵直流電動機的機械特性仿真設計；% 直流電動機機械特性分析%

24、將該函數定義為dc_mo_mec(dc_motor_mech)%-% 下面輸入電機基本數據：U=220;Ra=0.17;p=2;N=398;a=1;psi=0.0103;Cpsi=0.0013;% 下面輸入電磁轉矩的變化范圍： Te=0:.01:5; %-% 計算并勵電動機機械特性：Ce=p*N/60/a;Cm=p*N/2/pi/a;n=U/Ce/psi-Ra*Te/Ce/Cm/psi2;subplot(2,1,1) plot(Te,n,k) hold on xlabel(Te) ylabel(n) %-(4)三相異步電動機轉子串電阻啟動仿真設計；圖3.2三相異步電動機轉子串電阻啟動仿真設計圖

25、(5) 三相異步電動機的機械特性仿真設計程序代碼；% 三相異步電動機的機械特性%定義為inductor_motor(xiugai)clcclear% 下面輸入電動機參數U1=220/sqrt(3);Nphase=3;P=2;fN=50;R1=0.095;X1=0.680;X2=0.672;Xm=18.7;%下面計算電機同步速度omegas=2*pi*fN/P;nS=60*fN/P;%下面是轉子電阻的循環數值for m=1:5 if m=1 R2=0.1; elseif m=2 R2=0.2; elseif m=3 R2=0.5; elseif m=4 R2=1.0; else R2=1.5; end%下面是轉差率計算for n=1:2000 s(n)=n/2000;Tmech=Nphase*P*U1*2*R2/s(n)/omegas/(R1+R2/s(n)2+(X1+