电机学课程设计.docx

2011/2/16 电机学课程设计 u200811822 李志强 目录一设计内容3二详细设计42.1 分析题目背景和求作曲线思路4 2.2编写Matlab程序作V形图6三关于V形曲线的讨论8 3.1 V形曲线的特点8 3.2 V形曲线稳态运行极限8四心得体会9五参考文献10电机学课程设计一 设计内容以电机学课本第六章课后习题第6.67题（第二版）作为背景（即计算时用题给参数），作V型曲线。的一条曲线每人必做，然后在范围内选择三个值，再作三条曲线。每条曲线上至少要有7个点（cos =1的一点必须有，然后在欠励、过励两种情况下各选3个点）习题的参数是：Pn=50000Kw，Un=13800V， 电机参数Ra=0,Xd*=1.15, Xq*=0.7,假定空载特性为一直线。要求： 1. cos =1的点要给出计算过程；2.欠励和过励情况下也各至少给出一个点的计算过程；二详细设计2.1 分析题目背景和求做曲线的思路了解V形曲线的定义： 当同步电机并入大电网后，由于输出端电压为大电网的电压。所以当发电机带感性负载时，电枢反应具有去磁作用，这时为了维持输出端电压恒定，就必须增大励磁电流，以补偿电枢反应的影响。现在以凸极电机（为了和题目背景一样）展开讨论：假设不计饱和影响，电机电磁功率Pem和输出功率P2均为恒定，端电压U保持不变。则有：Pem=mE0Uxdsin+mU22(1Xq-1Xd)sin2=常数P2=mUIcos=常数即 E0xdsin+U2(1Xq-1Xd)sin2=Icos=常数则由此可以分析励磁电流If变化对电枢电流I的影响。端电压和电磁功率恒定时的同步发电机向量图： 由向量图可知同步电机并入大电网的无功功率调节依赖于励磁电流的变化。 当励磁电流I较大时，E01较高，定子电流I1滞后于端电压U，此时电机输出 滞后无功功率，同步发电机处于过励状态；当逐步减小励磁电流If，E0随 之减小，至E02时，I2与U同向，cos=1，定子电流最小，这时为正常励磁；在减小If，定子电流I又开始增大，并超前电压U，如图E03和I3所示，发电机开始向电网输出超前的无功功率，这时发电机处于欠励状态，继续增大If,定子电流更大，当E0=E04时，=90，发电机达到稳定运行极限。（关于稳定运行极限问题待会详细讨论） 由以上分析可知，在原动机输入功率不变，即发动机输出功率P2恒定时，改变励磁电流将引起电机定子电流大小和相位的变化，励磁电流为正常励磁值时，定子电流值I最小；偏离此点时，电子电流是增大还是减小励磁电流，定子电流都会增加，定子电流I与励磁电流If的这种内在联系可以通过实验测定，也可以通过已知电机参数推导，所得关系曲线形似字母V，故称之为V形曲线。对于每一个恒定的有功功率P2,都可以测定一条V形曲线，功率值越大，曲线位置越往上移，每条曲线的最低点对应于cos=1，电枢电流最小，同步发电机输出全为有功分量，励磁电流为正常时，将各条曲线最低点连接起来就得到一条cos=1的曲线，在这条曲线的右方，发电机处于过励状态，功率因数是滞后的，发电机向电网输出滞后无功功率；而在这条曲线的左侧，发电机处于欠励状态，功率因数是超前的，发电机从电网吸收滞后无功功率。题目给定的背景就是这样一个同步电机并入大电网的情形。题目给定电机的参数Ra=0,Xd*=1.15, Xq*=0.7，以及运行时的额定参数Pn=50000Kw，Un=13800V，要求做4条V形曲线。即P2取四个不同值的情况下的曲线I=f(If)。计算过程如下：i. 当P20时， U*=1， P2*=3U*I*cos ， I*=P2*3U*cos； 由向量图几何关系可知：内功率因数角=tan-1U*sin+I*XqU*cos； 则功角=-； E0*=U*cos+I*Xdsin 又由题意：假定空载特性为一直线，则由空载曲线可知 If*=IfIfN=E0E0N=E0*，V形曲线I=f(If)可以转化为I*=f(E0*)。取 P2=0.2,0.5,0.8三个值计算。P2=0.2时， 取fi=-pi/6（超前）得I=0.1329，If=0.9322取fi=pi/6（滞后）得I=0.1329，If=1.0837取fi=0得I=0.1155，If=1.0064P2=0.5时， 取fi=-pi/6（超前）得I=0.3323，If=0.8642取fi=pi/6（滞后）得I=0.3323，If=1.229取fi=0得I=0.2887，If=1.0495P2=0.8时， 取fi=-pi/6（超前）得I=0.5317，If=0.8438取fi=pi/6（滞后）得I=0.5317，If=1.397取fi=0得I=0.4619，If=1.1149ii. P2=0时，此时cos=0，所以由向量图可得I=E0-U*Xd，取If=0.5293由以上计算过程得I=0.4093，取If=1.725由以上计算过程得I=0.6307，取If=1由以上计算过程得I=0，2.2 编写Matlab程序画出V形曲线运行M文件程序，得到P2=0.2，0.5,0.8和0四条V形曲线 在V形图中标出计算的点： 三. 关于V形曲线的讨论3.1 V形曲线的特点观察V形曲线可以看出：V形曲线是一簇对称的曲线，其对称轴为直线If=常数（此点为cos=0的点），每条曲线由一个最低点（cos=0），曲线对称轴的左边表示的是发电机运行于欠励状态的情况，曲线对称轴的右边表示的是发电机运行于过励状态的情况，对称轴经过的这一点为正常运行情况。在曲线的左边有一个发电机稳定运行极限， V形曲线右半部分相对密集，其主要原因是因为画出的V形曲线是在没有考虑磁路饱和的理想情况下推导而画出的，若要求与实际具体的凸极同步发电机V形曲线一致，则要根据该电机的磁路饱和曲线作相应的修正。 四 心得体会本次电机学课程设计是要求在同步发电机并入大电网的背景下画V形曲线，V形曲线应该说是电机学发电机这一章的重点，虽然在学习电机学的时候老师详细介绍过发电机并入大电网进行无功功率调节时的V形曲线，但是在做课设的时候我还是从最基本的原理出发，一步步推导了在无功功率调节时发电机各特性量的求法以及探讨了V形曲线的含义和特点。在做课设的时候发现，最基本得概念和原理非常重要，整个推导过程用的就是电机学最基本的原理再结合向量图的一些几何关系。老师提出的要求是每条曲线至少画7个点，这个可以用Excel里的画曲线功能实现，但是用Excel只是简单的将所求出的若干个点连接起来，这样的效果肯定不好，所以我选择了用Matlab来作V形曲线，利用Matlab强大的数组矩阵数值计算功能可以很方便的画出较为精确的V形曲线。在用Matlab编写M文件画V形曲线的时候学到了不少关于Matlab的知识，例如一些程序语句，如循环语for,while;绘图语句plot;还有Matlab的GUI编辑图工具等等，这些都让我加深了对Matlab的了解，更加叹服于其强大的功能，收益匪浅。将V形曲线画完后，我专门讨论了V形曲线的特点，并且较为