第8章-MATLAB在电机分析计算中的应用PPT课件

1、1,电机学第8章 MATLAB在电机分析计算中的应用,河海大学 华侨大学 上海交通大学 南京理工大学,高等教育出版社、高等教育电子音像出版社,2,本章主要内容,8.1 MATLAB简介 8.2 MATLAB在电机分析计算中的应用实例 本章小结,3,8.1 MATLAB简介,本节主要内容 8.1.1 MATLAB概述 8.1.2 MATLAB快速入门 8.1.3 Simulink简介,4,8.1.1 MATLAB概述,MATLAB名字由Matrix和 Laboratory 两词的前三个字母组合而成。在20世纪七十年代，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler出于减轻学生编程负

2、担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK矩阵软件工具包库程序的“通俗易用”接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。 经过二十余年的补充及完善以及多个版本的升级换代，MATLAB已发展至7.x版本，成为一个包含众多工程计算和仿真功能与工具的庞大系统，是目前世界上最流行的仿真软件之一。,5,8.1.1 MATLAB概述,它具有众多的优点： (1) 编程简单，类似于其他语言，如C (2)数学问题数值解能力强大 (3)数据可视化功能强大 (4)由Maple内核构成的符号运算工具箱可以继承Maple所有解析解的求解能力 (5)在数学、工程领域有各种“工具箱” (6)强

3、大的系统仿真能力，Simulink建模 (7)在控制界是国际首选的计算机语言,6,8.1.2 MATLAB快速入门,以Window操作系统为例，进入Window后，选择“开始”“程序”“MATLAB7.0”，便可以进入如图8-1-1所示的MATLAB主窗口。如果安装时选择在桌面上生成快捷方式，也可以点击快捷方式直接启动。 退出MATLAB系统的方式有两种： (1)在文件菜单（File）中选择“Exit”或“Quit”； (2)用鼠标单击窗口右上角的关闭图标“X”。,一、MATLAB的启动和退出,7,8.1.2 MATLAB快速入门,图8-1-1 MATLAB的主窗口,8,8.1.2 MATLA

4、B快速入门,MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式环境。MATLAB有3种窗口：命令窗口（The Command Window）、m文件编辑窗口（The Edit Window）和图形窗口（The Figure Window），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。,二、MATLAB的窗口介绍,9,8.1.2 MATLAB快速入门,当MATLAB启动后，出现的最大窗口就是命令窗口，如图8-1-1中右方标示。用户可以在提示符“”后面输入交互的命令，回车后这些命令就立即被执行。 例如：要计算a=12*9/8+2*pi的值，就在命令窗口输入 a=12*9/

5、8+2*pi 按下回车键后，运算结果就立刻显示在屏幕上，而且把运算结果储存在名为a的变量中。 a = 19.7832,1. 命令窗口（The Command Window）,10,8.1.2 MATLAB快速入门,可以用m文件编辑窗口来产生新的m文件，或者编辑已经存在的m文件。在MATLAB主界面上选择“FileNewM-File”就打开了一个新的m文件编辑窗口，如图8-1-2所示。选择“FileOpen”就可以打开一个已经存在的m文件，并且在这个窗口中编辑这个m文件。,2. m文件编辑窗口（The Edit Window）,图8-1-2 MATLAB 的m文件编辑窗口,11,图8-1-3 M

6、ATLAB 图形窗口中显示的0到6 的余弦曲线,8.1.2 MATLAB快速入门,图形窗口是用来显示MATLAB程序产生的图形。图形可以是2维、3维的数据图形，也可以是照片等。,3. 图形窗口（The Figure Window）,例如，在一个m文件编辑窗口输入以下程序，并将其保存在matlab安装目录下的work文件夹里，保存名为a.m： x=0:0.1:6*pi; y=cos(x); plot(x,y); 在命令窗口中输入a，回车后，程序自动产生了一个图形窗口，并在该窗口中画出了0到6 的余弦曲线，如图8-1-3所示。,12,8.1.2 MATLAB快速入门,表8-1-1列出了MATLAB

7、中的运算符号，“先乘除，后加减，括号里面的先做”的原则同样有效。为了使复杂的算式容易被理解以及降低出错的概率，在编写较为复杂的算式的时候尽量多使用括号。,三、MATLAB的基本运算功能,表8-1-1 MATLAB中的运算符号,13,8.1.2 MATLAB快速入门,需要注意的是：MATLAB将所有变量均存成double的形式，所以不需经过变量定义，MATLAB会自动进行内存的使用和清除，而不必像C那样由使用者一一指定。这些功能使得MATLAB易学易用。 MATLAB的默认常量如表8-1-2所示。,表8-1-2 MATLAB默认常量,虚数单位，定义为,14,8.1.2 MATLAB快速入门,MA

8、TLAB具有强大的计算功能，它提供了大量的函数，方便使用者进行计算。表8-1-3给出了MATLAB在电机学计算中常用到的基本函数。,四、MATLAB的基本数学函数,表8-1-3MATLAB在电机学计算中常用到的基本函数,15,8.1.3 Simulink简介,Simulink是一个用来对动态系统进行创建、仿真与分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性与非线性系统，也支持具有多种采样速率的多速率系统。它是MATLAB的一个部件，是一种交互式、可视化的工具。 启动Simulink有两种方式： (1)在Command Window中，键入simulink命令，回车。 (2)单击工具栏simul

9、ink图标。,16,8.1.3 Simulink简介,启动Simulink后，即打开了Simulink库浏览器（Simulink library brower）。在该浏览器的窗口中单击“Creat a new model”图标，这样就打开了一个尚未命名的模型窗口。把Simulink库浏览器中的单元拖拽进这个模型窗口，即可构造自己需要的模型。然后双击该模型的图标，在弹出的对话框中设置参数，就可以对各个单元部件的参数进行设定。 在Simulink中有一个电力系统仿真模块集（Power System Blockset），它的功能很强大，可以很方便的对电路、电力电子系统、电机系统、电力传输系统等过程进

10、行建模和仿真。它提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，在仿真前自动将其变化成状态方程描述的系统形式，然后才能在Simulink中仿真。,17,8.2 MATLAB在电机分析计算中的应用实例,本节主要内容 8.2.1 变压器问题 8.2.2 异步电机问题 8.2.3 同步电机问题,18,8.2.1 变压器问题,例8-2-1一台单相变压器： ， ， ， ， ， ， ， 。原 边加上额定频率的额定电压并保持不变，副边负载阻抗 。用 型等效电路计算： 1)原、副边电流及副边电压； 2)原副边功率因数、功率及效率； 3)励磁电流、铁损耗及铜损耗。,19,8.2.1 变压器问题,这是一个典型的变压器负

11、载运行的问题，只要按照负载运行的基本步骤进行计算即可。 (1)首先计算额定电流和变比 (2)计算T型等效电路中的未知参数,1.问题分析,20,8.2.1 变压器问题,输入阻抗 (3)计算电流和电压,21,8.2.1 变压器问题,(4)功率因数、功率和效率 (5)损耗,22,8.2.1 变压器问题,本例属于典型的变压器稳态运行问题，程序设计流程非常简单，按照问题分析中的思路组织编写即可。 MATLAB程序EX8_1.m如下：,2. MATLAB程序设计及其程序清单,23,8.2.1 变压器问题,24,8.2.1 变压器问题,在MATLAB指令窗口输入程序名EX8_1.m并按下回车键，即可得到相关

12、的计算结果。,3. MATLAB程序运行结果,25,8.2.2 异步电机问题,例8-2-3 一台绕线转子异步电动机，15马力，208V，4极，Y联结，60Hz， 其等值电路元件的参数如下所示： 转差率0.05，求： 1)线电流 ； 2)定子铜损耗 ； 3)气隙功率 ；4)由电气转化为机械的功率 ； 5)转矩 ； 6)负载转矩 ； 7)效率； 8)转速和角速度； 9)计算和绘制转矩-速度特性；10)计算和绘制输出功率和速度曲线。,26,8.2.2 异步电机问题,电路的等效电路图如图8-2-2所示 (1)计算线电流最简单的方式是求取等效阻抗 、 ，如图8-2-3所示。,1.问题分析,图8-2-2

13、电路等效图,图8-2-2 电路等效图,27,8.2.2 异步电机问题,(2) (3) (4) (5) (6) (7),28,8.2.2 异步电机问题,绘制转矩-速度特性曲线程序EX8_3.m,2. MATLAB程序设计及其程序清单,29,8.2.2 异步电机问题,绘制输出功率-速度特性曲线程序10.m,30,8.2.2 异步电机问题,转矩-速度特性曲线如图8-2-4所示,绘制输出功率-速度特性曲线如图8-2-5所示,3. MATLAB程序运行结果,图8-2-4 转矩-速度特性曲线,图8-2-5 输出功率-速度特性曲线,31,8.2.3 同步电机问题,例8-2-5 一台480V，200kVA，功

14、率因数0.8滞后，60Hz的两极Y联结的同步发电机，同步电抗0.25 ，电枢电阻0.03 ，摩擦损耗和风耗 ，铁耗 ，励磁电压200V，最大励磁电流 ，励磁电阻调整范围为从20 到200 ，在下列问题中，电机为额定电压（480V）满载状态，求： 1)额定负载时电机的效率是多少？ 2)如果带有额定容量、功率因数0.8滞后的负载，电机的电压变化率为多少？ 3)额定运行时的空载电动势及功角的大小。 4)用MATLAB绘制出功率因素0.8滞后、功率因素0.8超前及单位功率因数三种情况下电机终端电压图。,32,8.2.1 变压器问题,(1)电机的效率 (2)电压变化率（VR） (3)空载电动势及功角 根据上面的向量公式可以计算出相应的空载电动势及功角。,1.问题分析,33,8.2.1 变压器问题,2. MATLAB程序设计及其程序清单,34,8.2.1 变压器问题,端电压随负载的变化曲线图如图8-2-10所示。,3. MATLAB程序运行结果,图8-2-9 例8-2-5相量图 图8-2-10 端电压随负载的变化曲线,35,本章小结,注意以下几点： 总体来说电机学解题比较复杂，MATLAB在电机分析计算中得到很好的应用。 本章在简要介绍MATLAB语言的基础上，精选电机学中五个典型习题，用MATLAB解题分析。首先对题目进行分析，然后进行MATLAB程序