电机学matlab仿真大作业报告

1、基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真实验报告一、实验内容及目的1.1 单相变压器的效率和外特性曲线1.1.1 实验内容一台单相变压器，=2000kVA, ，50Hz，变压器的参数和损耗为，。(1) 求此变压器带上额定负载、时的额定电压调整率和额定效率。(2) 分别求出当时变压器的效率曲线，并确定最大效率和达到负载效率时的负载电流。(3) 分析不同性质的负载（）对变压器输出特性的影响。1.1.2 实验目的（1） 计算此变压器在已知负载下的额定电压调整率和额定效率 （2） 了解变压器效率曲线的变化规律（3） 了解负载功率因数对效率曲线的影响（4） 了解变压器电压变化率的变化规律（5） 了解

2、负载性质对电压变化率特性的影响1.1.3 实验用到的基本知识和理论（1） 标幺值、效率区间、空载损耗、短路损耗等概念（2） 效率和效率特性的知识（3） 电压调整率的相关知识1.2串励直流电动机的运行特性1.2.1实验内容一台16kw、220V的串励直流电动机，串励绕组电阻为0.12，电枢总电阻为0.2。电动势常数为.电机的磁化曲线近似的为直线。其中为比例常数。假设电枢电流85A 时，磁路饱和(为比较不同饱和电流对应的效果，饱和电流可以自己改变）。试分析该电动机的工作特性和机械特性。1.2.2实验目的（1）了解并掌握串励电动机的工作特性和机械特性（2）了解磁路饱和对电动机特性的影响1.2.3实验

3、用到的基本知识和理论（1）电动机转速、电磁转矩、电枢电流、磁化曲线等（2）串励电动机的工作特性和机械特性，电动机磁化曲线的近似处理二、实验要求及要点描述2.1 单相变压器的效率和外特性曲线（1）采用屏幕图形的方式直观显示；（2）利用MATLAB编程方法或SIMULINK建模的方法实现；（3）要画出对应不同的效率曲线；（4）要画出对应阻性、感性、容性三种负载性质的特性曲线，且通过额定点；（5）要给出特征性的结论。2.2串励直流电动机的运行特性（1）采用屏幕图形的方式直观显示（2）利用编程方法或MATLAB的函数调用方法实现；（3）画出串励直流电动机的运行特性和机械特性曲线；（4）给出特征性的结论

4、。三、基本知识及实验方法描述3.1 单相变压器的效率和外特性曲线3.1.1基本知识（1）变压器一次侧接额定电压，二次侧空载时的电压就是额定电压。当二次侧接入负载后，即使一次侧电压不变，二次侧的电压也不再是额定值，变化后的电压大小与负载电流、负载性质和短路参数阻抗有关。表征该变化的物理量就是电压变化率u。在电机学中，电压变化率为： 式中 负载电流的标幺值 短路电阻、短路电抗的标幺值 负载的功率因数角根据上式，即使负载电流和变压器的短路参数不变，负载性质发生变化，电压变化率也会发生变化，进而影响输出电压的大小，为了直观，以变压器的输出特性来表示电压变化率的变化。（2）在所有种类的电机中，变压器的效

5、率是最高的，而且效率工作区间很宽。电机学中变压器的效率表示为： 式中 P0额定电压时的空载损耗额定电流时的短路损耗负载电流的标幺值变压器的额定容量负载功率因数根据上式，就可以求出对应不同的，变压器的效率曲线了。3.1.2实验分析 对于第（1）问，根据电机学知识和题中给出变压器的基本参数，直接把，带入（1）式中，把 ，P0，带入式中，就可求得额定效率和额定电压调整率。对于第（2）问，直接把 P0，带入式中就可以得到随的变化规律，即变压器的效率特性曲线。通过改变的值，就可以得到不同的负载功率因数对应的效率特性曲线。利用matlab中的max函数，可以得到效率的最大值及其对应的负载电流标幺值，通过公

6、式即可得到最大效率时的负载电流。第（3）问的其基本思想和第（2）问相同。3.2串励直流电动机的运行特性3.2.1基本知识<1>串励电动机的工作特性指U=UN时，转速n、转矩Te和电枢电流的关系。转速公式为：n=U-Ia(Ra+Rs)CeksIa=UCeks 1Ia-Ra+RsCeks（1）转矩公式为：Te=CTksIa2 （2） Te=CTIa （3）式中 Ia电枢电流 Ra-电枢总电阻 Rs-励磁绕组总电阻 Ce-电动势常数 CT-转矩常数 ks-电机磁化曲线比例系数 -电机一个极下的磁通量<2>串励直流电动机的机械特性指U=UN时，转速n和转矩Te的关系。转速公式为

7、：n=1CeksCTksTe U-(Ra+Rs） （4）3.2.2实验分析 由转速与电枢电流的公式可知，转速和电枢电流大体上成双曲线的关系。当电枢电流较小时（磁路未达到饱和），如公式（2），转矩与电枢电流成平方关系；当电枢电流较大时（磁路达到饱和），如公式（3）所示，转矩与电枢电流成线性关系，总体而言，转矩与转速的关系曲线前半段为平方曲线，后半段几乎为直线。由转速与转矩公式（4）知，随着转矩增大，转速下降。 四、实验源程序4.1 单相变压器的效率和外特性曲线clear % 单相变压器的效率曲线clcP0=47e3; %赋变压器的初值PkN=160e3;SN=2e7;I2N=1818.2;Xk=

8、0.0725;Rk=0.008; %第（1）问计算并显示额定电压调整率和额定效率'额定电压调整率' uN1=Rk*0.8+Xk*0.6'额定效率'N=1-(P0+PkN)/(SN*0.8+P0+PkN) %第（2）问求变压器的效率曲线A=0.05 0.4 0.6 0.8 1.0; %功率因数向量for j=1:5 %对于不同的功率因数，分别计算其效率与I2标幺值的值for i=1:500 I(i,j)=i/400; K(i,j)=1-(P0+I(i,j).2*PkN)/(SN*I(i,j)*A(j)+P0+(I(i,j).2*PkN); m(j)=max(K(:

9、,j); %求最大效率 if K(i,j)=m(j) x(j)=I(i,j); y(j)=K(i,j); endendKmax(j)=y(j);I0(j)=x(j);I2(j)=I0(j)*I2N;endfigure(1); %第一张图，做变压器的效率特性曲线 plot(I,K); hold on; text(x(1),y(1),'最大效率'); text(x(1),y(1)-0.1,'功率因数=0.2 0.4 0.6 0.8 1.0'); C1=0:0.05:y(1); %用虚线画出最大效率及其对应的标幺值D1=0:0.05:x(1);E1=x(1)*ones

10、(1,length(C1);B1=y(1)*ones(1,length(D1);plot(D1,B1,'-');plot(E1,C1,'-');C2=0:0.01:y(2);D2=0:0.01:x(2);E2=x(2)*ones(1,length(C2);B2=y(2)*ones(1,length(D2); plot(E2,C2,'-');C3=0:0.01:y(3);D3=0:0.01:x(3);E3=x(3)*ones(1,length(C3);B3=y(3)*ones(1,length(D3);plot(D3,B3,'-r'

11、);plot(E3,C3,'-');C5=0:0.01:y(5);D5=0:0.01:x(5);E5=x(5)*ones(1,length(C5);B5=y(5)*ones(1,length(D5);plot(D5,B5,'-m');plot(E5,C5,'-');C4=0:0.01:y(4);D4=0:0.01:x(4);E4=x(4)*ones(1,length(C4);B4=y(4)*ones(1,length(D4); plot(E4,C4,'-');P=0:0.05:1;N=0:0.05:1;M=ones(1,21);p

12、lot(M,P,':');plot(N,M,':'); hold off; axis(0 1.2 0 1.2) %定制坐标轴 '最大效率' %输出最大效率 Kmax '发生最大效率时的负载电流值：' %输出最大效率对应的标幺值 I2 title('单相变压器的效率曲线'); xlabel('I2的标幺值'); ylabel('效率'); %第（3）问求解不同负载性质时变压器的输出特性B=36.87 0 -36.87; %功率因数角for j=1:3 for i=1:50 I20(i,

13、j)=i/40; u(i,j)=I20(i,j).*(Rk*cos(B(j)+Xk*sin(B(j); U2(i,j)=1-u(i,j);endendfigure(2); %第二张图，不同负载性质时变压器的输出特性曲线plot(I20,U2);hold on;P=0:0.05:1; %加额定点虚线N=0:0.05:1;M=ones(1,21);plot(M,P,'-');plot(N,M,'-'); hold off; axis(0 1.2 0 1.2) %定制坐标轴 title('不同负载性质时变压器的输出特性曲线'); xlabel('

14、;I2的标幺值'); ylabel('U2的标幺值');gtext('容性负载');gtext('阻性负载');gtext('感性负载');4.2串励直流电动机的运行特性（1）转速和电枢电流的关系P0=16e3;U=220;Rs=0.12;Ra=0.2;Ce=14.61;Ks=0.05 0.38 1.0 3.0 3.5; %Ks取一组不同的值时，观察转速和转矩的关系for j=1:5 for i=1:85 I(i,j)=i; N(i,j)=(U-I(i,j).*(Ra+Rs).*(I(i,j).*Ce*Ks(j).(-1)

15、; endendfigure(1); plot(I(:,1),N(:,1),'r') %Ks=0.05hold on; plot(I(:,2),N(:,2),'b'); %Ks=0.38hold on; plot(I(:,3),N(:,3),'g'); %Ks=1.0hold on; plot(I(:,4),N(:,4),'k'); %Ks=3.0hold on; plot(I(:,5),N(:,5),'m'); %Ks=3.5title('转速和电枢电流的关系');xlabel('电枢电流

16、Ia');ylabel('转速N');text(2,150.14,'Ks=0.05'); %标出不同的Ks值对应的曲线text(2,19.76,'Ks=0.38');text(2,7.51,'Ks=1.0');text(2,2.50,'Ks=3.0');text(2,2.144,'Ks=3.5'); （2）转矩和电枢电流的关系P0=16e3;U=220;Rs=0.12;Ra=0.2;Ce=14.61;Ct=1.53;Ks=0.05 0.38 1.0 3.0 3.5; %磁化曲线的比例常数取一

17、组值进行比较for j=1:5 for i=1:85 I(i,j)=i; T1(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<30)+Ct*30*Ks(j)*I(i,j).*(i>=30); % 将磁路饱和电流设置为30A T2(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<50)+Ct*50*Ks(j)*I(i,j).*(i>=50); %将磁路饱和电流设置为50A T3(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<70)+Ct*70*Ks(j)*I(i

18、,j).*(i>=70); %将磁路饱和电流设置为70A endendfigure(1); plot(I(:,1),T1(:,1),'r') % Ks取第一个值0.05，磁路饱和电流为30A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,1),T2(:,1),'r') % Ks取第一个值0.05，磁路饱和电流为50A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,1),T3(:,1),'r') % Ks取第一个值0.05，磁路饱和电流为70A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,2),T1(:,2),'b')

19、 % Ks取第二个值0.38，磁路饱和电流为30A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,2),T2(:,2),'b') % Ks取第二个值0.38，磁路饱和电流为50A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,2),T3(:,2),'b') % Ks取第二个值0.38，磁路饱和电流为70A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,3),T1(:,3),'m') % Ks取第三个值1.0，磁路饱和电流为30A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,3),T2(:,3),'m') % Ks取第三个

20、值1.0，磁路饱和电流为50A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,3),T3(:,3),'m') % Ks取第三个值1.0，磁路饱和电流为70A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,4),T1(:,4),'g') % Ks取第四个值3.0，磁路饱和电流为30A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,4),T2(:,4),'g') % Ks取第四个值3.0，磁路饱和电流为50A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,4),T3(:,4),'g') % Ks取第四个值3.0，磁路饱和电流为

21、70A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,5),T1(:,5),'y') % Ks取第五个值3.5，磁路饱和电流为30A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,5),T2(:,5),'y') % Ks取第五个值3.5，磁路饱和电流为50A时的T-I曲线hold on; plot(I(:,5),T3(:,5),'y') % Ks取第五个值3.5，磁路饱和电流为70A时的T-I曲线hold on;plot(30*ones(1,2),ylim,'r:');%画出区间间隔线hold on;plot(50*ones(

22、1,2),ylim,'r:');%画出区间间隔线hold on;plot(70*ones(1,2),ylim,'r:');% 画出区间间隔线xlabel('电枢电流Ia');ylabel('转矩Te');title('转矩和电枢电流的关系');text(30,0,'磁路饱和点1');text(50,0,'磁路饱和点2');text(70,0,'磁路饱和点3');text(80,306,'Ks=0.05');text(80,2325.6,'Ks=

23、0.38');text(80,6120,'Ks=1.0');text(80,18360,'Ks=3.0');text(80,21420,'Ks=3.5');（3）转速和转矩的关系P0=16e3;U=220;Rs=0.12;Ra=0.2;Ce=14.61;Ct=1.53;Ks=0.05 0.38 1.0 3.0 3.5;% 磁化曲线的比例常数取一组值进行比较for j=1:5 %对应Ks的取值 for i=1:100 %在同一个Ks值时，转速和转矩的取值 I(i,j)=i; T1(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>

24、=1 & i<30)+Ct*30*Ks(j)*I(i,j).*(i>=30); T2(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<70)+Ct*70*Ks(j)*I(i,j).*(i>=70); T3(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<90)+Ct*90*Ks(j)*I(i,j).*(i>=90); N1(i,j)=(Ce*Ks(j)(-1)*(Ct*Ks(j)*T1(i,j).(-1).0.5*U-(Ra+Rs); N2(i,j)=(Ce*Ks(j)(-1)*(C

25、t*Ks(j)*T2(i,j).(-1).0.5*U-(Ra+Rs); N3(i,j)=(Ce*Ks(j)(-1)*(Ct*Ks(j)*T3(i,j).(-1).0.5*U-(Ra+Rs); endendfigure(1); plot(T1(:,1),N1(:,1),'r')hold on; plot(T2(:,1),N2(:,1),'r')hold on; plot(T3(:,1),N3(:,1),'r')hold on; plot(T1(:,2),N1(:,2),'b')hold on; plot(T2(:,2),N2(:,2

26、),'b')hold on; plot(T3(:,2),N3(:,2),'b')hold on; plot(T1(:,3),N1(:,3),'m')hold on; plot(T2(:,3),N2(:,3),'m')hold on; plot(T3(:,3),N3(:,3),'m')hold on; plot(T1(:,4),N1(:,4),'g')hold on; plot(T2(:,4),N2(:,4),'g')hold on; plot(T3(:,4),N3(:,4),'

27、;g')hold on; plot(T1(:,5),N1(:,5),'k')hold on; plot(T2(:,5),N2(:,5),'k')hold on; plot(T3(:,5),N3(:,5),'k')hold on;plot(30*ones(1,2),ylim,'r:');%画间隔曲线hold on;plot(70*ones(1,2),ylim,'r:');% 画间隔曲线hold on;plot(90*ones(1,2),ylim,'r:');% 画间隔曲线title('

28、转速和转矩的关系');xlabel('转矩Te');ylabel('转速N');text(30,0,'饱和点1');text(70,0,'饱和点2');text(90,0,'饱和点3');五、实验结果5.1 单相变压器的效率和外特性曲线（1）额定电压调整率和额定效率的数值额定电压调整率uN1 = 0.0499额定效率N = 0.9872（2）单相变压器的效率曲线局部放大图最大效率：Kmax = 0.9584 0.9788 0.9858 0.9893 0.9914发生最大效率时的负载电流值：I2 = 986.3735 986.3735 986.3735 986.3735 986.3735>> I0I0 =0.5425 0.5425 0.5425 0.5425 0.5425（3） 不同负载时变压器的输出特性5.2 串励直流电动机的运行特性（1）转速和电枢电流的关系