昆明学院电机拖动课程设计

1、电机与电力拖动基础课程设计报告专业： 电气工程及其自动化 班级： 电气 3班 姓名： 杨承明 学号： 201104170125 目 录1.直流电动机的起动和调速 22.三相变压器参数测定实验 83.变压器空载运行仿真设计 184.直流电动机的机械特性仿真 205.直流电动机转矩特性分析 226.三相异步电动机机械特性仿真设计 247.三相异步电动机的反转设计 268.课程设计总结 28课程设计项目名称：（一）直流电动机起动和调速同组人：周文、杨宝全、杨承明、康定升、陈曦 时间： 2013年12月27日 室温： 15°C 一. 课题分析直流电机是电机的主要类型之一。直流电动机以其良好的

2、启动性和调速性能著称，直流发电机供电质量较好，常作为励磁电源。与交流电机相比直流电机的结构较复杂，成本较高，可靠性较差，使它的应用受到限制。近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。直流电动机的励磁方式不同会使直流电动机的运行性能产生很大差异。按照励磁方式的不同，直流电动机可分为他励、并励、串励、复励电动机。 直流电动机的机械特性是指电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：。 电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过

3、改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不同的机械特性上，如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。 二. 设计电路图及分析R1R2Rf1IfAMGAAVMATGGRf2IfIa图1.1 图1.2 因为电枢电阻Ra很小，所以直接启动时启动电流很大，通常可达到额定电流的1020倍；使电动机的换向恶化，甚至烧坏电动机；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。因此，除容量很小的电动机以外，一般不允许直接启动。而根据直流电动机调速公式n=可见，当电枢电流不变时（即负载不变），

4、只要在电枢电压U、电枢电路附加电阻和每极磁通三个参数中，任意改变一个，都能引起转速的变化。因此，他励直流电动机可以有三种调速方法。（1） 改变电枢电阻（2） 改变励磁电流（3） 改变电枢电压三.设备清单：序号型 号名 称数 量1DD03-4涡流测功机导轨1台2D55-4涡流测功机控制箱1件3DJ15直流并励电动机1台4D31直流数字电压、毫安、安培表2件5D41可调电阻器3件 图1.3图1.4四.操作过程:依照设计好的电路图，在试验台上接好电路，如图1.5所示：1. 连接好电路，确认电路无误后打开电力装置，开始试验，将电压设定为额定电压220v，改变电枢电阻，记录数据。2. 将电枢电阻调到最小

5、，改变励磁电流，并记录数据。3. 将励磁电阻与电枢电阻都调到最小，改变电压，记录数据。五.原始数据、现象记录（包括各种图表）图1.5（1）电压为额定电压时，改变电枢电阻，记录数据如下：U(v)11.621.133.955.685.098.5107.7116.5141.9If(mA)112119128139151155157160169Ia(mA)110110110110110110110110110N(r/min)126.32203565758921033113012211490表1.1（2）电压为额定电压时，改变励磁电阻，试验记录数据如下：U(v)143.0144.5147.4150.815

6、2.0154.1156.5160.2If(mA)168169170174174176178180Ia(mA)110100959084827874N(r/min)15011516154615811594161616411668 表1.2（3）当电枢电阻与励磁电阻都接入最小时，改变电压：U0（v）220210200190180170160150U1(v)143136.3130.2123.6117.0110103.997.1If(mA)174171167166164162160158Ia(mA)110110110110110110110110N(r/min)149814311360129612271

7表1.3六.数据处理与故障分析：1.采用电枢串电阻调速力矩的计算：电动机的电枢电阻 Ra=（UaN - PN /IaN）/ IaN =（220-185/1.2）/1.2=54.86在额定状态运行时 E= UaN -Ra IaN =(220-54.86×1.2)V=154.17V Ce=E/ nN =154.17/1600=0.09636 CT=60Ce/2=60/(2×3.14)×0.09636=0.9206 TN=60 PN /2nN =60/(2×3.14)×185/1600N.m=1.0105N. m2.起动电阻的

8、计算 图1.6 图1.7 在图1.7中，对a点，有 I1=即 Ra1=当从曲线1(对应于电枢电路总电阻 Ra1=ra+ RK1 +RK2)转换得到曲线2(对应于总电阻Ra2=ra+RK2)时，亦即从点转换到点时，由于切除电阻RK1进行很快，如忽略电感的影响，可假定nb=nc，即电动势Eb=Ec，这样在点有I2=在c点 I1=两式相除，考虑到Eb=Ec，得 同样，当从d点转换到e点时，得 =这样，如图中所示的二级起动时，得 =推广到m级起动的一般情况，得=式中为最大起动电流I1与切换电流I2之比，称为起动电流比(或起动转矩比)，它等于相邻两级电枢回路总电阻之比。由此可以推出=式中m为起

9、动级数。由上式得 =如给定,求m,可将式=取对数得 m=由式=可得每级电枢回路总电阻 Ra1=Ra2=ra Ra2=Ra3=ra Ra(m-1)=Ram=ra Ram=ra各级起动电阻为 RK1=Ra1-Ra2 RK2=Ra2-Ra3 RK3=Ra3-Ra4 RK(m-1)=R a(m-1)-Ram RKm=Ram-ra课程设计项目名称：（二）三相变压器参数测定试验同组人：周文、杨宝全、杨承明、康定升、陈曦 时间： 2013年12月27日 一. 课题分析变压器是用来变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。变压器的工作原理是建立在电磁感应原理基础之上的。变压器铁芯内产生的总磁通分为两个部

10、分，其中主磁通是以闭合铁心为路径，它同时匝链原、副绕组，分别感应电势，磁通是变压器传递能量的主要因素。还有另一部分磁通通过非磁性路，变压器物质而形成闭合回负载运行时，原、副方都存在这部分磁通，分别用和表示。而变压器空载运行时仅原方有，这部分磁通属于非工作磁通，其量值约占总磁通的，故把这部分磁通称为漏磁通。漏磁通和分别单独匝链变压器的原绕组和副绕组，并在其中感应电势和。实际变压器中既有磁路问题又有电路问题，这样将会给变压器的分析、计算带来困难。为此，对变压器的电压、电流和电势的关系进行等值变换（即折算），可将同时具有电路和磁路的问题等值简化为单一的电路问题，以便于计算。图为双绕组变压器的“型”等

11、值电路。变压器的参数即为图中的等。因此，等值电路中所有参数包括各电压、电流、电势的值均为单相数值。变压器归算的基本方程式为：式中图2.1  由变压器空载实验，可以测出变压器的空载电流和铁心损耗，以及变压器的变比，再通过计算得到变压器励磁阻抗。空载时变压器的损耗主要由两部分组成，一部分是因为磁通交变而在铁心中产生的铁耗，另一部分是空载电流在原绕组中产生的铜耗。由于空载电流数值很小，此时铜耗便可以略去，而决定铁耗大小的电压可达到正常值，故近似认为空载损耗就是变压器的铁耗。空载实验为考虑安全起见，一般都在低压侧进行，若要得到折算到高压侧的值，还需乘以变比平方。由变压器负载损耗实验

12、可以测出变压器阻抗电压、短路电流和变压器铜损耗。再通过一些简单计算可求出变压器一次和二次侧绕组的电阻和漏电抗。负载损耗实验时的损耗也由两部分组成，一部分是短路电流在一次和二次侧绕组中产生的铜耗，另一部分是磁通交变而产生的铁耗。由于短路实验所加电压很低，因此这时铁心中磁通密度很低，故铁心损耗可以略去，而决定铜耗大小的电流可达正常值，所以近似认为负载损耗就是变压器铜耗。二.设计电路图及分析1、空载试验接线图:图2.2 三相变压器空载实验接线图2、短路试验接线图：图2.3三相变压器短路试验接线图3、负载试验接线图：图2.4三相变压器负载实验接线图三.设备清单实验设备清单列表：序号型 号名 称1D33

13、数/模交流电压表2D32数/模交流电流表3D34-3智能型功率、功率因数表4DJ12三相心式变压器5D42三相可调电阻器6D51波形测试及开关板表2.1 实验设备清单列表四.操作过程:1、空载试验按实验线路如图2.2所示连接线路，实验时，变压器低压线圈接电源，高压线圈开路。a 接通电源前，先把交流电源调到输出电压为零的位置。合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，使变压器空载电压U0=1.2U1N。b 然后逐渐降低电源电压，在1.2-0.5U1N的范围内：测取变压器的三相线电压、电流、功率，共取7-8组数据，记录于表2.2中。c 测量数据以后，断开三相电源，以便下次实

14、验做好准备。2、短路试验按实验线路如图2.3所示连接线路，实验时，变压器高压线圈接电源，低压线圈短路。通电源前，先把交流电源调到输出电压为零的位置。合上交流电源总开关，即按下绿色“闭合”开关，顺时针调节调压器旋钮，逐渐增加电源电压，使变压器短路电流Ik=1.1IN。然后逐渐降低电源电压，在1.1-0.5IN的范围内：测取变压器的三相线电压、电流及功率。共取7-8组数据，记录于表2.3中。实验时，记下实验温度，作为线圈的实际温度3、负载试验按实验线路如图2.4所示连接线路，实验时，变压器低压线圈接电源，高压线接负载电阻。a 将负载电阻R调至最大，接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=U

15、1N。b 保持U1=U1N的条件下，分别调节R1.R2.R3逐渐增加负载电流，从空载到额定负载的范围内：测取变压器的三相线电压、相电流。共取7-8组数据，分别记录于表2.4、表2.5、表2.5中。 五.原始数据、现象记录（包括各种图表）1、空载试验（1）试验连接实物图图2.5试验连接实物图（2）空载实验数据记录表格(V)(A)(W)(W)(W)coscos38.10.038-0.11.51.40.061.036.00.035-0.11.31.20.081.033.50.031-0.11.11.00.11.031.80.0290.00.90.90.131.027.00.0240.00.70.70

16、1.020.00.0180.00.50.501.018.00.0160.00.30.301.015.90.0150.00.20.201.0表2-2 空载实验数据记录表格2、短路试验（1）短路试验接线实物图图2.6短路试验接线实物图（2）短路实验数据记录表格(V)(A)(W)(W)(W)coscos20.70.441.37.99.20.140.9419.10.401.06.47.50.140.9416.60.350.94.75.60.150.9414.40.300.63.54.10.140.9312.00.250.42.42.80.131.08.80.180.21.31.50.141.04.30

17、.080.00.20.20.01.0表2.3短路实验数据记录表格3、负载试验（1）负载试验接线实物图图2.7负载试验接线实物图（2）负载实验数据记录表格1）调节时0.0800.0980.1020.810.810.810.810.820.82表2.42）调节时0.0860.0890.0900.991.021.210.820.820.82表2.53）调节时0.0820.0860.0880.80.80.80.91.01.0表2.6六.数据处理与故障分析：1、计算激磁参数 从空载特性曲线查出对应于U0L=UN时的I0L和P0值，并由下式求取激磁参数。2、计算短路参数 从短路特性曲线查出对应于IKL=I

18、N时的UKL和PK值，并由下式算出实验环境温度时的短路参数折算到低压方换算到基准工作温度下的短路参数K75和ZK75，计算短路电压百分数：计算IK=IN时的短路损耗：3、画出被试变压器的“T”型等效电路4、变压器的电压变化率(1) 根据实验数据绘出cos2=1时的特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出I2=I2N时的电压变化率(2) 根据实验求出的参数，算出I2=IN，cos2=1时的电压变化率5、三相变压器的功率如何，何时变压器的效率最高？变压器满载时，效率最高。6、短路、空载试验曲线图：图2.8空载特性曲线图2.9空载特性、曲线图2.9空载特性曲线6、短路实验测取短路特性、三条曲线 负

19、载损耗实验应尽快进行，以免绕组发热而引起电阻变化，从而给结果带来误差。负载损耗实验后应记录被试变压器周围环境温度，作为绕组实际温度，以便将参数折合到。图2.10空载特性曲线图2.11空载特性曲线图2.12空载特性曲线课程设计项目名称：(三)变压器空载运行仿真设计同组人： 杨承明 时间： 2013年12月27日 一.课题分析：（包括软件介绍）MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。从而能够很好的帮助工程师及科

20、学家解决实际的技术问题。Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C+语言基础上的，因此语法特征与C+语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。变压器负载运行时，一、二次绕组之间靠主磁通联系，两者之间并无直接的电路上的联系，

21、电磁混杂，分析不变。因此只有将匝数为N2的实际二次绕组用一个匝数为N1的等效二次绕组来代替。有磁通势平衡方程可知，二次绕组是通过磁通势来影响一次绕组的，只要代替时，保持磁通势和功率不变，这一替代就是等效的。既不会影响一次绕组，也不会影响负载，这种方法称为二次绕组向一次绕组折算。二.变压器空载运行仿真设计；三.仿真结果: 变压器空载运行仿真波形图在SIMULINK仿真模型库中，既有饱和变压器模型，也有线性变压器模型，因为本题主要研究饱和引起的电流畸变问题，因此必须采用饱和模型。课程设计项目名称： （四）直流电动机的机械特性仿真设计 同组人： 杨承明 时间： 12月31日 一.课题分析：（包括软件

22、介绍）MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。从而能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C+语言基础上的，因此语法特征与C+语言极为相似，而且更加简单

23、，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。在直流电动机中，电磁转矩的方向与转子旋转的方向相同，为拖动转矩；在直流发电机中，电磁转矩的方向与转子旋转的方向相反，为制动转矩。电磁转矩的方向由磁场的方向和电枢电流的方向决定。两者之中有一个方向改变，电磁转矩的方向就会随之改变。二.设计程序及分析： 分析：根据直流电动机的电压方程和转矩公式，可以得到电动机的机械特性表达式，即程序如下：U=220;Ra=0.17;p=2;N=398;a=1;psi=0.0103;C

24、psi=0.0013;Te=0:.01:5; 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 onxlabel('Te')ylabel('n')C1=1/Ce*(Cm/Cpsi).5;C2=1/Ce/Cpsi;n=C1*U*(Te+.001).(-.5)-C2*Ra;subplot(2,1,2)plot(Te,n,'b')hold on axis(0,5,0,60000)xlabel('Te

25、9;)ylabel('n')三.仿真结果记录及分析:图4.1直流电动机的机械特性仿真结果分析：1.在直流电动机中，电磁转矩的方向与转子旋转的方向相同，为拖动转矩；2.在直流发电机中，电磁转矩的方向与转子旋转的方向相反，为制动转矩。3.电磁转矩的方向由磁场的方向和电枢电流的方向决定。两者之中有一个方向改变，电磁转矩的方向就会随之改变。课程设计项目名称： （五）直流电动机转矩特性分析 同组人： 杨承明 时间： 12月31日 一.课题分析：（包括软件介绍）MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算

26、应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。从而能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C+语言基础上的，因此语法特征与C+语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB

27、能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。二.设计程序及分析分析：直流电动机的转矩特性是指其他条件不变，当负载变化时，电磁转矩随负载电流的变化规律。研究转矩特性，只需要找出电磁转矩与负载电流的数学关系，然后根据该关系画出特性曲线即可。对于他励直流电动机，假设励磁电流不变，主磁通不变，则有T = CT IaIa =IT = CT I程序如下：Cm=10;Ra=1.8;k=.1;k1=.2;Ia=0:.01:15; Temt=Cm*k*Ia;plot(Ia,Temt,'r')xlabel('Ia安培')ylabel('Tem牛顿.米')三.仿真

28、结果记录及分析:图5.1直流电动机的转矩特性仿真结果分析：1.Ia 的大小取决于负载的大小。2.当 Ia= IaN 时为满载，当 IaIaN 时为过载。3.电动机的转动方向取决于电磁转矩 T 的方向。T 的方向取决于 和 Ia 的方向。课程设计项目名称： （六）三相异步电动机的机械特性仿真设计 同组人： 杨承明 时间： 12月30日 一.课题分析：（包括软件介绍）MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题，而且还具有强大的图形处理及仿真模拟等功能。从而

29、能够很好的帮助工程师及科学家解决实际的技术问题。Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C+语言基础上的，因此语法特征与C+语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。二.设计程序及分析分析：所谓三相异步电动机的机械特性，是

30、指在定子电压、频率和其他参数固定，而负载不断变化时，电磁转矩与转速（或转差率）之间的函数关系，根据课本有关知识，两者之间的关系，即上述数学关系即是异步电动机的机械特性，当转子电阻、定子电压或频率等参数发生变化时，可以得到对应于不同参数时的电动机机械特性。程序如下：U1=220/sqrt(3);Nphase=3;P=2;fN=50;R1=0.095;X1=0.680;X2=0.672;Xm=18.7;omegas=2*pi*fN/P;nS=60*fN/P;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

31、R2=1.0; else R2=1.5;endFor n=1:2000s(n)=n/2000;Tmech=Nphase*P*U1*2*R2/s(n)/omegas/(R1+R2/s(n)2+(X1+X2)2;plot(s(n),Tmech)hold onendholdxlabel('转差率')ylabel('电磁转矩')三.仿真结果记录及分析:图6.1三相异步电动机的机械特性仿真结果分析：R1<R2<R3<R4<R5课程设计项目名称： （七）三相异步电动机的反转仿真设计 同组人： 杨承明 时间： 12月30日 一.课题分析：（包括软件介绍）MATLAB是Mathworks公司开发的一种集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体的功能强大、操作简单的优秀工程计算应用软件。MATLAB不仅可以处理代数问题和数值分析问题