电机拖动课程设计报告(昆明学院)

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： 郭红帅 学号： 201104170237 课程设计项目名称:三相变压器的参数实验同组人：王亚楠、张绍芳、张玉凡、孔翔凯室温：17一.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物质而形成闭合回路，变压器负载运行时，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

2、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：式中分析变压器性能的方法通常使用等效电路、方程式和相量图。一般若作定性分析，用相量图较方便；若作定量计算

3、，则用等值电路较方便，故通常就是利用等效电路来求取变压器在不同负载时的效率、功率因数等指标的。要得到变压器的等效电路，一般是通过变压器的空载实验和负载损耗实验（也叫短路实验），再经计算而得出其参数的。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

4、，还需乘以变比平方。由变压器负载损耗实验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。电力供电系统为三相电，所以我们多用的是三相变压器，三相变压器铭牌上的额定电压、和额定电流、分别指线电压和线电流的数值，所以三相双绕组变压器的额定容量为。二.设计电路图及分析1.三相变压器空载实

5、验三相变压器空载实验接线图三线变压器空载实验实际操作接线图实验线路如图，为安全起见，将低压侧经调压器和开关接至电源，高压侧开路。本实验要求电源频率应等于或接近被试变压器的额定频率，允许偏差规定不超过，三相电压基本对称，且电压波形应是实际正弦波。接线无误后，调压器输出调零，闭合电源开关S1和S2，调节调压器使输出电压为低压测额定电压，记录该组数据于表4-2中，然后逐次改变电压，在（1.20.5）的范围内测量三相空载电压、电流及功率，共测取79组数据，记录于表中。2.三相变压器短路实验三线变压器短路实验接线图三线变压器短路实验实际操作接线图为安全和方便起见，一般将变压器低压侧用较粗导线短路，高压侧

6、通以低电压。变压器在额定电流时的短路电压都很低，一般约为。按图接线无误后，将调压器输出端可靠地调至零位。闭合开关S1和S2，监视电流表指示，微微增加调压器输出电压，使电流达到高压侧额定值，记录该组数据于表4-3中。然后监视电流的变化，缓慢调节调压器输出电压，使短路电流在（1.10.5）的范围内，测量三相输入电流、三相功率和三相电压，共记录57组数据，填入表中。3、三相变压器短路实验实验步骤：1 将控制屏左侧的调压旋钮逆时针方向旋转到底使三相交流电源的输出电压为零，按下“停止”按钮，按图2-3接线。变压器低压线圈接电源,高压线圈经开关S接负载电阻RL，RL选用R的1300变阻器共三只，开关S选用

7、D51挂件。将负载电阻RL阻值调至最大，打开开关S。2 按下“启动”按钮接通电源，调节交流电压，使变压器的输入电压U1=UN。3 在保持U1=U1N不变的条件下，合上开关S，逐次增加负载电流，从空载到额定负载范围内，测取三相变压器输出线电压和相电流。4 (测取数据时，其中I2=0和I2=IN两点必测。共取数据7-8组记录于表2-3中。三相变压器负载实验接线图三.设备清单：序号型号名称数量1D33数/模交流电压表1件2D32数/模交流电流表1件3D34-3智能型功率、功率因数表1件4DJ12三相心式变压器1件5D42三相可调电阻器1件6D51波形测试及开关板1件四.变压器参数计算:1、计算变压器

8、的变比根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数(1)绘出空载特性曲线U0L=f(I0L)，P0=f(U0L)，cos0=f(U0L)表2-1中。(2)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。式中，P0变压器空载相电压，相电流，三相空载功率（注：Y接法，以后计算变压器和电机参数时都要换算成相电压，相电流）。3、绘出短路特性曲线和计算短路参数(1)绘出短路特性曲线UKL=f(IKL)，PK=f(IKL)，cosK=f(IKL)式中(2)计算短路参数从短路特性曲线查出对应于IKL

9、=IN时的UKL和PK值，并由下式算出实验环境温度时的短路参数式中,PK短路时的相电压、相电流、三相短路功率。折算到低压方换算到基准工作温度下的短路参数K75和ZK75，(换算方法见3-1内容)计算短路电压百分数计算IK=IN时的短路损耗4、根据空载和短路实验测定的参数，画出被试变压器的“T”型等效电路。要分离一次侧和二次侧电阻，可用万用表测出每相绕组的的直流电阻，然后取其平均值。设R/1为一次绕组的直流电阻折算到二次侧的数值，R2为二次绕组的直流电阻。rk已折算到二次侧应有联立方程组求解可得及r2。一次侧和二次侧的漏阻抗无法用实验方法分离通常取X/1=X2=5、变压器的电压变化率(1)根据实

10、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。6.根据数据绘制曲线图：变压器空载曲线图P0=f(U0L)空载曲线图U0L=f(I0L)三相变压器短路特性曲线图Pk=f(Ikl)三相变压器纯电阻特性曲线图五.原始数据、现象记录（包括各种图表）1.三相变压器空载实验数据次数UabUbcUcaIaIbIcP1P2U0LI0U01I01P0功率因素115.715.715.70.0150.00750.01300.215.70,0120.490.030.213.6218.218.218.

11、20.0160.00800.01500.318.20.0130.570.0320.316.44321.421,421.40.0190.00950.01800.521.40.0150.670.030.524.87424.224.224.20.0210.00100.0200.524.20.0140.760.030.521.9527.027.027.00.0240.0120.02200.727.00.0190.850.030.731.1630.230.230.20.0280.0140.025-0.10.930.20.0220.950.03-0.1-3.573333330.030.0150.027-0

12、.11.1330.0241.00.03-0.1-3.332.三相变压器短路实验数据次数UABUBCUCAIAIBICP1P2IkUkPk功率因素111.111.111.10.2260.2260.2260.31.60.22611.11.90.75212.112.112.10.2540.2540.2540.42.10.25412.12.60.85313.513.513.50.2830.2830.2830.62.50.28313.53.10,81414.414.414.40.3020.3020.3020.73.10.30214.43.80.87516.116.116.10.3370.3370.337

13、1.03.50.33716.14.50.82617.117.117.10,3610,3610.3611.14.50.36117.15.60.90718.618.618.60.3920.3920.3921.54.90.39218.66.40.873.三相变压器短路实验数据R1IAIBICR2IAIBICR3IAIBIC1800.0040.0040.0041800.0380.0380.0381800.0390.0390.0391700.0380.0380.0381700.0380.0380.0381700.0380.0380.0381600.0400.0400.0401600.0390.0390.

14、0391600.0390.0390.0391500.0410.0410.0411500.0420.0420.0421500.0390.0390.0391400.0420.0420.0421400.0440.0440.0441400.0400.0400.0401300.0440.0440.0441300.0460.0460.0461300.0400.0400.0401200.0480.0480.0481200.0490.0490.0491200.0410.0410.041课程设计项目名称：直流电动机启动与调速同组人：王亚楠、张绍芳、张玉凡、孔翔凯时间：一.课题分析：1.他励直流电动机的起动（1）

15、起动特性直流电动机接通电源以后，电动机的转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。对于电动机来讲，我们总希望它的起动转矩大，起动电流小，起动设备简单、经济、可靠。直流电动机开始起动时，转速n=0，此时直流电动机的反电动势(E=KEn)还没有建立起来，由电枢电阻Ra较小，Ia=uR。，所以此时电枢电流最大。另外，根据转矩公式T=KTI可知，由于电枢电流非常大，此时的起动转矩也非常大。这样大的起动电流和起动转矩，分别将对供电电源和机械装置形成强大的冲击。通常采用保证足够的起动转矩下尽量减少起动电流的办法，使电动机起动。（2）起动方法：A.电枢回路串电阻起动(降低电枢电压启动)为了限制起动电流，起动时

16、可在电枢回路串入起动电阻RST,待电动机转速上升后逐步将起动电阻切除。接人起动电阻后的起动电流为这种方法需要有一个可变电压的直流电源专供电枢电路之用。B.降低电枢压起动减压起动时，开始加在电动机电枢的端电压很低，随着转速的上升，逐步增大电枢电压，并使电枢电流限制在一定的范围内。为使励磁不受电枢电压的影响，电动机应采用他励方式。他励直流电动机的调速同交流异步电动机相比，他励直流电动机在调速方面有其独到的优点。从直流电动机的转速特性,可知，他励直流电动机可通过三种方式对电动机的速度进行调节。2.他励直流电动机的调速方法：(1)改变电枢电压调速：当保持他励直流电动机磁通为额定值和电枢回路电阻不变时，

17、降低电枢电压，可以常电动机的转速：由他励直流电动机的机械特性为。(2)调节串入电枢回路电阻调速在电枢回路串入电阻R，从串入电阻后他励直流电动机的机械特性可知，机械特性的斜率将随之增大，即不变，改变的只是n所以它和负载特性的交点随着R的变大而逐步下移，如图2-1所示：图2-1电阻调速特性曲线这种调速方法的优点是简单易行，缺点是接人电阻后电动机的效率降低，机械特性变软，（3）改变励磁电流调速这种调速方法所用设备简单调节也很方便，且效率较高。缺点是随着电动机转速的增高，电枢电流随之升高，电动机的温升升高，换向条件变坏，转速过高，还会出现不稳定的现象。3.调速的性能指标（1）调速范围与静差率调速范围是

18、指电动机在额定负载转矩调速时，其最高转速与最低转速之比，用D表示为最高转速受电动机的换向及机械强度限制，最低转速受生产机械对转速相对稳定性要求的限制。静差率或转速变换率，是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率。静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速的变换也越小。调速范围与静差率相互制约，采用同一种方法调速时，静差率数值越大，则可以得到较高的调速范围；如果静差率一定，采用不同的调速方法，其调速范围D不同（2）调速的平滑性无级调速的平滑性最好，有级调速的平滑性用平滑系数表示，其定义为：相邻两极转速中，高一级n与低一级转速n之比，即（3）调速的经济性主要考虑调速设备的初投资、调速时

19、电能的损耗、运行时的维修费用等。调速时电能的损耗除了要考虑电动机本身的损耗外，还要考虑供电电源的效率。调速设备初投资应该考虑电动机和供电电源两方面：专门设计的改变磁通调速的电动机成本较普通直流电机为高；降电枢电压调速的大功率可调压电源，成本也较高；调磁通调速一般也要专门配一可调压电源，但容量要小，成本也低些。这样综合起来考虑，电枢串电阻调速设备成本最低，而改变电源电压调速设备成本最高。二.设计电路图及分析1.选择仪器电压量程的选择如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。电流量程的选择因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的

20、5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。变阻器的选择变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回路R1可选用D44挂件的90与90串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的900与900串联电阻。2.他励直流电动机的起动准备按原理图接线。图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。直流电流表选用D31。Rf1用可调电阻器D44中的900与900电阻串联，使R

21、f1的阻值等于1800，作为他励直流电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用可调电阻器D42中的900与900电阻串联，使Rf2的阻值等于1800，作为MG励磁回路串接的电阻。R1选用可调电阻器D44中的90与90电阻串联，使R1的阻值等于180，作为他励直流他励电动机的起动电阻，R2选用可调电阻器D42中的900与900并联后再与可调电阻器D41中的6个90电阻互串联，作为MG的负载电阻。接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好三.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

22、1件5D41可调电阻器1件6D42可调电阻器1件7D51波形测试及开关板1件四.操作过程:1.检查按原理图的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路接线是否牢靠。2.将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，并将控制屏上电枢电源电压调节旋钮调至最小，作好起动准备。3.开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2（电流表A2）于校正值（100mA）并保持不变，

23、再接通控制屏右下方的电枢电源开关，调节控制屏上电枢电源电压调节旋钮，使电动机M起动。4.M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正值。（若不正确，先关断电枢电源开关，再关断励磁电源开关，用励磁电源极性对调来纠正转向，重复步骤（1）（2），使电动机M起动。）电动机M起动后，调节控制屏上电枢电源电压为220伏。减小起动电阻R1阻值，直至短接。5.合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2阻值，记录电枢电流I（电流表A3）不同值时，使MG的负载电流IF（电流表A4）改变值，即直流电动机M的输出转矩T2改变值（按不同的IF值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f(IF)，可得到M不同的输出转矩

24、T2值）。将测得数据记录到表4-1中。6.调节他励电动机的转速分别改变电动机M电枢回路的电阻R1和励磁回路的电阻Rf1，观察转速变化情况。保持励磁回路的电阻Rf1不变，改变电枢回路的电阻R1，使其增大，测转速n。将测得数据记录到表4-2中。保持电阻R1=0不变，改变励磁回路的调节电阻Rf1时，测转速n。将测得数据记录到表4-3中。7.改变电动机的转向将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将电枢（或励磁绕组）的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的

25、方向五.原始数据、现象记录（包括各种图表）他励直流电动机实验操作接线图校正直流测功机铭牌直流并励电动机铭牌并励直流电动机实验操作接线图六.数据处理与故障分析：1、改变电枢电压调速I（电流表A3电枢电流）0.150.140.140.140.130.130.130.12IF（电流表A4励磁电流）107107107107108108108108U1（电枢电压）2202011801701601250140120U2（发电机电压）-139-127-114-108-102-95-88-76转速n151313831236116610961026954820T20.02180.020390.020380.02

26、0410.01890.01520.01900.01752、改变电枢电阻调速18001200112010401000900720540360转速n1493134812141055865688503388169励磁电流IF109108108108108108108108108电枢电流I0.150.140.140.140.130.130.120.120.11发电机电压U2-138-124-112-98-80-137-65-50-373、改变励磁电流Rf10180360540720900108012601440转速n149715211562159016351686173418021890电枢电流I0.

27、140.150150.150.150.150160.160.17励磁电流IF10810192878074696361发电机电流U2-144-147-150-152-160-164-169-171-1751. 起动电阻的计算a) 选择启动电流和切换电流对应启动转矩为保证一定的加速转矩，减少启动时间，一般选择切换转矩为对应的切换电流为b) 求出起切电流（转矩）比Bc)确定启动级数mm的计算公式为m=其中d)重新计算B，校验切换电流是否在规定的范围之内e)求出各级启动电阻2. 力矩的计算3.能否直接启动，为什么？起动方法有哪些？答：不能直接起动。他励电动机的起动瞬间，转速n=0，电动势E=0，起动电

28、流,在额定电压下直接起动时，由于很小，很大，一般可达电枢电流额定值的1020倍。这样大的电流是换向所不允许的。4. 调试方法以及性能指标。答：调速方法有三种。1. 电枢回路串电阻调速。其性能指标是（1)调速方向是往下调。(2)调速的平滑性取决于调速变阻器的调节方式。如能均匀的调节变阻器的电阻值，可实现无级调速。不过，一般调速电阻多为分级调节，故未有机调速。(3)调速稳定性差，因为aR增加后，机械特性硬度降低，静差率增大。(4) 调速的经济性差，因为初期投资虽然不大，但损耗增加，运行效率低。(5) 调速范围不大，因受低速时静差率的限制。(6) 调速时允许负载为恒转矩负载。总之，这种调速方法缺点甚

29、多，所以只适用于调速范围不大，时间不长的小容量电动机中。2. 改变电枢回路电压调速。其性能指标是：（1）调速方向是往下调。(2)调速的平滑性好。只要均匀调节电枢电压就可以实现平滑的无级调速。(3)调速的稳定性要比前一种调速方法好得多，但是随着电枢电压的减小，转速的降低，稳定性会逐渐变差。这是因为电枢电压的减小时，机械特性硬度降低虽然不变，但是理想空载转速降低，静差率逐渐增大。(4)调速的经济性方面初期投资大，需专用的可调压直流电源，例如采用单独的直流发动机或晶闸管可控整流电源等，静差率逐渐增大。(5)调速范围大，远比前一种调速大得多。(6)调速时的允许负载为恒转矩负载。因为调速时的基本不变，满

30、载电流即额定电流IaN一定，因此，如果不计低速时散热能力较差，可以认为各种转速下允许输出的转矩相同，故为恒转矩调速。总之，这是一种性能优越的调速方法，广泛应用于对调速性能要求较高的电力拖动系统中。3. 改变励磁电流调，其性能指标是：(1)调速方向是往上调。(2)调速的平滑性好。只要均匀调节励磁电流的大小就可以实现无级调速。(3)调速的稳定性好，虽然励磁电流减小时，机械特性硬度下降，但是理想空载转速增加，静差率不变。(4)调速的经济性较好，因为它是在功率较小的励磁电路内控制励磁电流的，功率损耗小，运用费用低。但若采用电压可调的直流电源供电，则需增加初期投资。(5)调速范围因受机械强度、电枢反应的

31、去磁作用和换向能力的限制，最高转速一般只能达到额定转速的1.2-2倍，所以调速范围不大。(6)调速时的允许负载为恒功率负载。因为电动机的额定电流一定，减少时，允许输出的转矩减小，但因转速增加了，允许输出的功率基本上没有变化，故为恒功率调速。5. 如何实现正反转，极性改变？答：将电枢串联起动R调至最大，先切断电枢电源开关，再切断励磁电源开关，使电动机停机，在断电的情况下，将电枢的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，观察转向及转速表指针偏转方向。课程设计项目名称：利用MATLAB软件完成变压器及电机仿真同组人：王亚楠、张绍芳、张玉凡、孔翔凯一.课题分析：（包括软件介绍）（一）课题设

32、计原理：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）设计的任务：（任选五个）利用MATLAB软件完成变压器及电机仿真1、进行变压器空载运行仿真

33、设计2、进行变压器负载运行仿真设计3、进行直流电动机的转矩特性仿真设计4、进行直流电动机的机械特性仿真设计5、进行直流电动机的起动仿真设计6、进行直流电动机的调速仿真设计7、进行直流电动机的制动仿真设计8、进行三相异步电动机的机械特性仿真设计9、进行三相异步电动机的起动仿真设计10、进行三相异步电动机的调速仿真设计11、进行三相异步电动机的反转仿真设计12、进行三相异步电动机的制动仿真设计（三）设计的要求：1.基本要求：（1）完成变压器空载运行仿真设计（2）完成直流电动机的机械特性仿真设计（3）完成直流电动机的起动仿真设计（4）完成直流电动机的调速仿真设计（5）完成直流电动机的制动仿真设计（6

34、）完成三相异步电动机的机械特性仿真设计（7）完成三相异步电动机的起动仿真设计（8）完成三相异步电动机的调速仿真设计（9）完成三相异步电动机的反转仿真设计（10）完成三相异步电动机的制动仿真设计（11）完成直流电动机的反转仿真设计二.设计程序及分析1.变压器空载运行仿真设计282、直流电动机的机械特性仿真设计% 直流电动机机械特性分析% 将该函数定义为dc_mo_mec(dc_motor_mech)%-% 下面输入电机基本数据：U=220;Ra=0.17;p=2;N=398;a=1;psi=0.0103;Cpsi=0.0013;% 下面输入电磁转矩的变化范围： Te=0:.01:5; %-% 计算并励电动机机械特性：Ce=p*N/60/a;Cm=p*N/2/pi/a;n=U/Ce/psi-Ra*Te/Ce/Cm/psi2;sub