2023年级电气专业《电机学》课程设计指导书

《电机学》课程设计指导书适用专业：适用年级：指导教师：

电气工程及自动化2023级张闻冯翼北方民族大学电信学院二O —三年十月《电机学》课程设计指导书《电机学》课程设计指导书第第17页课程设计的目的和作用课程设计是培育和熬炼在校学生综合应用所学理论学问解决实际问题力气、进展工程实训的重要教学环节，它具有动手、动脑，理论联系实际的特点，是培育在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、擅长动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题力气的一种较好方法。《电机学》是电气工程及自动化专业的一门专业根底课，具有应用性、实践性较强的特点，无视了实践环节，学生不能很好的理解所学内容。通过设计，使学生系统、深入了解各种电机的工作原理和抽象出来的数学模型，对这门课程的生疏和理解提高到一个的水平。通过设计实践，培育学生查阅专业资料、工具书或参考书，把握现代设计手段和软件工具，并能以仿真程序及仿真结果表达其设计思想的力气。通过设计，不但要培育和提高学生学习和应用专业学问的力气，而且要在实践过程中熬炼培育正确的设计思想，培育良好的设计习惯，结实树立事实求是和严峻认真的科学工作态度。电机学课程设计是电机学课程学习的最终一个环节，通过设计不仅可以使学生更结实的把握所学学问，同时也可以为后续课程的学习打下扎实的理论根底。二、 设计题目与任务设计题目的拟定原则：结合课堂理论教学的内容，针对课程设计的目的，在规定的时间内，选择符合教学、符合学生水平、符合试验室条件的课题。1183人。设计题目〔课题题目见表一〕252周的设计时间，在指导教师的指导下独立完成规定的设计任务。三、设计指导及要求本次课程设计是在指导指导教师指导下由学生独立完成。指导指导教师的主导作用主要在于指明设计思路，启发学生独立思考，解答疑难问题和按设计进度进展阶段审查。学生必须发挥自身学习的主动性和能动性，主动思考问题、分析问题和解决问题，而不应处处被动地依靠指导指导教师查资料、给数据、定答案。同组同学要发扬团队协作精神，创精神，乐观主动的提出问题、解决问题，使大家在设计中实现学问和友情的双丰收。本次课程设计是学生第一次较全面的设计训练，它对以后的毕业设计、专业设计工作打下良好根底具有重要意义。学生在设计的全过程中必需认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精，才能在设计思想、方法和技能各方面都获得较好的熬炼和提高。设计中要正确处理参考己有资料与创的关系。设计是一项简洁、细致的劳动，任何设计都不行能是由设计者脱离前人长期阅历积存的资料而凭空想象出来。生疏和利用已有的资料，既可避开很多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的重要保证。擅长把握和使用各种资料，如参考和分析现有的软、硬件构造方案并合理地消化引用，合理选用已有的阅历设计数据，也是表达设计工作力气的重要方面。然而任何的设计任务总是有其特定的讲计要求和具体工作条件，因而又不能盲目地、机械地抄袭资料，而必需具体分析，制造性地进行设计，使设计质量和设计力气都获得提高。〔1周分散，1周集中〕6611MATLAB/SIMULINK模块和PSCAD/EMTDC软件的使用。12周学生在学院机房集中编写程序，搭建模型，进展仿真，并撰写论文，完成课程设计论文辩论。五、课程设计要求本课程设计全部题目均需设计出正确的方案，计算出相关参数，应用MATLAB/SIMULINK或PSCAD/EMTDC做出正确的仿真结果，最终整理图表、数据，完成课程设计报告的书写。六、考核方法设计成绩依据寻常考勤，仿真调试，辩论，设计说明书最终验收多个环节综合评定。答辩一般10-15分钟时间，每个学生单独进展，提问为4-5个问题，辩论指导指导教师为两人，成绩以10020-40分；50-60分；60-70分；70-80分；80-90分；90-100分六个档。〔100分，其中论文成绩：40%；辩论成绩：40%;寻常考勤：20%〕。《电机学》课程设计指导书《电机学》课程设计指导书第第37页表设计题目 设计题目〔内容〕 设计要求 人数及分工变压器运行变压器空载；变压器负载运1.SIMULK设计空载和负载〔包括纯阻性、感性、容特性计算与仿行；变压器空载合闸；变压性负载〕仿真模型，测出原副边电流电压波形；

2人，每人负真 器副边突然短路。电流

在给定单相变压器：S=1OOkVA,U1N/U2N=380/220V「1=0.14Q,「2=0.035Q,X1=0.22QX2=0.055Qrm=30Q,Xm=310Q,副边负载阻抗Zi=4+3jMatlab编写程序计算原副边电流、功率因素、励磁电流、铁损和铜损；SIMULK设计变压器空载合闸仿真模型，测出变压器铁心主磁通和励磁电流的变化过程；变压器副边突然短路：用 SIMULK设计变压器副边短路仿真模型，测出原、副边电流的变化过程。

的两项。5三相变压器检查并联条件，对满足、不1.SIMULK设计变压器并联运行的仿真模型并进展仿并联运行分析满足并联条件时的负荷安排真；状况仿真计算。 2.计算满足和不满足并联条件时的负荷安排；对仿真结果和计算结果进展分析。

2人，两人分仿真和计算3.三相变压器三相变压器〔YynO〕带不〔Yyn〕带不对称负荷的中性点位移情

SIMULK设计变压器带对称和不对称负荷运行的仿真模型并仿真；

2人，两人分对称负荷的运况。行分析

计算带对称和不对称负荷运行时中性点电压和电流。对称负荷运行仿真和计算分别承受

SIMULK设计三绕组变压器的副绕组承受不同接法分析原边与两个副边以及副的仿真模型并仿真；

2人，两人分〔Yy6,Yd5〕 边与副边绕组的电压的大小、相位在副绕组承受不同

分析各绕组在不同接法的电压大小及相位的变化。

别对副绕组不同的接法进展真与分析

接法的不同。

仿真和分析5.对称重量分如何应用对称重量分析法对1.SIMULK设计题目中要求所对应的电路模型

2人，分别完析法对 典型的非对称故障进展分“Yy”联结析。短路分析

并仿真，对仿真结果在 Matlab中编写对称重量分析的算法程序，计算三相各个序重量的大小；2.对称重量分析法所得结果的等效电路和分析矢量图的画法。

成仿真和计算6.直流电动机一台直流电机，极数为

1.求绕组节距y1、y2、y及yk； 2人，分别完综合设计

4,转子槽数、原件数和换向2.画出绕组开放图及磁极和电刷位置；20,每槽上下各放3.画出绕组支路连接图。一个原件边。单波绕法。

内容。7.直流电动机一台他励直流电动机，1.500r/min0.8TN的负载时，试

5人，共同完综合设计 数据为：PN=29可kW,UN=110V,IN=76A,nN=1000r/min，试求:

设计调速方式并计算其参数，画出机械特性图；1200r/min下放额疋负载，试设计调速方式，做机械特性图并分析过度过程中能量的损耗；试画出电机正反转运行的把握线路；试设计一个闭环把握的直流调速系统。SIMULK对所做设计进展仿真。

成设计内容，其中的一项&直流电动机用一对完全一样的直流电动1.求发电机空载时的电枢电压；3人，两人完综合设计机一发电机组，它们的励磁2.电动机电枢电压仍为110V,0.5kQ的负成计算，另两电压均为110V,电枢电阻n;人完成仿真。Ra=75Q3•SIMULK对所做求结果进展仿真进展仿真。接负载，电动机电枢电压加110V时，电动机电枢电流0.12A，绕组的转速为4500r/min。9.直流电动综合设计机Ua=110V,1•当Ua=67.5V时抱负空载转速no及堵转转矩Td；2•该电机假设用放大器把握， 放大器内阻Ri=80Q,开3人，两人完成计算，另两四空载电流lao=O.O55A，空路电压Ui=67.5V，求此时抱负空载转速 n0及堵转人完成仿真。nN=4600r/min,转矩Td。由0.03N m增加至0.04N m,求上述两Ra=80Qo种状况下的转速变化；.直流电

3.对上述结果搭建电路模型进展仿真。一台他励直流电动机，1.米用三级起动，起动电流最大值不超过

2IN，试 5人，共同完动机综合设

数据为：PN=1.75kW,

求各段电阻值，并求切除电阻时的瞬时转速和电动势，成设计内容，计五.直流电动机综合设计六

UN=110V,IN=20.1AnN=1450r/min,试求：数据为：PN=13kW,UN=220V,lN=68.7A,

并做出机械特性图；1000r/min的转速下放额疋负载，试设计调速方式计算其参数并分析过度过程中能量的损耗，作出机械特性图；试画出上述两种调速方式的把握线路图；试设计一个闭环把握的直流调速系统；SIMULK对所做设计进展仿真。Omax=30%，额定负载时米用串电阻和降压调速的调速范围并分析能量的传输及损耗；

其中的一项5人，共同完成设计内容，

电机以1200r/min的转速提升额定负载速方式并计算其参数作出机械特性图；

时的调 其中的一项12.直流电

试设计一个电机正向起动，反接制动的把握线路；试设计一个闭环把握的直流调速系统；SIMULK对所做设计进展仿真。一台他励直流电动机，1.电机带额疋负载运仃，试设计其制动方式并求出制动5人，共同完动机综合设

数据为： PN=17 初始时和转速为零的转矩，作出机械特性图；

成设计内容，计七 kW,UN=110V,IN=185

2.800r/min下放额疋负载时的调速方式计

每人主要负责A,n

算其参数并分析制动过程中能量的损耗，特性图；

其中的一项13.异步电动机综合设计一

一台绕线式异步电动机，数据为：PN=22kW,I2N=70.5A,nN=723r/min,E2N=197V,KT=3150N

试设计一个电机以500r/min,600r/min转速提升额疋负载时的把握线路；试设计一个闭环把握的直流调速系统；SIMULK对所做设计进展仿真。700r/min提升重物时，可米取的调速方式试计算其中一种调速方式的参数并作出机械特性图；800r/min下放重物时，可米取的调速方式并计算其参数作出机械特性图，分析能量的传

5人，共同完成设计内容，其中的一项-m-m。试求：递；3.试设计一个能耗制动的把握线路；4.试设计一个闭环把握的沟通调速系统；5.SIMULA所做设计进展仿真。一台绕线式异步电动机，数据为：PN=441.当最大允许的起动转矩T1=1.87TN，起动切换转T2=TN,试设计其起动级数并计算每级的电阻矩5人，共同完成设计内容，kW,l2N=110A,nN=1435值；每人主要负责r/min,E2N=243V,2.1000r/min下放重物时，可米取的调速方式其中的一项二KT=1.5，负载转矩为

并计算其参数，作出机械特性图，分析能量的传递；0.8T

。试求：

试设计一个正反转的把握线路；试设计一个闭环把握的调速系统；用SIMULK对所做设计进展仿真。异步电动机综合设

机，数据为：

1.适的降压起动方法。

请选择一个合〔假设承受自耦

5人，共同完成设计内容，计三 PN=28kW,IN=58A,nN

55%64%73%三种〕；

每人主要负责=1455r/min,cos<N=0.88，起动电流倍数

2.适的降压起动方法。

〔假设承受自耦

其中的一项KI=6，起动转矩倍数KM=1.1，过载倍数

55%64%73%三种〕；试设计降压起动的把握线路；试设计一个闭环把握的沟通调速系统；KT=2.3。供电变压器要求起4.SIMULK对定子回路串电阻降压调速进展仿真；w150A，负载起动5.SIMULKY-△降压调速进展仿真。73.5N.异步电动 一台绕线式异步电动 1.电机以800r/min的转速提升重物的调速方式并计算

5人，共同完机综合设计四 机,数据为：PN=60

其中一种调速方式的参数并做出机械特性图；

成设计内容，kW,I2N=195A,nN=960 2.1000r/min的转速下放重物的调速方式并计算每人主要负责r/min,E2N=200V,KT=2.5,负载转矩为0.8TN。试求：

其参数，作出机械特性图；试设计一个能正向起动反向制动的把握线路；设计一个闭环把握的调速系统；SIMULK对所做设计进展仿真。

其中的一项异步电动机综合设

一台两级的两相沟通伺服电1.分析推导两相绕组的磁场分布规律；动机，两绕组通以400Hz的2.求出正、反转磁场切割转子导体的速率；

2人，共同完成设计内容，计五异步电

电流，当转速nN=18000r/min，其中一相电压为零。

求正、反转磁场切割转子导体所产生的转子电流频率；分析正、反转磁场作用在转子上的转矩和方向，并比较其大小。1.要求最大转矩不超过1.5TN,承受三级串电阻调速，

每人主要负责其中的一项5人，共同完动机综合设一台绕线式异步电动，求出串联的电阻；成设计内容，计六数据为：PN=30kW,2p=6,UN=380V,nN=970r/min,求出各个电阻的损耗，并绘图作出描述；SIMULK作出机械特性图和负载特性图，分析能量其中的一项R1=R2、=0.04QX1尸X2ff”=0.06QXm=2.6Q使转的传递；4.设计调速仿真电路模型；速卜降至nN=500r/min,负5.绘制定子电流与转速调速变化的过程曲线。载为恒转矩负载。19.异步电一台绕线式异步电机，1.求满载时的转差率，绘制等效电路及矢量图；3人，共同完动机综合设

定转子绕组均为二相且均为2.求出原副边电流及励磁电流；

成设计内容，计七 Y型接法，UN=380V,nN=1444r/min,RI=R2‘=0.4,Q

X1o—

求出满载时转子每相电势的有效值及频率；求出总机械功率；SIMULK对计算结果进展仿真。

2人完成计1人完成仿真。X2o- =1QXm=40Q,4。20.同步发电机一台50000kW,13800V〔Y 1.输出功率为零时的V型曲线；

5人，共同完综合设计 连接〕