电机学matlab仿真大作业报告

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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，N S =2000kVA, kV kV U U N N 11/127/21=，50Hz ，变压器的参数

和损耗为008.0*

)

75(=C k o R ，0725.0*=k X ，kW P 470=，kW P C KN o 160)75(=。 (1)求此变压器带上额定负载、)(8.0cos 2滞后=ϕ时的额定电压调整率和额定效率。 (2)分别求出当0.1,8.0,6.0,4.0,2.0cos 2=ϕ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（),(8.0cos 0.1cos ),(8.0cos 222超前，滞后===ϕϕϕ）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0.12Ω，电枢总电阻为0.2Ω。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；

cos 的效率曲线；

（3）要画出对应不同

2

（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。

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Δu。在电机学中，电压变化率为：

)sin cos (12*

2**2*21'

21222ϕϕk k N N N N X R I U U U U U U U u +=-=-=-=∆ ①

式中 *

2I —— 负载电流的标幺值

*

*,k k X R ——短路电阻、短路电抗的标幺值

2ϕ—— 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：

KN N KN P I P S I P I P P P P

P P 2

*202*22

*20221cos 11+++-=∑+∑-==φη ② 式中 P0——额定电压时的空载损耗

KN P ——额定电流时的短路损耗

*

2I ——负载电流的标幺值

N S ——变压器的额定容量

2cos ϕ——负载功率因数

根据上式，就可以求出对应不同的2cos ϕ，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1*

2=I ，*k R ，*

k X ，2sin ϕ，2cos ϕ带入（1）式中，把 1*2

=I ，P0，KN P ，N S ，2cos ϕ带入式②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，KN P ，N S ，2cos ϕ带入①式中就可以得到η随*

2I 的

变化规律，即变压器的效率特性曲线。通过改变2cos ϕ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，通过公式N I I I 2*

2

2* 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=时，转速n 、转矩和电枢电流的关系。转

速公式为：

（1）

转矩公式为：

（2）

（3）

式中 —电枢电流

--电枢总电阻

--励磁绕组总电阻

--电动势常数

--转矩常数

--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=时，转速n 和转矩的关系。

转速公式为：

（4）

3.2.2实验分析