华中科技大学电机学课程设计
华中科技大学电气学院大三本科课程设计-110kv降压变电所电气部分设计
110kV降压变电所电气部分设计前言本次设计的内容为《110kV降压变电所电气部分初步设计》。
我们通过一学期的学习以对电力系统的工作原理和慨况有了一个初步的了解。
通过本次课程设计可以巩固一学期所学的知识，并把它用与实际的社会生产当中。
为以后步入社会打下坚实的基础。
我们这学期学习了电力系统的基本概念及知识，发电系统，输变电系统，电力系统负荷，电力系统各元件参数及等值电路，电力系统的短路及潮流计算，电气主接线的设计，现代电力系统的运行，发，输，变，配电系统的二次系统，电力系统继电保护和现代电力系统的的管理等。
为我们的这次课程设计打下了基础，本次课设所用到的知识只是输变电系统和电力系统的短路和潮流计算以及负荷的一般知识。
电气主接线表明电气的一次设备的连接关系，是发电厂、变电所电气部分运行、检修、操作和事故处理的一个工作平台，其设计对电气设备的选择，配电装置布置，继电保护及自动控制方式的拟定，产生决定性的影响。
搞好这次的设计任务将我们巩固本学期所学的知识，并为将来的工作做下良好的铺垫。
目录：1－2页是设计任务书。
2－5页是主变压器的选择和电气主接线方式的选择。
6－8页为短路计算。
8－11页是电气设备的选择。
11－12页为部分继电保护的整定计算。
设计任务书一：设计目的1.熟悉和巩固《电力系统工程基础》课所学的知识.2.培养分析和解决问题能力。
3学习和掌握变电所部分设计的基本原理和基本方法。
二：设计基础资料1：所址地理及气象条件本变电所为县城的新建100kV降压变电所，拟建于城西3km处，距城南原有的老变电所（35/10kV，1800kV A）约5km。
附近有公路经大道至本变电所，砂石高坡地，四周开阔。
属省2级气象区，最高气温40 ℃，最低气温为-20℃；主导风向冬季为西北风，夏季为东南风，最大风速25m/s。
海拔600m，最大冻土层厚0.6m，地震级为6级。
2：建设规模本变电所是由地区变电所通过110kV架空线路供电的终端变电所，第一期工程先上一台31500kVA的三绕组变压器，一条110kV进线。
华科电机学课程设计
华科电机学课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电机的基本工作原理，掌握电机的主要结构和功能。
2. 学生能够掌握电机类型及各自的特点，了解其在工程实践中的应用。
3. 学生能够解释并计算电机的基本参数，如电压、电流、功率、效率等。
技能目标：1. 学生能够运用电机的基本原理，分析和解决实际电机运行中的一般问题。
2. 学生能够设计简单的电机实验，通过实验操作来验证理论知识。
3. 学生能够使用适当的工具和技术，对电机系统进行故障诊断和维护。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电机学领域的兴趣，激发其探索精神和创新意识。
2. 强化学生的团队合作意识，通过合作学习培养沟通协调能力。
3. 增强学生的环保意识，理解电机在节能减排中的重要作用，培养其社会责任感。
课程性质：本课程为专业性较强的技术课程，旨在通过理论与实践相结合的方式，使学生深入理解电机的工作原理和工程应用。
学生特点：假设学生为高中年级，已具备基本的物理知识和一定的数学基础，对电机有一定的好奇心，但实践经验不足。
教学要求：课程需结合理论讲解与实验操作，注重培养学生的实践能力。
课程目标具体、可衡量，以便在教学过程中不断评估学生的学习成果，并根据实际情况调整教学策略。
二、教学内容1. 电机的基本原理与结构- 磁场与电磁感应的基本概念- 电机的主要类型及其工作原理- 电机的基本结构组成与功能2. 电机参数与性能分析- 电机电路的基本方程与参数计算- 电机的功率、效率、转速等性能指标- 电机特性曲线及其在实际应用中的意义3. 电机应用与案例分析- 常见电机类型在工业、生活中的应用案例- 电机选型原则与方法- 电机系统故障分析与维护4. 电机实验与操作- 设计简单电机实验，如电机启动、制动、调速等- 实验操作指导与安全规范- 实验数据分析与处理教学内容安排与进度：第1-2周：电机的基本原理与结构第3-4周：电机参数与性能分析第5-6周：电机应用与案例分析第7-8周：电机实验与操作教材章节关联：第1章：电机概述与基本原理第2章：电机结构与设计第3章：电机性能分析第4章：电机应用与实验教学内容根据课程目标制定，保证科学性和系统性。
华中科技大学电力系统分析课程设计报告 基于matlab的短路电流计
华中科技大学电力系统分析课程设计报告基于matlab的短路电流计2021-2021第二学期课程设计电力系统短路故障的计算机算法程序设计姓名学号班级指导教师张凤鸽1目录一、课程设计说明?????????????????3 二、选择所用计算机语言的理由???????????3 三、程序主框图、子框图及主要数据变量说明?????5 四、三道计算题及网络图?????????????9 五、设计体会???????????????????21 六、参考文献???????????????????22 七、附录（主程序及其注释）????????????232电分课设报告一、课程设计说明根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个切实可行的电力系统计算应用程序。
通过自己设计电力系统短路计算的程序，加深对电力系统短路计算的理解，同时培养自己在计算机编程方面的能力，提示自我的综合素质。
短路电流（short-circuit current）电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。
其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。
例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。
大容量电力系统中，短路电流可达数万安。
这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。
三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。
其中三相短路虽然发生的机会较少，但情况严重，又是研究其它短路的基础。
所以我们先研究最简单的三相短路电流的暂态变化规律。
二、选择所用计算机语言的理由MATLAB是一套功能强大的工程计算软件，被广泛的应用于自动控制、机械设计、流体力学和数理统计等工程领域。
工程技术人员通过使用MATLAB提供的工具箱，可以高效的求解复杂的工程问题，并可以对系统进行动态的仿真，用强大的图形功能对数值计算结果进行显示。
电机学华中科大课件-Ch
电动车
电动车的驱动系统主要由电机 、电池和控制单元组成，电机 是其中的核心部件。
风能发电
风力发电机中的发电机部分就 是一种特殊的电机，将风能转 化为电能。
家用电器
家用电器如洗衣机、电冰箱等 都使用电机作为驱动元件，实
现各种功能。
电机学的发展历程
早期发展
现代发展
电机学的发展可以追溯到19世纪初， 当时人们开始研究利用磁场和电流相 互作用产生力的原理，发明了各种类 型的电机。
03
如电机无法启动、转速异常、过热等，需要根据具体故障现象
排查原因并采取相应的处理措施。
04
CATALOGUE
交流电机
交流电机的基本原理
交流电机的基本工作原理
基于电磁感应原理，当电流在导线中变化时 ，会产生磁场，进而产生转矩使电机旋转。
交流电机的种类
分为异步电机和同步电机两大类，其中异步电机又 可以分为鼠笼式和绕线式两种。
风力发电机组中的发电机 是核心部件，随着技术的 进步，大型永磁风力发电 机组成为主流。
太阳能发电
太阳能光伏发电系统中， 电机通常用于驱动直流或 交流发电机，将太阳能转 化为电能。
新能源汽车
新能源汽车中的电机驱动 系统是关键技术之一，高 性能永磁同步电机成为主 流选择。
电机技术的未来展望
智能化控制
随着物联网、云计算等技术的发 展，电机将实现更加智能化的控 制和管理，提高能源利用效率和 系统稳定性。
随着科技的不断进步，电机学在20世 纪得到了快速发展。电力电子技术、 控制理论和计算机技术的进步为电机 的设计和控制提供了新的方法和手段 。
未来展望
随着环保和能源问题的日益突出，电 机学的发展将更加注重高效节能和可 再生能源的应用。新型电机的研发和 应用将更加广泛，如永磁同步电机、 开关磁阻电机等。同时，随着智能化 和互联网技术的发展，电机的智能化 和远程控制也将成为未来的发展趋势 。
华中科技大学_电机学__第四章_交流绕组
（4）在一定的导体数之下， 建立的磁场最强而且感应电动势最大。 因此线圈的跨距y1尽可能接近极距， 而且对于三相绕组尽可能采用 600相带。（每个极距内属于同一相的槽在圆周上连续所占有的电角 度区域称为相带）。
电角度处，可按(4－2)所划分的相带连成B、C两相绕组。 由此可得到一个三相对称绕组。
相带绕组：每个相带各占 电角度。 各个相带的槽号分布 （看表）。
3. 采用600相带可获得较大的基波电势 如右侧图比较
三、分类
按相数 ：单相和多相绕组； 按槽内层数：单层和双层； 按每极下每相槽数：整数槽和分数槽； 按绕法：叠绕组和波绕组。
连线圈和线圈组：
连 相 绕 组
连三相绕组 ： 将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕组。
△接法或者Y接法：
★
等元件式整距叠绕组
单
层
组
分
类
同心式绕组
链式绕组
交叉链式绕组 单层绕组主要用于小型异步电动机。
4.3 三相双层绕组
的三相交流电机，其定子绕组大多 采用双层绕组。（双层绕组和单层绕组的比较、交 流绕组的模型） 特点：绕组的线圈数等于槽数。 主要优点： （1） 可以选择最有利的节距，并同时采用分布绕组，
（5）用铜少；下线方便合成磁动势的波形要接近于正 弦形、幅值要大；
(2) 对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称， 电阻、电抗要平衡；
(3) 保证留下基波电动势（磁动势）而削弱谐波电 动势（磁动势）；
(4) 绕组的铜耗要小，用铜量要省； (5) 绝缘要可靠，机械强度、散热条件要好，制造
电机学精品课程
（4）电机学网络课程 ）
电机学网络课程充分利用计算机的人机交互和多媒体技术， 电机学网络课程充分利用计算机的人机交互和多媒体技术，系统 建立“电机学”交互式学习环境，供学生远程使用，也可供学生在 建立“电机学”交互式学习环境，供学生远程使用， 课后复习和教师在课堂教学中使用。内容覆盖磁路、直流电机、变 课后复习和教师在课堂教学中使用。内容覆盖磁路、直流电机、 压器、交流电机理论的共同问题、异步电机和同步电机等传统电机 压器、交流电机理论的共同问题、 学课堂教学内容。 学课堂教学内容。
直流电机(8学时)：直流电机的工作原理，基本结构，额定值， 直流电机的工作原理，基本结构，额定值，
励磁方式，空载磁场；直流电机电枢绕组特点，感应电动势， 励磁方式 ， 空载磁场 ； 直流电机电枢绕组特点 ， 感应电动势 ， 电磁 转矩，直流电动机的基本方程式； 转矩 ， 直流电动机的基本方程式 ； 直流电动机的工作特性和机械特 直流电动机的起动、调速、 性；直流电动机的起动、调速、制动 。
教学条件
（二）实验室
利用学校130万元专项资金新建了电机学教学实验室，专门设计、制造 万元专项资金新建了电机学教学实验室，专门设计、 利用学校 万元专项资金新建了电机学教学实验室 了能反映教学内容和特点的直流电机、 了能反映教学内容和特点的直流电机、异步电机和同步电机三种新式机 采用了大量高性能、智能化、现代测试系统和设备。 组，采用了大量高性能、智能化、现代测试系统和设备。 自行设计和制造的电机与拖动控制系统综合实验台集中了三种机组的各 类教学实验的要求，做到方便操作、使用灵活、结构紧凑、外形美观， 类教学实验的要求，做到方便操作、使用灵活、结构紧凑、外形美观， 为国内一流的综合实验系统。已经装备12套 每套价值10万元 万元， 为国内一流的综合实验系统。已经装备 套，每套价值 万元，学生 2～3人一组进行实验。 人一组进行实验。 ～ 人一组进行实验 即将装备建设完成的电机驱动动态数据采集与处理系统， 即将装备建设完成的电机驱动动态数据采集与处理系统，将传统的电机 学实验引入到与现代控制技术与测试手段相结合的崭新水平， 学实验引入到与现代控制技术与测试手段相结合的崭新水平，对提高和 更新学生的理论与实际应用知识都有着非常重要的意义。 更新学生的理论与实际应用知识都有着非常重要的意义。 学校为重点学科建设新投入的200万元建设经费将进一步改善实验环境。 万元建设经费将进一步改善实验环境。 学校为重点学科建设新投入的 万元建设经费将进一步改善实验环境
华科电气 电力电子课程设计报告
电气学科大类电力电子课程设计实验报告姓名学号专业班号目录一、单端反激电源原理及本实验电路原理 (3)二、主电路元件及变压器的计算与设计 (8)三、实验数据 (10)四、试验分析 (10)五、实验心得体会 (11)一、单端反激电源原理及本实验电路原理1、概述本实验是多种电力电子知识的综合，包括了单端反激电源原理、整流桥原理、触发原理、闭环控制原理等。
以下我们一次介绍。
2、单端反激电源原理（a ）反激变换器——开关管导通时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管关断时再将磁能变为电能传送到负载。
（b ）单端变换器——变压器磁通仅在单方向变化。
（a ）T 导通时的关系式 N1*为正，D1截止 ，11s s di d V L N dt dtφ==Son DT T =11sSV i DT L ∆=⋅1sSV DT N φ∆=⋅1max101101sSV ii i i DT L =+∆=+01sm SV DT N φφ=+⋅(b) 单端反激变换器TR-+V（b ）T 阻断时的关系式(c)综合通、断两种情况的关系式1）在T 阻断期结束，T 再次开始导通的瞬间，电流从N2的转到N1绕组的电流初值为i10 ，所以2） 稳态运行时在一个周期TS 中增加的磁通应等于减少的磁通量 ，所以得到输出直流电压平均值22022max 112121i L i L =2201max 1N i N i ⋅=⋅max 12120i N N i ⋅=0222V dt d N dt di L -==φS T D L V i i )1(2020min 2--=S T D N V )1(2-='∆φ(b) 单端反激变换器TR-+V )/(12min 210N N i i ⋅=20sN DV V =3） N1绕组的最大电流：（d ）关系式N2绕组的最小电流电流i2不断流的条件i2min ≥0，所以有开关管阻断、D1导通时承受的正向电压00201max111212s s S S s V I V N I V i DT DT V D L N D L =+=+-1002min 212s S s N V I V iDT N V D L ⎛⎫=-⎪⎝⎭2221001)1(2D N N I V f L -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛≥1(1)M D >-222110)1(2D N N fL V I -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅≥RfL N N V fI L N N D 112001122121-=-≥max 0121100221T s A s DFs s V V v N V v N N V N V V V N D N D=+=+⋅=+⋅==⋅-(b) 单端反激变换器TR-+V3、其他原理1、整流桥将交流电压整流为直流电压。
电机学部分课程设计任务书
电机学课程设计任务书一、课程设计目的和要求1 目的通过设计实践，培养学生查阅专业资料、工具书或参考书，掌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能力。
2 要求1）搭建系统仿真电路还或者搭建实际电路；2）提供仿真系统参数，（可自行设计或使用题目提供相关参数）；3）绘制相关参数曲线；4）分析对比相关控制参数，给出相应结论。
二、原始资料1 直流开环调速（可在实验台上自行搭建）依据上图建立的直流开环调速系统仿真模型；电动机额定参数:UN =220V,IN=136A,Nn=1460r/min，四极，Ra=0.21Ω，GD2=22.5N·m2。
励磁电压Uf =220Ⅴ ,励磁电流If=1.5A。
采用三相桥式整流电路,设整流器内阻R=0.05Ω。
平波电抗器Ld=20mH。
题中仅给出电动机额定参数，电源、变压器等参数必须根据电动机要求进行设计和计算。
观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的控制角a=30°，45°，60°，75°时转速、转矩和电流变化，总结开环直流调速系统特点。
2 转速闭环控制的直流调速系统（可在实验台上自行搭建）依据上图建立转速闭环控制的系统仿真模型；电动机额定参数:UN =220V,IN=136A,Nn=1460r/min，四极，Ra=0.21Ω，GD2=22.5N·m2。
励磁电压Uf =220Ⅴ ,励磁电流If=1.5A。
采用三相桥式整流电路,设整流器内阻R=0.05Ω。
平波电抗器Ld=20mH。
题中仅给出电动机额定参数，电源、变压器等参数必须根据电动机要求进行设计和计算。
分别采用比例调节，比例-积分调节，带电流截止负反馈调节三种方法观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的转速响应、电压响应和电流响应变化，总结转速闭环控制直流调速系统特点。
3 直流双闭环调速系统（可在实验台上自行搭建）依据上图建立的直流双闭环调速系统仿真模型；电动机额定参数:UN =220V,IN=136A,Nn=1460r/min，四极，Ra=0.21Ω，GD2=22.5N·m2。
华中科技大学版【电机学】（第三版）电子讲稿【第四章】
华中科技⼤学版【电机学】（第三版）电⼦讲稿【第四章】第四章：交流绕组及其电动势和磁动势主要内容：交流绕阻的构成，即绕阻连接规律及电势和磁势。
交流电机分：同步：主要作为发电机，也可作为电动机和补偿机异步：主要作为电动机，有时也作发电机上述两⼤类交流电机虽然激磁⽅式和运⾏特性有很⼤差别，但电机定⼦中发⽣的电磁现象和机电能转换的原理却基本上是相同的，因此存在许多共性问题，可统⼀进⾏研究，这就是本章所要研究的交流电机的绕组，电势，磁势问题。
这些问题对于以后分别研究异步电机和同步电机的运⾏性能有着重要意义。
4-1交流绕组的构成和分类本节介绍交流绕组的连接⽅法。
电磁作⽤都与绕组有关，绕组构成了电机的电路部分，是电机的核⼼，必须对交流绕阻的构成和连接有⼀个基本了解。
⼀、交流绕组的构成原则虽然绕组的型式各不相同，但它们的构成原则基本相同，基本要求是：（1）电势和磁势波形要接近正弦波，数量上⼒求获得较⼤基波电势和基波磁势。
为此要求电势和磁势中谐波分量尽可能⼩。
（2）对三相绕组各相的电动势，磁动势必须对称，电阻电抗要平衡。
（3）绕阻铜耗⼩，⽤铜量少。
（4）绝缘可靠，机械强度⾼，散热条件要好，制造⽅便。
⼆、交流绕阻的分类按相数分：（1）单相（2）多相（两相，三相）按每极每相槽数分：（1）整数槽（2）分数槽按槽内层数分：（1）单层（2）双层（3）单、双层按绕阻形状分：（1）叠绕（双层）（2）波绕（双层）（3）同⼼式（单层）（4）交叉式（单层）（5）链式（单层）本章主要介绍三相整数槽绕阻4-2三相双层绕阻本节介绍三相双层绕组展开图。
对于10kw以上的三相交流电机，其定⼦绕组⼀般均采⽤双层绕组。
双层绕组每个槽内有上、下两个线圈边，每个线圈的⼀个边放在某⼀个槽的上层，另⼀个边则放在相隔节距为y1槽的下层，如图5-1所⽰，见P 136 P113绕阻的线圈数正好等于槽数在介绍双层绕组之前，⾸先介绍⼀些有关的知识⼀、双层绕组的优点1、可选择最有⼒的节距，以改善电势、磁势波形；2、线圈尺⼨相同便于制造；3、端部形状排列整齐，有利于散热和增加机械强度。
电机学课程设计-华中科技大学
学号U200912039专业班号电气0910姓名刘浩田指导教师杨凯日期2011年12月30日报告成绩一、设计题目一台绕线式异步电动机，Y/y 连接，已知数据为：额定功率P N =120kW ，f = 50 Hz ，2p =4，U n = 380 V ，n N = 1440r/min ，R 1 =0.02Ω，R 2 ‘=0.04 Ω，x 1σ = x 2σ’=0.06Ω，x m = 3.6Ω，k i = k e = 0.02，忽略铁耗。
试求：若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到1000 r/min ，采用转子绕组串电阻调速，计算电阻及其它参数，做出机械特性图，分析能量的传递。
用Matlab 中的SIMULINK 设计调速仿真模型(其余仿真参数可自行设定)，并仿真调速前后定子电流与转子转速波形。
二、设计过程1.原理描述交流电动机调速的主要理论依据是： ()()160fn n 1s p 1s =-=-式中： f ： 电源频率P ： 电动机的极对致s ：转差率要实现调速主要就是通过改变上述三个参量f 、p 、s ，本次设计要阐述的串电阻调速属于改变转差率调速中的一种。
该方案主要原理就是在电动机转子侧串接不同阻值的电阻，使得电动机运行在不同的给定特性曲线上（如下图1）。
其主要优缺点在于：1 ．对电网的容量、电压波动等要求不高；2 ．起动特性较好，可以控制起动电流，但不影响起动转矩；3 ．控制方案简便易行，系统造价较低，前期投入小；4 ．有级调速。
电阻设计一旦确定，则速度档不易改变；5 ．低速时，机械特性较软。
转速受转矩变化影响很大，效率较低。
图1 绕线式异步电动机转子串电阻调速的机械特性2.参数计算绕线式异步电动机T形等效电路如下图2绕线式异步电动机T 形等效电路图转子电感 1110.060.0001912100s x L H f σππ=== 定子电感 ''2110.060.0001912100r x L H f σππ===励磁电感 1 3.60.01152100m m x L H f ππ=== 额定负载转矩 N n N P 120000T 795.8m 2n 214406060N ππ===⋅⨯同步转速 0160/6050/21500/min n f p r ==⨯= 额定转差率 N 15001440s 0.041500-==调速前的电磁转矩 '2211em '2'221112R m pUs T R2f [(R )(X X )]sσσπ==+++876.3N m ⋅ 调速后的转差 1150010001s 15003-==要求为恒转矩调速，则有：''22N 1R R R s s Ω+=由上式可得 'R 0.29Ω=Ω转子串电阻过程中，只要负载转矩不变，电机的定、转子电流也不变，在串电阻调速过程中，电机电流均为额定电流。
电机学第六版课程设计
电机学第六版课程设计一、设计背景电机是现代工业中广泛使用的一种能量转换设备，应用于各种机械设备、交通运输工具、家用电器等领域。
因此，电机学是电气工程学科中的重要基础课程。
为了更好的培养电机学相关专业的学生，深入了解电机的原理和应用，在电机学第六版课程教学中，设计了一系列基于实例应用的课程设计。
二、设计目标本次课程设计旨在通过具体的案例应用，帮助学生深入理解电机的工作原理，掌握电机的基本参数和常见故障的排查方法。
同时，本次课程设计也要求学生掌握电机选型和控制方法，提高解决实际问题的能力。
三、设计内容1.了解电机的基本原理和分类在本设计中，学生需要通过阅读电机学第六版相关章节的教材资料，了解电机的基本原理和分类。
学生需要掌握电机转子和定子的结构、磁场的作用和变化规律、电机的分类和常见应用等方面的基本知识。
2.仿真分析电机的运行状态课程设计中，将学生要求结合实际案例，利用MATLAB等电力仿真软件，分析电机在不同工况下的运行状态，包括空载和带载运行状态，以及启动、制动、反转等操作过程中的电机电流、电磁力、转速等关键参数。
3.掌握电机的控制方法通过实验室实际操作和仿真分析，学生需要掌握开关式变频器的控制方法，能够根据不同的应用情况，选择合适的控制方式（如V/F控制、矢量控制等）控制电机运行。
4.解决电机常见故障在实验室操作中，学生将会接收到电机常见故障信息（如过热、断电、堵转等情况），并且需要采取相应措施解决这些问题。
这样，学生们不仅可以加深对电机的理解，还可以提高解决实际问题的能力。
四、学生要求•具备电工电子等相关专业基本知识•掌握C/C++编程或MATLAB/Simulink软件的应用基础知识•勤奋刻苦，耐心细致，积极进取五、课程设计效果经过本次课程设计，学生将会对电机的原理和应用有一个全面的认识，掌握电机的基本参数和控制方法，可以更好的应用电机于实际生产实践。
同时，增强了学生解决实际问题的能力和创新精神，为学生今后的实践工作打下了坚实的基础。
华中科技大学电气学院电机学课程设计
电气与电子工程学院《电机学》课程设计设计题目异步电动机的调速与仿真指导老师杨凯班级电气1201班姓名H X学号U2012XXXXX完成日期2015 年 3 月 2 日目录一、课程设计题目 (3)二、设计过程与结果 (4)异步电动机调速基本原理： (4)条件中的参数计算： (4)任务一： (5)任务二： (9)任务三： (13)用SIMULINK设计调压调速仿真模型 (21)误差分析： (28)三、实验总结 (29)四、参考文献 (30)一、课程设计题目一台绕线式异步电动机，Y/y连接，已知数据为：额定功率P N = c0 kW，f = 50 Hz，2 p = c1，U n = 380 V，n N = c2 r/min，R1 = R2' = 4Ω，x1σ = x2σ'= 6Ω，x m = 120Ω，k i = k e = 0.02，忽略铁耗。
各参数为：c0 =1.1c1 =4c2 =1440c6 =500任务要求：①若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到c6r/min，采用调压调速方式并计算其参数，做出机械特性图，分析能量的传递。
②若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到c6 r/min，采用变频调速方式并计算其参数，做出机械特性图，分析能量的传递。
③若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到c6r/min，要求最大转矩不超过1.5 T n，采用转子绕组串电阻调速，计算其级数及其它参数，做出机械特性图，分析能量的传递。
④用Matlab中的SIMULINK设计调压调速仿真模型(其余仿真参数可自行设定) ，并仿真调速前后定子电流与转子转速波形。
⑤对仿真结果和计算结果进行分析。
二 、设计过程与结果异步电动机调速基本原理：根据异步电机的转速公式：n =(1−s )n 1=60f 1p(1−s) 异步电动机的调速方式有以下三种： （1） 变极调速，即改变极对数2 p 调速； （2） 变频调速，即改变频率f 1调速；（3） 改变转差率s 调速，题目中的变压调速与转子绕组串电阻调速都属于改变转差率调速。
电机学的课程设计
电机学的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握电机的基本结构、工作原理及分类。
2. 学生能够描述并解释电机在不同应用领域的功能及作用。
3. 学生能够掌握电机的主要性能参数，并运用相关公式进行计算。
技能目标：1. 学生能够运用电机学知识，分析并解决实际电路中电机相关问题。
2. 学生能够正确使用实验仪器，进行电机性能测试，并处理实验数据。
3. 学生能够设计简单的电机控制系统，实现电机的启动、停止和调速。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习电机学，培养对物理学科的热爱和兴趣，增强探究精神。
2. 学生能够认识到电机在日常生活和国家发展中的重要作用，提高社会责任感和使命感。
3. 学生通过合作学习，培养团队协作能力和沟通交流能力，形成积极向上、互帮互助的学习氛围。
课程性质：本课程为电机学基础知识课程，旨在帮助学生建立电机学的基本概念，提高解决实际问题的能力。
学生特点：初三学生具备一定的物理基础知识，具有较强的求知欲和动手能力。
教学要求：结合学生特点，采用讲解、实验、讨论等多种教学方法，注重理论联系实际，提高学生的知识运用能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，鼓励学生积极参与，充分调动学生的学习积极性。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 电机的基本概念：介绍电机的定义、分类及用途，重点讲解电机在日常生活和工业中的应用。
教材章节：第一章 电机概述2. 电机的工作原理：详细讲解电机的工作原理，包括电磁感应、电磁力等基本概念。
教材章节：第二章 电机的工作原理3. 电机结构及参数：介绍电机的主要结构，如定子、转子、绕组等，以及电机的主要性能参数。
教材章节：第三章 电机结构及参数4. 电机启动、运行和调速：讲解电机的启动方法、运行特性及调速原理。
教材章节：第四章 电机启动、运行与调速5. 电机应用实例：分析电机在不同领域的应用，如家用电器、工业生产等。
华中科技大学电机学课件
目录华中科技大学电机学目录下页第一篇12第二篇3第三篇4第四篇5第五篇目录 1 绪论下页�电机在国民经济中的作用�电机的分类�电机学课程性质和学习方法�电机学中常用的电工定律目录电机在国民经济中的作用下页�电能是现代社会最主要的能源，并对人类文明的发展起到了重要的推动作用。
�电机是和电能的生产、输送与利用密切相关的能量转换机械 。
�电机不仅是国民经济各行业中的重要或关键设备，而且在人们日常生活中的应用也越来越广泛。
目录电机的用途下页发电机电机的主要类型变压器电动机下页目录发电机的用途火电厂：将燃料燃烧的热能转换为电能。
水电厂：将水流的势能转换为电能。
核电厂：将原子核裂变的原子能转换为电能。
风电场：将风能转换为电能。
�用于发电厂�用于独立系统中的用于独立系统中的发电机发电机发电机。
目录火力发电厂原理图下页火力发电厂原理图火力发电厂原理图目录变压器的用途下页�主要用于各级变电站中。
�改变交流电能的电压，实现交流电能的经济输送和合理分配。
下页目录电力系统示意图水力发电厂110kV220kV110kV调相机220kV6kV35kV380/220V220k V 220k V110kV水力发电厂220k V110kV10.5kV火力发电厂火力发电厂110kV照明电动机图例发电机双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器=GSGSGS GS GSM 3~M 3~GS GSGSGSGS目录电动机的用途下页�作为原动机，拖动各种机械设备。
�据统计，我国电动机的耗电量约占发电量的60% 。
�工业�农业�交通运输业�航天、航空、航海行业�国防、文化教育、医疗卫生、IT等行业�日常生活目录电动机的用途下页�工业机床、机器人、轧钢机、纺织机、造纸机、风机、水泵、压缩机、吊车、卷扬机、传送带等。
�农业电力排灌设备、脱粒机、碾米机、榨油机、粉碎机等。
�交通运输业电气机车、磁悬浮列车、城市轨道列车、无轨电车、电动汽车等。
目录电动机的用途下页�航空和航海业有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。
电机学课程设计
2010 级《电机学》课程设计组员张丰伟、彭永晶彭鸿昌、邱天、李彦青所在院系电气与电子工程班级电气1004班日期 2013年3月作业评分评阅人一、设计题目题目：铁心磁路计算铁心磁路如图所示，磁路尺寸为：1δ=3mm 、2δ=2mm 、w=125mm 、h=150mm 、N 1=2N 2=100匝，铁芯宽度l=50mm 、铁心厚度d=50mm 。
铁芯宽度和厚度均匀，忽略铁芯磁场边缘效应。
1．假设铁芯的磁导率为无穷大，（1）若I 2=0，Φ1=6mWb ，求I 1（2）若I 1=10A ，I 2=20A ，求Φ1和Φ2。
2．若铁芯材料为DR510钢片（磁化曲线见教材），若I 2=0，Φ1=6mWb ，求I 1和Φ1。
3．若I 1=10A ，I 2=20A ，编写程序，求Φ1和Φ2。
二、设计过程由磁路基尔霍夫第一定律∑φ=0，可得213φφφ-=，由于铁芯宽度和厚度均匀，截面积相等，则321B B B -=由磁路基尔霍夫第二定律∑∑∑∑===m R Hl Ni F φ，得:[]()[]()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+-+-++=-+++-++=⋅⋅l h H B l h w H I N l h H B l h w H I N 30222222301111113232μμδδδδ磁场关系:H B μ= 则方程为：[]()[]()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-=+-+-++=-+++-++=⋅⋅i Fe i H B B B B l h H B l h w H I N l h H B l h w H I N μμμ21330222222301111113232δδδδ1．假设铁芯的磁导率为无穷大，（1）若I 2=0，Φ1=6mWb ，求I 1（2）若I 1=10A ，I 2=20A ，求Φ1和Φ。
铁芯的磁导率为无穷大，则铁芯磁路H=0，方程化简为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-=022*******μμδδB I N B I N （1）将I 2=0，Φ1=6mWb 带入上式方程，得I 1=57.2958A（2）将I 1=10A ，I 2=20A 带入上式方程，得B 1=0.418879T ，B 2=-0.628319T ，则Φ1=B 1ld=1.04720mWb ，Φ2=B 2ld=-1.57080mWb2．若铁芯材料为DR510钢片（磁化曲线见教材），若I 2=0，Φ1=6mWb ，求I 1和Φ1。
电机学第六版课程设计菲茨杰拉德刘新正) (2)
电机学第六版课程设计1. 引言电机学是电机与变频器控制中不可或缺的一门课程，该课程为电机运行提供了理论基础和必要知识。
本文介绍电机学第六版课程设计，为学生提供关于电机学的实践机会，并加深对电机学科的理解。
本次课程设计根据教材《电机学第六版》（菲茨杰拉德、刘新正编著）进行设计。
2. 实验目的本次电机学课程设计的主要目的如下：1.培养学生的电路分析能力；2.掌握电机运行特性；3.实践环节：设计电机调速系统及调速特性测试。
3. 实验原理3.1 电机的基本概念电机是指能够将电能转换成机械能的电器设备。
常见电机包括直流电机、异步电机、同步电机、步进电机等。
电机的运行原理主要与磁场作用有关，通常分为感应电动机和永磁电机。
3.2 电机调速系统设计电机调速系统是电机控制中的重要环节，可以通过调节电压、频率、转矩等参数来实现电机的速度调节。
常用的电机调速方式包括电压调速、频率调速、变极数调速、电流调速等。
3.3 调速特性测试在电机调速系统设计完成后，需要进行调速特性测试，以验证设计结果和电机性能。
常用的调速特性测试包括启动特性测试、定时响应测试、速度响应测试、负载特性测试等。
4. 实验设计4.1 实验装置本次课程设计需要用到以下设备：•三相感应电动机（或步进电机）；•变频器（或直流电源）；•电流表（或电压表）；•速度传感器（或旋转角度传感器）；•电路板（或实验箱）。
4.2 实验步骤4.2.1 电机调速系统设计根据教材第4章和第6章内容，使用变频器（或直流电源）设计电机调速系统，调试后使得电机能够平稳起动、停止，并能够通过调节电压、频率、转矩等参数实现电机的速度调节。
4.2.1 调速特性测试1.启动特性测试在电机调速系统设计完成后，首先进行启动特性测试。
测试目的是验证电机是否能够平稳起动，并能够在指定时间内达到设定转速。
测试时应记录电机起动时间、起动电流、起动转矩等参数。
2.定时响应测试在电机稳定运行后，进行定时响应测试。
华中科技大学版【电机学】(第三版)电子讲稿【第二章】
第二章：变压器主要内容：变压器的工作原理，运行特性，基本方程式等效电路相量土，变压器的并联运行及三相变压器的特有问题。
2-1变压器的工作原理本节以普通双绕组变压器为例介绍变压器的工作原理，基本结构和额定值。
一、 基本结构变压器的主要部件是铁心和绕组，它们构成了变压器的器身。
除此之外，还有放置器身的盛有变压器油的油箱、绝缘套管、分接开关、安全气道等部件。
主要介绍铁心和绕组的结构。
1、铁心变压器的铁心既是磁路，也是套装绕组的骨架。
铁心分：心柱：心柱上套装有绕组。
铁轭：形成闭合磁路为了减少铁心损耗，通常采用含硅量较高，厚度为0.33mm 表面涂有绝缘漆的硅钢片叠装而成。
铁心结构的基本形式分心式和壳式两种心式：铁轭靠着绕组的顶面和底面。
而不包围绕组侧面，见图2-2特结构较为简单，绕组的装配及绝缘也较为容易，所以国产变压器大多采用心式结构。
（电力变压器常采用的结构）壳式：铁轭不仅包围顶面和底面，也包围绕组的侧面。
见图2-3，这种结构机械强度较好，但制造工艺复杂，用材料较多。
铁心的叠装分为对接和叠接两种对接：将心柱和铁轭分别叠装和夹紧，然后再把它们拼在一起。
工艺简单。
迭接：把心柱和铁轭一层一层的交错重叠，工艺复杂。
由于叠接式铁心使叠片接缝错开，减小接缝处的气隙，从而减小了励磁电流，同时这种结构夹紧装置简单经济可靠性高，多采用叠接式。
缺点：工艺上费时2、绕组绕组是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。
接入电能的一端称为原绕组（或一次绕组）输出电能的一端称为付绕组（或二次绕组）一、二次绕组中电压高的一端称高电压绕组，低的一端称低电压绕组高压绕组匝数多，导线细；低压绕组匝数少，导线粗。
因为不计铁心的损耗，根据能量的守恒原理S I U I U ==2211 （s 原付绕组的视在功率）电压高的一端电流小所以导线细从高低压绕组的相对位置来看，变压器绕组可以分为同心式和交叠式两类同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。
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《电机学》课程设计
单绕组变极双速异步电机
学院电气与电子工程学院专业电气工程及其自动化班级
学号U*********
姓名
日期2014年2月20日成绩
指导教师周理兵
电机学课程设计任务书
（201107班-周理兵组19位同学用）2014.1.10
课题：单绕组变极双速三相交流绕组设计
说明：一台三相鼠笼型交流异步电动机，定子一套绕组，若采用绕组（引出线）改接变极调速实现双速运行，则称为单绕组变极双速交流绕组。
任务要求：
（1）定子48槽，4/8极，采用双层叠绕组，支路数、相带和节距自选；
（2）绕组引出线6根；
（3）画出两种极数下对应的槽电势星型图和三相绕组联接图；
（4）根据所选节距和绕组方案，分析两种极对数下气隙基波磁密关系；
（5）计算两种情况下相应的绕组系数，并分析谐波情况。
***每位同学必须独立完成设计和提交报告；
设计报告必须在下学期开学第一周五下午5点钟之前交到电机楼202；
若设计报告出现雷同（含部分雷同），则相互雷同的同学均取消成绩
目录
【题目分析】 (1)
【变级原理】 (1)
【接线方式】 (2)
【绘制槽电动势星型图】 (3)
【分相】 (4)
【节距的分析与确定】 (4)
【绘制绕组展开图】 (5)
【分析气隙基波磁密】 (8)
【绕组系数与谐波分析】 (9)
【小结】 (9)
【题目分析】
三相鼠笼型交流异步电动机，转子是鼠笼型，其相数、极对数自动与定子保持一致，异步电动机的转差率s =
n 1−n n 1
，又因为s 很小，这样n ≈n 1＝
60f 1p。
由
此可见，当极对数改变后，异步电动机的转速会发生改变。
【变级原理】
参见课本《电机学（第三版）》中P262-P263有如下的变极原理。
如图1.1有一个四级电机的A 像绕组示意图，在如图的电流方向a1→x1→a2→x2下，它产生了磁动势基波级数2p=4。
如图1.2 改接，即a1与x2连接作为首端A ，x1与a2相连接，作为末端X ，则它产生的磁动势基波极数2p=2，这样就实现了单绕组变极。
图1.1 变极原理 2p=4
图1.2 变极原理 2p=2 注：（a ）（b ）两个图 只是说明变极的原理，本题目中单绕组变极双速要求引出线是6根，所以其接线不能按照以上的简单方式。
应该让X ，Y ，Z 三个末端连接起来，当处于8极时选取a=1，使其在A---X 的中间引出一根导线作为A1，当A 、B 、C 接三相电，此时电动机处于8极，慢速运行。
当将A 、B 、C 短接，A1、B1、C1接三相电，这样电机就处于4极，高速运行。
具体如下：
【接线方式】
常用的单相变极方式有反向法变极和换相法变极，其中反向法变极的接线方式更为简单，更为常用以Y/YY 变极接线方式为例简单说明：
图1.3 三相绕阻变极接线方式实例（Y/YY 变极）
说明 1.图中虚线表示可能有多个元件相串联，此图仅画出两个表示原理； 2.图中蓝色线表示将三相的末端XYZ 连接起来的线。
3.图中的箭头表示在ABC 接三相电时电流的方向。
4.具体的绕组展开接线见后面的图1.10. 参见课本《电机学（第三版）》中P262-P263有如下的变极接线方式。
图1.4 Y/YY 变极法
图1.5 △/YY 变极法
参见《实用电机设计计算手册》中，P47页说明了对于双速倍极比4/8，一般采用的是单绕组，反向法变极，绕组的接线方式有YY/△，YY/Y 等。
图1.4左侧Y 接，
2p 对极，A 、B 、C 接电源。
图1.4右侧YY 接，p 对极，A 、B 、C 短接，A1、B1、C1接电源。
图1.5左侧△接，2p 对极，A 、B 、C 接电源。
图1.4右侧YY 接，p 对极，A1、B1、C1短接，A 、B 、C 接电源。
A 相黄色
B 相绿色
C 相红色 蓝色为中
见课本P263图
见课本P263图
【绘制槽电动势星型图】
虚槽数Z i=uZ=2×48=96每一个元件有两个元件边，每一个换向片同时接有一个上元件边和一个下元件边，元件数S与换向片数K相等；又由于每一个虚槽亦包含上、下两个元件边，即虚槽数也与元件数相等：S=K=Z i=96
图1.6 4极槽电动势星型图（30°相带）
图1.7 8极槽电动势星型图（60°相带）
【分相】
【节距的分析与确定】
若接入的三相电不是标准的正弦波，可以将其傅里叶分解为：基波+3次谐波+5次谐波+7次谐波+9次谐波+……，由于三相对称绕组，所以在其绕组中不能通过3次谐波以及3的倍数次谐波，那么这个电机的设计时在第一节距的选择的过程中主要考虑减小5次谐波和7次谐波。
以下公式同样的适用于基波。
谐波相电动势的有效值为：EΦν=4.44Nk NνfνΦν
第ν次谐波的绕组系数为：k Nν=k yνk qν
第ν次谐波的短距系数为：k yν=sin（νy1
τπ
2
）
第ν次谐波的分布系数为：k qν=sin qνa1
2 qsinνa1
2
第ν次谐波的槽距电角：νa1
为了消除5,7次谐波，可以使得k yν=sin(νy1
τπ
2
)=0这样得出y1=(1−1
ν
)τ
在4极τ=12时，要消除5次谐波可以使用y1=(1−1
ν
)τ=8
要消除7次谐波可以使用y1=(1−1
ν
)τ≈10
为了同时削弱5次和7次谐波可以使用y1=5
6
τ=10
)τ≈5
在8极τ=6时，要消除5次谐波可以使用y1=(1−1
ν
)τ≈5
要消除7次谐波可以使用y1=(1−1
ν
τ=5
为了同时削弱5次和7次谐波可以使用y1=5
6
以上说明了不能同时在4极和8极采用同一种节距来消除谐波，这就要综合考虑，取整节距是不能减小谐波的，长距和短距相比一般选择短距，因为长距比较浪费导线，选取对于极距为6时，可以考虑节距为4，5，对于极距为12的可以考虑节距为7，8，9，10，11。
同时考虑到基波的幅值。
使用上面的公式计算各参数如表：
极数2p 极距τ第一节距短距系数k yν分布系数k qν绕组系数k Nν
根据上表格的计算结果。
首先要考虑到基波的绕组系数要较大，其次再考虑5次谐波和7次谐波的绕组系数要较小。
综合4极和8极使得其基波的绕组系数都在0.8以上，与此同时，其5次谐波和7次谐波的绕组系数在0.2左右。
所以将节距定在8是最合适的。
【绘制绕组展开图】
在本次设计中，在8极时，我选取的并联支路数是a=1，在4极时，我选取的并联支路数是a=2，参见上面的图1.4和图1.5两种变极接线方式，这里我选取Y/YY变极接线方式来说明，根据上面分析的节距为8和选择可以画出其绕组展开图。
线圈连接表可以根据槽电动势星型图和选取的节距来确定
单绕组变极双速异步电动机绕组展开图可以根据线圈连接表来确定
表1.3 8极时线圈连接表（a=1）
跟据上面的接线可以顺利地得到在三角形状态下的Y/YY接线如下
图1.8 Y接，8极，A、B、C接电源a=1
图1.9 YY接，4极，A、B、C短接，A1，B1，C1接电源a=2 注：凡是数字左大右小是从首端连接，反之亦然。
在Y/YY接法中，三相的末端XYZ一直是连接在一起的，只不同的是在Y连接中从ABC接入三相电，在YY连接中将ABC短路，从A1、B1、C1接入三相电。
下面将画出其三相双层叠绕组展开图：。