電機學(xué)matlab仿真大作業(yè)報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于MATLAB的電機學(xué)計算機輔助分析與仿真實驗報告一、實驗內(nèi)容及目的1.1 單相變壓器的效率和外特性曲線1.1.1 實驗內(nèi)容一臺單相變壓器，=2000kVA, ，50Hz，變壓器的參數(shù)和損耗為，。(1) 求此變壓器帶上額定負(fù)載、時的額定電壓調(diào)整率和額定效率。(2) 分別求出當(dāng)時變壓器的效率曲線，并確定最大效率和達到負(fù)載效率時的負(fù)載電流。(3) 分析不同性質(zhì)的負(fù)載（）對變壓器輸出特性的影響。1.1.2 實驗?zāi)康模?） 計算此變壓器在已知負(fù)載下的額定電壓調(diào)整率和額定效率 （2） 了解變壓器效率曲線的變化規(guī)律（3） 了解負(fù)載功率因數(shù)對效率曲線的影響（4） 了解變壓器電壓變

2、化率的變化規(guī)律（5） 了解負(fù)載性質(zhì)對電壓變化率特性的影響1.1.3 實驗用到的基本知識和理論（1） 標(biāo)幺值、效率區(qū)間、空載損耗、短路損耗等概念（2） 效率和效率特性的知識（3） 電壓調(diào)整率的相關(guān)知識1.2串勵直流電動機的運行特性1.2.1實驗內(nèi)容一臺16kw、220V的串勵直流電動機，串勵繞組電阻為0.12，電樞總電阻為0.2。電動勢常數(shù)為.電機的磁化曲線近似的為直線。其中為比例常數(shù)。假設(shè)電樞電流85A 時，磁路飽和(為比較不同飽和電流對應(yīng)的效果，飽和電流可以自己改變）。試分析該電動機的工作特性和機械特性。1.2.2實驗?zāi)康模?）了解并掌握串勵電動機的工作特性和機械特性（2）了解磁路飽和對電動

3、機特性的影響1.2.3實驗用到的基本知識和理論（1）電動機轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電流、磁化曲線等（2）串勵電動機的工作特性和機械特性，電動機磁化曲線的近似處理二、實驗要求及要點描述2.1 單相變壓器的效率和外特性曲線（1）采用屏幕圖形的方式直觀顯示；（2）利用MATLAB編程方法或SIMULINK建模的方法實現(xiàn)；（3）要畫出對應(yīng)不同的效率曲線；（4）要畫出對應(yīng)阻性、感性、容性三種負(fù)載性質(zhì)的特性曲線，且通過額定點；（5）要給出特征性的結(jié)論。2.2串勵直流電動機的運行特性（1）采用屏幕圖形的方式直觀顯示（2）利用編程方法或MATLAB的函數(shù)調(diào)用方法實現(xiàn)；（3）畫出串勵直流電動機的運行特性和機械特性曲

4、線；（4）給出特征性的結(jié)論。三、基本知識及實驗方法描述3.1 單相變壓器的效率和外特性曲線3.1.1基本知識（1）變壓器一次側(cè)接額定電壓，二次側(cè)空載時的電壓就是額定電壓。當(dāng)二次側(cè)接入負(fù)載后，即使一次側(cè)電壓不變，二次側(cè)的電壓也不再是額定值，變化后的電壓大小與負(fù)載電流、負(fù)載性質(zhì)和短路參數(shù)阻抗有關(guān)。表征該變化的物理量就是電壓變化率u。在電機學(xué)中，電壓變化率為： 式中 負(fù)載電流的標(biāo)幺值 短路電阻、短路電抗的標(biāo)幺值 負(fù)載的功率因數(shù)角根據(jù)上式，即使負(fù)載電流和變壓器的短路參數(shù)不變，負(fù)載性質(zhì)發(fā)生變化，電壓變化率也會發(fā)生變化，進而影響輸出電壓的大小，為了直觀，以變壓器的輸出特性來表示電壓變化率的變化。（2）在所

5、有種類的電機中，變壓器的效率是最高的，而且效率工作區(qū)間很寬。電機學(xué)中變壓器的效率表示為： 式中 P0額定電壓時的空載損耗額定電流時的短路損耗負(fù)載電流的標(biāo)幺值變壓器的額定容量負(fù)載功率因數(shù)根據(jù)上式，就可以求出對應(yīng)不同的，變壓器的效率曲線了。3.1.2實驗分析 對于第（1）問，根據(jù)電機學(xué)知識和題中給出變壓器的基本參數(shù)，直接把，帶入（1）式中，把 ，P0，帶入式中，就可求得額定效率和額定電壓調(diào)整率。對于第（2）問，直接把 P0，帶入式中就可以得到隨的變化規(guī)律，即變壓器的效率特性曲線。通過改變的值，就可以得到不同的負(fù)載功率因數(shù)對應(yīng)的效率特性曲線。利用matlab中的max函數(shù)，可以得到效率的最大值及其對

6、應(yīng)的負(fù)載電流標(biāo)幺值，通過公式即可得到最大效率時的負(fù)載電流。第（3）問的其基本思想和第（2）問相同。3.2串勵直流電動機的運行特性3.2.1基本知識<1>串勵電動機的工作特性指U=UN時，轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩Te和電樞電流的關(guān)系。轉(zhuǎn)速公式為：n=U-Ia(Ra+Rs)CeksIa=UCeks 1Ia-Ra+RsCeks（1）轉(zhuǎn)矩公式為：Te=CTksIa2 （2） Te=CTIa （3）式中 Ia電樞電流 Ra-電樞總電阻 Rs-勵磁繞組總電阻 Ce-電動勢常數(shù) CT-轉(zhuǎn)矩常數(shù) ks-電機磁化曲線比例系數(shù) -電機一個極下的磁通量<2>串勵直流電動機的機械特性指U=UN時，轉(zhuǎn)速n和

7、轉(zhuǎn)矩Te的關(guān)系。轉(zhuǎn)速公式為：n=1CeksCTksTe U-(Ra+Rs） （4）3.2.2實驗分析 由轉(zhuǎn)速與電樞電流的公式可知，轉(zhuǎn)速和電樞電流大體上成雙曲線的關(guān)系。當(dāng)電樞電流較小時（磁路未達到飽和），如公式（2），轉(zhuǎn)矩與電樞電流成平方關(guān)系；當(dāng)電樞電流較大時（磁路達到飽和），如公式（3）所示，轉(zhuǎn)矩與電樞電流成線性關(guān)系，總體而言，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線前半段為平方曲線，后半段幾乎為直線。由轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩公式（4）知，隨著轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速下降。 四、實驗源程序4.1 單相變壓器的效率和外特性曲線clear % 單相變壓器的效率曲線clcP0=47e3; %賦變壓器的初值PkN=160e3;SN=2e7;I

8、2N=1818.2;Xk=0.0725;Rk=0.008; %第（1）問計算并顯示額定電壓調(diào)整率和額定效率'額定電壓調(diào)整率' uN1=Rk*0.8+Xk*0.6'額定效率'N=1-(P0+PkN)/(SN*0.8+P0+PkN) %第（2）問求變壓器的效率曲線A=0.05 0.4 0.6 0.8 1.0; %功率因數(shù)向量for j=1:5 %對于不同的功率因數(shù)，分別計算其效率與I2標(biāo)幺值的值for i=1:500 I(i,j)=i/400; K(i,j)=1-(P0+I(i,j).2*PkN)/(SN*I(i,j)*A(j)+P0+(I(i,j).2*PkN);

9、 m(j)=max(K(:,j); %求最大效率 if K(i,j)=m(j) x(j)=I(i,j); y(j)=K(i,j); endendKmax(j)=y(j);I0(j)=x(j);I2(j)=I0(j)*I2N;endfigure(1); %第一張圖，做變壓器的效率特性曲線 plot(I,K); hold on; text(x(1),y(1),'最大效率'); text(x(1),y(1)-0.1,'功率因數(shù)=0.2 0.4 0.6 0.8 1.0'); C1=0:0.05:y(1); %用虛線畫出最大效率及其對應(yīng)的標(biāo)幺值D1=0:0.05:x(1)

10、;E1=x(1)*ones(1,length(C1);B1=y(1)*ones(1,length(D1);plot(D1,B1,'-');plot(E1,C1,'-');C2=0:0.01:y(2);D2=0:0.01:x(2);E2=x(2)*ones(1,length(C2);B2=y(2)*ones(1,length(D2); plot(E2,C2,'-');C3=0:0.01:y(3);D3=0:0.01:x(3);E3=x(3)*ones(1,length(C3);B3=y(3)*ones(1,length(D3);plot(D3,B3

11、,'-r');plot(E3,C3,'-');C5=0:0.01:y(5);D5=0:0.01:x(5);E5=x(5)*ones(1,length(C5);B5=y(5)*ones(1,length(D5);plot(D5,B5,'-m');plot(E5,C5,'-');C4=0:0.01:y(4);D4=0:0.01:x(4);E4=x(4)*ones(1,length(C4);B4=y(4)*ones(1,length(D4); plot(E4,C4,'-');P=0:0.05:1;N=0:0.05:1;M

12、=ones(1,21);plot(M,P,':');plot(N,M,':'); hold off; axis(0 1.2 0 1.2) %定制坐標(biāo)軸 '最大效率' %輸出最大效率 Kmax '發(fā)生最大效率時的負(fù)載電流值：' %輸出最大效率對應(yīng)的標(biāo)幺值 I2 title('單相變壓器的效率曲線'); xlabel('I2的標(biāo)幺值'); ylabel('效率'); %第（3）問求解不同負(fù)載性質(zhì)時變壓器的輸出特性B=36.87 0 -36.87; %功率因數(shù)角for j=1:3 for

13、i=1:50 I20(i,j)=i/40; u(i,j)=I20(i,j).*(Rk*cos(B(j)+Xk*sin(B(j); U2(i,j)=1-u(i,j);endendfigure(2); %第二張圖，不同負(fù)載性質(zhì)時變壓器的輸出特性曲線plot(I20,U2);hold on;P=0:0.05:1; %加額定點虛線N=0:0.05:1;M=ones(1,21);plot(M,P,'-');plot(N,M,'-'); hold off; axis(0 1.2 0 1.2) %定制坐標(biāo)軸 title('不同負(fù)載性質(zhì)時變壓器的輸出特性曲線')

14、; xlabel('I2的標(biāo)幺值'); ylabel('U2的標(biāo)幺值');gtext('容性負(fù)載');gtext('阻性負(fù)載');gtext('感性負(fù)載');4.2串勵直流電動機的運行特性（1）轉(zhuǎn)速和電樞電流的關(guān)系P0=16e3;U=220;Rs=0.12;Ra=0.2;Ce=14.61;Ks=0.05 0.38 1.0 3.0 3.5; %Ks取一組不同的值時，觀察轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系for j=1:5 for i=1:85 I(i,j)=i; N(i,j)=(U-I(i,j).*(Ra+Rs).*(I(i,j).*

15、Ce*Ks(j).(-1); endendfigure(1); plot(I(:,1),N(:,1),'r') %Ks=0.05hold on; plot(I(:,2),N(:,2),'b'); %Ks=0.38hold on; plot(I(:,3),N(:,3),'g'); %Ks=1.0hold on; plot(I(:,4),N(:,4),'k'); %Ks=3.0hold on; plot(I(:,5),N(:,5),'m'); %Ks=3.5title('轉(zhuǎn)速和電樞電流的關(guān)系');xla

16、bel('電樞電流Ia');ylabel('轉(zhuǎn)速N');text(2,150.14,'Ks=0.05'); %標(biāo)出不同的Ks值對應(yīng)的曲線text(2,19.76,'Ks=0.38');text(2,7.51,'Ks=1.0');text(2,2.50,'Ks=3.0');text(2,2.144,'Ks=3.5'); （2）轉(zhuǎn)矩和電樞電流的關(guān)系P0=16e3;U=220;Rs=0.12;Ra=0.2;Ce=14.61;Ct=1.53;Ks=0.05 0.38 1.0 3.0 3.5;

17、 %磁化曲線的比例常數(shù)取一組值進行比較for j=1:5 for i=1:85 I(i,j)=i; T1(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<30)+Ct*30*Ks(j)*I(i,j).*(i>=30); % 將磁路飽和電流設(shè)置為30A T2(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<50)+Ct*50*Ks(j)*I(i,j).*(i>=50); %將磁路飽和電流設(shè)置為50A T3(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<70)+Ct

18、*70*Ks(j)*I(i,j).*(i>=70); %將磁路飽和電流設(shè)置為70A endendfigure(1); plot(I(:,1),T1(:,1),'r') % Ks取第一個值0.05，磁路飽和電流為30A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,1),T2(:,1),'r') % Ks取第一個值0.05，磁路飽和電流為50A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,1),T3(:,1),'r') % Ks取第一個值0.05，磁路飽和電流為70A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,2),T1(:,2)

19、,'b') % Ks取第二個值0.38，磁路飽和電流為30A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,2),T2(:,2),'b') % Ks取第二個值0.38，磁路飽和電流為50A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,2),T3(:,2),'b') % Ks取第二個值0.38，磁路飽和電流為70A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,3),T1(:,3),'m') % Ks取第三個值1.0，磁路飽和電流為30A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,3),T2(:,3),'m&#

20、39;) % Ks取第三個值1.0，磁路飽和電流為50A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,3),T3(:,3),'m') % Ks取第三個值1.0，磁路飽和電流為70A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,4),T1(:,4),'g') % Ks取第四個值3.0，磁路飽和電流為30A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,4),T2(:,4),'g') % Ks取第四個值3.0，磁路飽和電流為50A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,4),T3(:,4),'g') % Ks取第四

21、個值3.0，磁路飽和電流為70A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,5),T1(:,5),'y') % Ks取第五個值3.5，磁路飽和電流為30A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,5),T2(:,5),'y') % Ks取第五個值3.5，磁路飽和電流為50A時的T-I曲線hold on; plot(I(:,5),T3(:,5),'y') % Ks取第五個值3.5，磁路飽和電流為70A時的T-I曲線hold on;plot(30*ones(1,2),ylim,'r:');%畫出區(qū)間間隔線hold on;

22、plot(50*ones(1,2),ylim,'r:');%畫出區(qū)間間隔線hold on;plot(70*ones(1,2),ylim,'r:');% 畫出區(qū)間間隔線xlabel('電樞電流Ia');ylabel('轉(zhuǎn)矩Te');title('轉(zhuǎn)矩和電樞電流的關(guān)系');text(30,0,'磁路飽和點1');text(50,0,'磁路飽和點2');text(70,0,'磁路飽和點3');text(80,306,'Ks=0.05');text(80,23

23、25.6,'Ks=0.38');text(80,6120,'Ks=1.0');text(80,18360,'Ks=3.0');text(80,21420,'Ks=3.5');（3）轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系P0=16e3;U=220;Rs=0.12;Ra=0.2;Ce=14.61;Ct=1.53;Ks=0.05 0.38 1.0 3.0 3.5;% 磁化曲線的比例常數(shù)取一組值進行比較for j=1:5 %對應(yīng)Ks的取值 for i=1:100 %在同一個Ks值時，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的取值 I(i,j)=i; T1(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i

24、,j).2.*(i>=1 & i<30)+Ct*30*Ks(j)*I(i,j).*(i>=30); T2(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<70)+Ct*70*Ks(j)*I(i,j).*(i>=70); T3(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).2.*(i>=1 & i<90)+Ct*90*Ks(j)*I(i,j).*(i>=90); N1(i,j)=(Ce*Ks(j)(-1)*(Ct*Ks(j)*T1(i,j).(-1).0.5*U-(Ra+Rs); N2(i,j)=(Ce

25、*Ks(j)(-1)*(Ct*Ks(j)*T2(i,j).(-1).0.5*U-(Ra+Rs); N3(i,j)=(Ce*Ks(j)(-1)*(Ct*Ks(j)*T3(i,j).(-1).0.5*U-(Ra+Rs); endendfigure(1); plot(T1(:,1),N1(:,1),'r')hold on; plot(T2(:,1),N2(:,1),'r')hold on; plot(T3(:,1),N3(:,1),'r')hold on; plot(T1(:,2),N1(:,2),'b')hold on; plot(T

26、2(:,2),N2(:,2),'b')hold on; plot(T3(:,2),N3(:,2),'b')hold on; plot(T1(:,3),N1(:,3),'m')hold on; plot(T2(:,3),N2(:,3),'m')hold on; plot(T3(:,3),N3(:,3),'m')hold on; plot(T1(:,4),N1(:,4),'g')hold on; plot(T2(:,4),N2(:,4),'g')hold on; plot(T3(:,4)

27、,N3(:,4),'g')hold on; plot(T1(:,5),N1(:,5),'k')hold on; plot(T2(:,5),N2(:,5),'k')hold on; plot(T3(:,5),N3(:,5),'k')hold on;plot(30*ones(1,2),ylim,'r:');%畫間隔曲線hold on;plot(70*ones(1,2),ylim,'r:');% 畫間隔曲線hold on;plot(90*ones(1,2),ylim,'r:');% 畫間隔

28、曲線title('轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系');xlabel('轉(zhuǎn)矩Te');ylabel('轉(zhuǎn)速N');text(30,0,'飽和點1');text(70,0,'飽和點2');text(90,0,'飽和點3');五、實驗結(jié)果5.1 單相變壓器的效率和外特性曲線（1）額定電壓調(diào)整率和額定效率的數(shù)值額定電壓調(diào)整率uN1 = 0.0499額定效率N = 0.9872（2）單相變壓器的效率曲線局部放大圖最大效率：Kmax = 0.9584 0.9788 0.9858 0.9893 0.9914發(fā)生最大效率時的負(fù)載電流值：I2 = 986.3735 986.3735 986.3735 986.3735 986.3735>> I0I0 =0.5425 0.5425 0.5425 0.5425 0.5425（3） 不同負(fù)載時變壓器的輸出特性5.2 串勵直流電動機的運行特性（1）轉(zhuǎn)速和電樞電流的關(guān)系（2）轉(zhuǎn)矩和