電機學matlab仿真大作業(yè)報告

1、基于MATLAB的電機學計算機輔助分析與仿真實驗報告、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，S=2000kVA,U/U二127kV/llkV,50Hz,變壓器的參數(shù)N1N2N和損耗為R*=0.008,X*=0.0725,P二47kW,P二160kW。k（75oC）k0KN（75oC）求此變壓器帶上額定負載、cos申=0.8（滯同時的額定電壓調(diào)整率和額定效率。2（2）分別求出當cos申=020.4,0.6,0.8,1.0時變壓器的效率曲線，并確定最大效率和達2到負載效率時的負載電流。分析不同性質(zhì)的負載（cosp二0.8（滯后），cosp二1.0,c

2、osp二0.8（超前）,）對222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）了解負載功率因數(shù)對效率曲線的影響（4）了解變壓器電壓變化率的變化規(guī)律（5）了解負載性質(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0.12Q，電樞總電阻為0.2Q。電動勢常數(shù)為.電機的磁化曲線近似的為直線。其

3、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?1) 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cos2的效率曲線；(4)

4、 要畫出對應(yīng)阻性、感性、容性三種負載性質(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。當二次側(cè)接入負載后，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載電流、負載性質(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Au。在

5、電機學中，電壓變化率為：Au二2n2二in2二1U*二I*(R*cosp+X*sinp)UU22k2k22N1N式中I*負載電流的標幺值2R*,X*短路電阻、短路電抗的標幺值kkp負載的功率因數(shù)角2根據(jù)上式，即使負載電流和變壓器的短路參數(shù)不變，負載性質(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。電機學中變壓器的效率表示為：P耳=二1P2工PP+工P2P+I*2P=1一02KNi*scose+p+1*2p2N202KN式中P0額定電壓時的空載損耗p額定電流時的短

6、路損耗KNI*負載電流的標幺值2S變壓器的額定容量Ncosp負載功率因數(shù)2根據(jù)上式，就可以求出對應(yīng)不同的cosp，變壓器的效率曲線了23.1.2 實驗分析對于第（1）問，根據(jù)電機學知識和題中給出變壓器的基本參數(shù)，直接把I*=1,2R*，X*，sinp，cosp帶入（1）式中，把I*=1，P0，p，S，cosp帶入式kk222KNN2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，P，S，cosp帶入式中就可以得到耳隨I*的KNN22變化規(guī)律，即變壓器的效率特性曲線。通過改變cosp的值，就可以得到不同的負2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

7、效率的最大值及其對應(yīng)的負載電流標幺值，通過公式II*I即可得到最大效率時的負載222N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二L-：.；時，轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩二和電樞電流的關(guān)系。轉(zhuǎn)速公式為：只回+R日5知(1)轉(zhuǎn)矩公式為:(4)式中【三一電樞電流M£-電樞總電阻兀一勵磁繞組總電阻二一電動勢常數(shù)-轉(zhuǎn)矩常數(shù)兀-電機磁化曲線比例系數(shù)二一電機一個極下的磁通量<2>串勵直流電動機的機械特性指UN：.；時，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩二的關(guān)系。轉(zhuǎn)速公式為：3.2.2 實驗分析由轉(zhuǎn)速與電樞電流的公式可知，轉(zhuǎn)

8、速和電樞電流大體上成雙曲線的關(guān)系。當電樞電流較小時(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;I2N=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'u

9、N1=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=0.050.40.60.81.0;%功率因數(shù)向量forj=l:5%對于不同的功率因數(shù)，分別計算其效率與12標幺值的值fori=1:500I(i,j)=i/400;K(i,j)=l-(P0+I(i,j).'2*PkN)/(SN*I(i,j)*A(j)+P0+(I(i,j).'2*PkN);m(j)=max(K(:,j);%求最大效率ifK(i,j)=m(j)x(j)=I(i,j);y(j)=K(i,j);endendKmax(j)=

10、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);holdon;text(x(l),y(l),'最大效率')；text(x(1),y(1)-0.1,'功率因數(shù)=0.20.40.60.81.0');C1=0:0.05:y(1);%用虛線畫出最大效率及其對應(yīng)的標幺值D1=0:0.05:x(1);E1=x(1)*ones(1,length(C1);B1=y(1)*ones(1,length(D1);plot(D1,B1,'-');plot(E1,C1,'

11、;-');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,'-r');plot(E3,C3,'-');C5=0:0.01:y(5);D5=0:0.01:x(5);E5=x(5)*ones(1,length(C5

12、);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=ones(1,21);plot(M,P,':');plot(N,M,':');holdoff;axis(01.201.2)%定制坐標軸'最大效率&

13、#39;%輸出最大效率Kmax'發(fā)生最大效率時的負載電流值：'%輸出最大效率對應(yīng)的標幺值I2title（'單相變壓器的效率曲線）;xlabel（'I2的標幺值'）;ylabel（'效率'）;%第(3)問求解不同負載性質(zhì)時變壓器的輸出特性B=36.870-36.87;%功率因數(shù)角forj=1:3fori=1:50I20(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，不同負載性質(zhì)時變壓器的輸出特性曲線plot

14、(I20,U2);holdon;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,'-');holdoff;axis(01.201.2)%定制坐標軸title('不同負載性質(zhì)時變壓器的輸出特性曲線');xlabel('I2的標幺值');ylabel('U2的標幺值');gtext('容性負載');gtext('阻性負載');gtext('感性負載');4.2 串勵直流電動機的運行特性(1)

15、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=0.050.381.03.03.5;%Ks取一組不同的值時，觀察轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系forj=1:5fori=1:85I(i,j)=i;N(i,j)=(UI(i,j).*(Ra+Rs).*(I(i,j).*Ce*Ks(j).'(l);endendfigure(1);plot(I(:,1),N(:,1),'r')%Ks=0.05holdon;plot(I(:,2),N(:,2),'b');%Ks=0.38holdon;plot(I(:,3),N(:,3),&#

16、39;g');%Ks=1.0holdon;plot(I(:,4),N(:,4),'k');%Ks=3.0holdon;plot(I(:,5),N(:,5),'m');%Ks=3.5title('轉(zhuǎn)速和電樞電流的關(guān)系);xlabel('電樞電流la');ylabel('轉(zhuǎn)速N');text(2,150.14,'Ks=0.05');%標出不同的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

17、,'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=0.050.381.03.03.5;%磁化曲線的比例常數(shù)取一組值進行比較forj=1:5fori=1:85I(i,j)=i;%將磁%將磁路%將磁路T1(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).'2.*(i>=1&i30)+Ct*30*Ks(j)*I(i,j).*(i>=30);路飽和電流設(shè)置為30AT2(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j)

18、.'2.*(i>=1&i50)+Ct*50*Ks(j)*I(i,j).*(i>=50);飽和電流設(shè)置為50AT3(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).'2.*(i>=1&i70)+Ct*70*Ks(j)*I(i,j).*(i>=70);飽和電流設(shè)置為70Aendendfigure(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holdon;on;plot(I(:,l),T2(:,l),'r')%Ks取第一個值0.05，磁路飽和電流為5

19、0A時的T_I曲線holdplot(I(:,l),T3(:,l),'r')%Ks取第一個值0.05，磁路飽和電流為70A時的T-I曲線holdon;plot(I(:,2),Tl(:,2),'b')%Ks取第二個值0.38，磁路飽和電流為30A時的T-I曲線holdon;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holdon;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holdon;plot(I(:,3)

20、,Tl(:,3),'m')%Ks取第三個值1.0,磁路飽和電流為30A時的T-1曲線holdon;plot(I(:,3),T2(:,3),'m')%Ks取第三個值1.0,磁路飽和電流為50A時的T-1曲線holdon;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-1曲線holdon;plot(I(:,4),Tl(:,4),'g')%Ks取第四個值3.0，磁路飽和電流為30A時的T-I曲線holdon;plot(I(:,4),T2(:,4),'g')%Ks取第四個

21、值3.0，磁路飽和電流為50A時的T-I曲線holdon;plot(I(:,4),T3(:,4),'g')%Ks取第四個值3.0，磁路飽和電流為70A時的T-I曲線holdon;plot(I(:,5),Tl(:,5),'y')%Ks取第五個值3.5，磁路飽和電流為30A時的T-1曲線holdon;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-1曲線holdon;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-1曲線holdon

22、;plot(30*ones(l,2),ylim,'r:');%畫出區(qū)間間隔線holdon;plot(50*ones(l,2),ylim,'r:');%畫出區(qū)間間隔線holdon;plot(70*ones(1,2),ylim,'r:');%畫出區(qū)間間隔線xlabel('電樞電流la');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&#

23、39;);text(80,306,'Ks=0.05');text(80,2325.6,'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=0.050.381.03.03.5;%磁化曲線的比例常數(shù)取一組值進行比較forj=l:5%對應(yīng)Ks的取值fori=l:100%在同一個Ks值時，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)

24、矩的取值I(i,j)=i;Tl(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).'2.*(i>=l&i30)+Ct*30*Ks(j)*I(i,j).*(i>=30);T2(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).'2.*(i>=l&i70)+Ct*70*Ks(j)*I(i,j).*(i>=70);T3(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).'2.*(i>=l&i90)+Ct*90*Ks(j)*I(i,j).*(i>=90);Nl(i,j)=(Ce*Ks(j)'(-l)*(Ct*Ks(j)*Tl(i,j)

25、.'(-l).'0.5*U-(Ra+Rs);N2(i,j)=(Ce*Ks(j)'(-l)*(Ct*Ks(j)*T2(i,j).'(-l).0.5*U-(Ra+Rs);N3(i,j)=(Ce*Ks(j)'(-l)*(Ct*Ks(j)*T3(i,j).'(-l).0.5*U-(Ra+Rs);endendfigure(1);plot(T1(:,1),N1(:,1),'r')holdon;plot(T2(:,1),N2(:,1),'r')holdon;plot(T3(:,1),N3(:,1),'r')hol

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

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

28、),ylim,'r:');%畫間隔曲線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=發(fā)生最大效率時的負載電流值：I2=986.3735986.3735986.3735986.3735986.3735>>I0I0=0.54250.54250.54250.54250.5425（3）不同負載時變壓器的輸出特性0.95840.97880.98580.98930.9914不同員載性質(zhì)時孌壓器的輸出特性曲線容件閔載哉O.2860.0.O.20.5.2 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)矩和電樞電流的關(guān)系4）轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系六、心得體會6.1 實驗結(jié)論（1）通過單相變壓器的效率曲線，可以看出，單相變壓器的效率隨著負載電流I1p的增大先增大，后減小，當I*二4Pr