电机与电力拖动实验指导 (2).doc

电机与电力拖动实验实验一 MATLAB软件的安装及使用实验目的： 1.了解matlab软件的安装；2.掌握matlab软件的使用。实验设备及器件： 计算机一台（含MATLAB安装软件）。实验内容： 编写M文件 Simulink的使用实验要求：能够正确使用MATLAB实验二 他励直流电动机的机械特性仿真实验目的： 1.理解他励直流电动机的机械特性；2.掌握他励直流电动机械特性的测定方法。实验设备及器件： 计算机，一台（MATLAB）。实验内容： 编写M文件； 通过图形验证机械特性。实验要求：能够正确使用MATLAB，并绘制出对应的机械特性曲线。仿真例题：一台他励直流电动机的额定数据为：额定功率,额定电压，额定转速，额定电流，电枢回路电阻。试分别绘制他励直流电动机的固有机械特性和电枢回路串电阻、改变电枢电源电压、减弱磁通时的人为机械特性曲线。clcclear %清除工作空间的变量PN=22,UN=220,IN=115,nN=1500,Ra=0.21; %输入铭牌数据IaN=IN; %计算电枢电流CePhiN=(UN-Ra*IaN)/nN; %计算CeCTPhiN=9.55*CePhiN; %计算CtIa=0:IaN; %建立电枢电流数组n=UN/CePhiN-Ra/(CePhiN)*Ia; %计算转速T=CTPhiN*Ia; %计算电磁转矩figure(1); %建立1号图形窗口plot(T,n,.-); %绘制固有机械特性曲线title(固有机械特性); %标题为固有机械特性xlabel(电磁转矩itT/(Ncdotm); %横轴标注电磁转矩ylabel(转速itn/(rmin); %纵轴标注转速ylim(0,1800); %限制纵轴显示范围figure(2); %建立2号图形窗口plot(T,n,rd); %绘制固有机械特性曲线title(降低电枢电源电压的人为机械特性) %标题为降低电枢电源电压的人为机械特性xlabel(电磁转矩itT/(Ncdotm); %横轴标注电磁转矩T/(N.m)ylabel(转速itn/(rmin); %纵轴标注转速n（r/min）hold on; %保持当前坐标轴和图形for jy=1:-0.25:0.25; U=UN*jy; %改变电枢电源电压 n=U/CePhiN-Ra/(CePhiN*CePhiN)*T; %计算对应不同电源电压的转速 plot(T,n,-); %绘制改变电枢电源电压的机械特性 str=strcat(it U)=,num2str(U),V); %显示字符串处理 y=1700*jy; %显示字符串纵坐标 text(60,y,str); %给曲线标注电压值endfigure(3); %建立3号图形Rc=0; %临时变量n=UN/CePhiN-(Ra+Rc)/(CePhiN*CTPhiN)*T; %计算转速plot(T,n,rd); %绘制固有机械特性曲线title(电枢回路串电阻的人为机械特性); %标题电枢回路串电阻的人为机械特性xlabel(电磁转矩itT/(Ncdotm); %横轴标注电磁转矩T/(N.m)ylabel(转速itn/(rmin); %纵轴标注转速n（r/min）hold on; %保持当前坐标轴和图形Rc=0.02; %电枢串电阻值for Rc=0:0.5:1.9; n=UN/CePhiN-(Ra+Rc)/(CePhiN*CTPhiN)*T; %计算转速 plot(T,n,-); %绘制电枢回路串电阻的人为机械特性 str=strcat(it R=,num2str(Ra+Rc),Omega);%字符串处理 y=400*(4-Rc*1.8); %显示字符串的纵坐标 text(120,y,str); %给各曲线标记电阻值endylim(0,1700); %限制纵轴显示范围figure(4); %建立4号图形窗口n=UN/CePhiN-Ra/(CePhiN*CTPhiN)*T; %计算转速plot(T,n,rd); %绘制固有机械特性曲线title(减少弱磁通的人为机械特性); %标题电枢回路串电阻的人为机械特性xlabel(电磁转矩itT/(Ncdot m); %横轴标注电磁转矩T/(N.m)ylabel(转速itn/(r/min); %纵轴标注转速n（r/min）hold on %保持当前坐标轴和图形for ct=0.5:0.25:1; CePhi=CePhiN*ct;CTPhi=CTPhiN*ct; %改变磁通值 n=UN/CePhi-Ra/(CePhi*CTPhi)*T; %计算转速 plot(T,n,-); %绘制改变磁通时的人为机械特性 if ct=1; str=strcat(it phi=,num2str(ct),phi_N); %显示字符串处理 y=3600-1850*ct; %显示字符串纵坐标 text(120,y,str); %给各曲线标记磁通 else %1倍时不显示倍数 str=strcat(itphi=,phi_N); %显示字符串处理 y=3600-1850*ct; %显示字符串纵坐标 text(120,y,str); %给各曲线标记磁通 end %if语句的结束end %for循环语句的结束ylim(0,3600); %限制纵坐标的显示范围 实验三 直流电机的起动实验目的： 直流电机直接起动时，起动电流很大，可达到额定电流的10-20倍，由此产生很大的冲击转矩，实际运行时不允许直流电机直接起动。通过直接起动和串电阻起动比较它们的区别，起动电流和起动转矩的变化。实验设备及器件： 计算机，一台（MATLAB）。实验内容： 建立仿真模型；通过图形验证。实验要求：能够正确使用simulink建立仿真模型，并观察分析图形。1. 直流电动机直接起动仿真模型图 图中的模块有直流电源（DC Voltage Source）、理想开关、直流电动机、开关、增益、电阻（RLC branch）、示波器（scope）、信号分离模块（Demux）。仿真模型中通过理想开关模块控制直流电源的接通和断开，使用开关模块控制电机的转矩，使电机在起动过程中的转矩为空载起动，当转速达到设定值后，使电机工作再给定的负载转矩。直流电机模块参数：直流电源模块参数：定时模块：0s时输出为0， 0.5s时输出为1理想开关：开关模块：增益模块常量模块：仿真时间为5s实验四 直流电机调速仿真实验目的： 他励直流电动机的调速方法有三种，串电阻调速、改变电压调速和减弱磁通（改变励磁电流）调速。采用simulink库中的可控电压源实现电压的控制，具有实现简单方便的优点。控制直流电源电压可以改变直流电动机的转速，也可以控制励磁电源的电压对直流电动机进行调速。实验设备及器件： 计算机，一台（MATLAB）。实验内容： 建立仿真模型；通过图形验证。实验要求：能够正确使用simulink建立仿真模型，并观察分析图形。1. 直流电动机调压调速仿真模型图 图中的模块有直流电源（DC Voltage Source）、受控电压源（controlled voltage source）、直流电动机、信号发生器(Timer)、增益、电阻（RLC branch）、示波器（scope）、信号分离模块（Demux）、选路器（selector）。仿真模型中通过理想开关模块控制直流电源的接通和断开，使用开关模块控制电机的转矩，使电机在起动过程中的转矩为空载起动，当转速达到设定值后，使电机工作再给定的负载转矩。主要参数设置：仿真时间1s调磁调速仿真模型：（选做）仿真模型模型如图所示，仿真模型采用定时信号发生器以两段时间间隔（0s-1s、1s-6s）将两段电压（0V-240V、240V-100V）经受控电压源模块加到电动机的励磁绕组两端。主要参数设置：仿真时间12s实验五 三相变压器联结组的测定实验目的： 1.理解三相变压器联结组别的种类；2.掌握变压器联结组的测定方法。实验设备及器件： 计算机，一台（MATLAB）。实验内容： 建立仿真模型； 参数的设置； 观察图形。实验要求： 能够正确使用Simulink，搭建变压器联结组别的仿真模型。实验原理：变压器采用不同的联结组别，影响一次侧和二次侧电压间的相位关系和幅值关系。本实验使用信号汇总(Mux)模块将不同波形显示在一个示波器窗口。通过将变压器的一次侧和二次侧波形电压波形显示在同一个窗口，可以很好地比较一次侧和二次侧的电压相位和幅值之间的关系。下图是Yd11联结组别仿真模型。实验步骤: neutral muex demux 1. 在MATLAB下进入simulink窗口。 2.调出各模块：主要模块有三相12端子的线性变压器模块、三相电压源模块、增益模块，并连接。各模块参数设置如下：(1)三相变压器模块（1） 三相电压源模块（2） 增益模块仿真参数设置 设定仿真时间0.1s实验六 三相异步电动机机械特性测定实验目的： 1.理解三相异步电动机的机械特性；2.掌握三相异步电动机机械特性的测定方法。实验设备及器件： 计算机，一台（MATLAB）。实验内容： 编写M文件； 通过图形验证机械特性。实验要求：能够正确使用MATLAB，并绘制出对应的机械特性曲线。仿真例题：一台4极三相异步电动机，额定电压 (形联结)，额定频率额定转速，其他参数为编制M文件程序，画出降低定子电压和改变电阻的人为机械特性。参考程序如下:clear; %清除工作空间的变量m1=3; %已知定子电源相数U1=220*sqrt(3); %已知定子电源电压R1=0.055; %已知定子绕组电阻R2=0.04; %已知转子绕组电阻P=2; %已知极对数f=50; %已知电源频率omega=2*pi*f/P; %计算同步转速X1=0.265; %已知定子绕组阻抗X2=0.565; %已知转子绕组阻抗s=0.005:0.005:1; %设定转差率变化范围0-1间隔0.005Te=(m1*P*U12*R2)./s./(omega.*(R1+R2./s).2.+(X1+X2)2); %计算电磁转矩%绘制改变定子电压时的人为机械特性曲线figure(1) %打开1号图形窗口plot(s,Te,k-); %绘制电磁转矩曲线xlabel(转差率s); %横坐标标准转差率ylabel(电磁转矩Te/(N.m); %纵坐标标注电磁转矩str_x=0.02; %标注字符的横坐标text(str_x,max(Te)+100,strcat(U1=,num2str(int16(U1),V),color,black); %标注基本曲线的电压值title(改变定子电压时的人为机械特性); %hold on;for coef=0.75:-0.25:0.25 U1p=U1*coef; %降低电压coef*U1 Te1=(m1*P*U1p2*R2)./s./(omega.*(R1+R2./s).2.+(X1+X2)2);%计算电磁转矩 plot(s,Te1,k-); %绘制电磁转矩曲线 str=strcat(U1=,num2str(int16(U1p),V);%创建标注字符串 str_y=max(Te1)+100;%标注字符串的纵坐标值 text(str_x,str_y,str,Color,black);%标注各个曲线的电压值end%绘制改变转子电阻时的人为机械特性曲线figure(2)%打开2号图形窗口plot(s,Te,k-); %绘制电磁转矩曲线xlabel(转差率s);%横坐标标准转差率ylabel(电磁转矩Te/(N.m);%纵坐标标注电磁转矩str_x=0.75;%标注字符串的横坐标str_y=Te(length(Te);%标注字符串的纵坐标text(str_x,str_y,strcat(R2=,num2str(R2),Omega),Color,black); %绘制电磁转矩曲线title(改变转子电阻时的人为机械特性);hold on;for coef=3:3:12 R2p=R2*coef; %改变转子电阻 Te1=(m1*P*U12*R2p)./s./(omega.*(R1+R2p./s).2.+(X1+X2)2);%计算电磁转矩 plot(s,Te1,k-); %绘制电磁转矩曲线 str=strcat(R2=,num2str(R2p),Omega);%创建字符串 str_y=Te1(length(Te1);%标注字符串的纵坐标 text(str_x,str_y,str,Color,black);%标注各个曲线的电阻值end实验七 三相异步电动机正反转控制仿真实验原理： 三相异步电动机（感应电动机）的旋转方向取决于三相定子绕组中三相电流的相序，因此交换任意两相绕组与电源的连接，就能改变电动机的转向。实验设备及器件： 计算机，一台（MATLAB）。实验内容： 建立仿真模型；通过图形验证。实验要求：能够正确使用simulink建立仿真模型，并观察分析图形。2. 异步电动机定子正反转控制仿真模型图 图中的模块有三相异步电动机模块（Asynchronous Machine）、电源模块（Power source）、断路器模块（Circuit breaker）、电机测量模块（Machine measurements）、终端模块(Terminator)、三相电压电流测量模块（Three-Phase V-I Measurement）、阶跃信号模块 (Step)、逻辑运算模块（Operator）