电机学matlab仿真大作业报告材料

1、word基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真实验报告一、实验内容与目的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，Sn=2000kVA,U1N/U2N127kV/11kV,50Hz,变压器的参数*和损耗为Rk(75oC)0.008,Xk0.0725,P047kW,PKN(750c)160kW。(1)求此变压器带上额定负载、cos20.8(滞后)时的额定电压调整率和额定效率。分别求出当cos20.2,0.4,0.6,0.8,1.0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。分析不同性质的负载cos20.8(滞后)，cos21.0,cos20.

2、8(超前)，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实验用到的根本知识和理论(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QQ0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(为比拟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。2 / 17wor

3、d1了解并掌握申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电动机转速、电磁转矩、电枢电流、磁化曲线等2用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、实验要求与要点描述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程方法或SIMULINKS模的方法实现；3要画出对应不同cos2的效率曲线；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。1采用屏幕图形的方式直观显示2利用编程方法或MATLAB勺函数调用方法实现；3画出用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、根本知

4、识与实验方法描述3.1单相变压器的效率和外特性曲线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Au。在电机学中，电压变化率为:U2NU2U1NU2*u1U212(Rkcos2XkSin2)式中i2负载电流的标幺值R*,xk短路电阻、短路电抗的标幺值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

5、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：P1T*2 ,P012PKN.* _Z-*2 :I 2 SN cos 2 P0I 2 PKN式中P0额定电压时的空载损耗Pkn额定电流时的短路损耗I2负载电流的标幺值Sn变压器的额定容量cos2一负载功率因数根据上式，就可以求出对应不同的cos2,变压器的效率曲线了对于第1问，根据电机学知识和题中给出变压器的根本参数，直接把I21,R*,Xk,sin2,cos2带入1式中，把I21,P0,Pkn,Sn,cos2带入式中，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,Pkn,Sn,cos2带入

6、式中就可以得到随I2的变化规律，即变压器的效率特性曲线。通过改变cos2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与其对应的负载电流标幺值，通过公式I2I2*I2N即可得到最大效率时的负载电流。第3问的其根本思想和第2问一样<1>用励电动机的工作特性指U=K时，转速n、转矩丁和电枢电流的关系。转速公式为：5氧%十RJu1为+用口工c黑1转矩公式为:式中4电枢电流电枢总电阻、-励磁绕组总电阻4-电动势常数J-转矩常数人-电机磁化曲线比例系数-电机一个极下的磁通量UT<2>申励直流电动机的机械特性指U='

7、;时，转速n和转矩,的关系由转速与电枢电流的公式可知，转速和电枢电流大体上成双曲线的关系。当电枢电流较小时磁路未达到饱和，如公式2，转矩与电枢电流成平方关系;当电枢电流较大时磁路达到饱和，如公式3所示，转矩与电枢电流成线性关系，总体而言，转矩与转速的关系曲线前半段为平方曲线，后半段几乎为直线。由转速与转矩公式4知，随着转矩增大，转速下降。四、实验源程序4.1单相变压器的效率和外特性曲线clear%单相变压器的效率曲线clcP0=47e3;%赋变压器的初值PkN=160e3;SN=2e7;I2N=1818.2;Xk=0.0725;Rk=0.008;%第1问计算并显示额定电压调整率和额定效率

8、9;额定电压调整率额定效率N=1-(P0+PkN)/(SN*0.8+P0+PkN)%第2问求变压器的效率曲线A=0.050.40.60.81.0;%率因数向量forj=1:5%对于不同的功率因数，分别计算其效率与I2标幺值的值fori=1:500I(i,j)=i/400;K(i,j)=1-(P0+I(i,j)A2*PkN)/(SN*I(i,j)*AO)+P0+(I(i,j)A2*PkN);m(j)=max(K(:,j);%求最大效率ifK(i,j尸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;

9、endfigure(1);%第一X图，做变压器的效率特性曲线plot(I,K)；holdon;text(x(1),y(1),'最大效率);text(x(1),y(1)-0.1,'功率因数=0.20.40.60.81.0');C1=0:0.05:y(1);%用虚线画出最大效率与其对应的标幺值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,'-');C2=0:0.01:y(2);D2=0:0.01:x(2

10、);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);B5=y(5)*ones(1,length(D5);plot(D5,B

11、5,'-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)%定制坐标轴最大效率输出最大效率Kmax发生最大效率时的负载电流值：'输出最大效率对应的标幺值I2

12、title('单相变压器的效率曲线)；xlabel('I2的标幺值');ylabel('效率');%第3问求解不同负载性质时变压器的输出特性B=36.870-36.87;%率因数角forj=1:3fori=1:50I20(i,j)=i/40;u(i,j)=I20(i,j).*(Rk*cos(BQ)+Xk*sin(BQ);U2(i,j)=1-u(i,j);endendfigure(2);%第二X图，不同负载性质时变压器的输出特性曲线plot(I20,U2);holdon;P=0:0.05:1;劾口额定点虚线N=0:0.05:1;M=ones(1,21);p

13、lot(M,P,'-');plot(N,M,'-');holdoff;axis(01.201.2)%£制坐标轴title('不同负载性质时变压器的输出特性曲线)；xlabel('I2的标幺值');ylabel('U2的标幺值');gtext('容性负载');gtext('阻性负载');gtext('感性负载');1转速和电枢电流的关系P0=16e3;U=220;Rs=0.12;Ra=0.2;Ce=14.61;Ks=0.050.381.03.03.5;%Ks取一组不同

14、的值时，观察转速和转矩的关系forj=1:5fori=1:85I(i,j)=i；N(i,j)=(U-I(i,j).*(Ra+Rs).*(I(i,j).*Ce*KsO)A(-1);endendfigure(1);plot(I(:,1),N(:,1),'r')%holdon;plot(I(:,2),N(:,2),'b');%holdon;plot(I(:,3),N(:,3),'g');%holdon;plot(I(:,4),N(:,4),'k');%holdon;plot(I(:,5),N(:,5),'m');%tit

15、le('转速和电枢电流的关系)；xlabel('电枢电流Ia');ylabel('转速N');text(2,150.14,'Ks=0.05');%标出不同的Ks值对应的曲线text(2,19.76,'Ks=0.38'):1text(2,7.51,'Ks=1.0');text(2,2.50,'Ks=3.0');text(2,2.144,'Ks=3.5');2转矩和电枢电流的关系P0=16e3;U=220;Rs=0.12;Ra=0.2;Ce=14.61;Ct=1.53;%磁化曲线

16、的比例常数取一组值进展比拟%将磁路饱和电流设置为 30A%将磁路饱和电流设置为 50A%B磁路饱和电流设置为 70AKs=0.050.381.03.03.5;forj=1:5fori=1:85I(i,j)=i；T1(i,j尸Ct*KsQ)*I(i,j)A2.*(i>=1&i<30)+Ct*30*KsQ)*I(i,j).*(i>=30);T2(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).A2.*(i>=1&i<50)+Ct*50*Ks(j)*I(i,j).*(i>=50);T3(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).A2.*(i>=1&

17、amp;i<70)+Ct*70*Ks(j)*I(i,j).*(i>=70);endendfigure(1);30A时的T-I曲线50A时的T-I曲线plot(I(:,1),T1(:,1),'r')%Ks取第一个值0.05，磁路饱和电流为holdon;plot(I(:,1),T2(:,1),'r')%Ks取第一个值0.05,磁路饱和电流为holdon;18 / 17plot(I(:,1),T3(:,1),'r'holdon;plot(I(:,2),T1(:,2),'b'holdon;plot(I(:,2),T2(:,2)

18、,b'holdon;plot(I(:,2),T3(:,2),b'holdon;plot(I(:,3),T1(:,3),'mholdon;plot(I(:,3),T2(:,3),'mholdon;plot(I(:,3),T3(:,3),'mholdon;plot(I(:,4),T1(:,4),'g'holdon;plot(I(:,4),T2(:,4),'g'holdon;plot(I(:,4),T3(:,4),g'holdon;plot(I(:,5),T1(:,5),y'holdon;plot(I(:,5),

19、T2(:,5),y'holdon;plot(I(:,5),T3(:,5),'yholdon;plot(30*ones(1,2),ylim,'r:'holdon;plot(50*ones(1,2),ylim,'r:'holdon;plot(70*ones(1,2),ylim,'r:'0.05 ,磁路饱和电流为0.38 ,磁路饱和电流为0.38 ,磁路饱和电流为0.38 ,磁路饱和电流为1.0 ,磁路饱和电流为1.0 ,磁路饱和电流为1.0 ,磁路饱和电流为3.0 ,磁路饱和电流为3.0 ,磁路饱和电流为3.0 ,磁路饱和电流为3.5

20、 ,磁路饱和电流为3.5 ,磁路饱和电流为3.5 ,磁路饱和电流为)%Ks取第一个值)%Ks取第二个值)%Ks取第二个值)%Ks取第二个值)%Ks取第三个值)%Ks取第三个值)%Ks取第三个值)%Ks取第四个值)%Ks取第四个值)%Ks取第四个值)%Ks取第五个值)%Ks取第五个值)%Ks取第五个值)；%画出区间间隔线)；%画出区间间隔线)；%画出区间间隔线70A时的T-I曲线30A时的T-I曲线50A时的T-I曲线70A时的T-I曲线30A时的T-I曲线50A时的T-I曲线70A时的T-I曲线30A时的T-I曲线50A时的T-I曲线70A时的T-I曲线30A时的T-I曲线50A时的T-I曲线

21、70A时的T-I曲线xlabel('电枢电流Ia');ylabel(转矩Te');title(转矩和电枢电流的关系);text(30,0,磁路饱和点1);text(50,0,磁路饱和点2);text(70,0,磁路饱和点3);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转速和转矩的关系P0=16e3;U=220;Rs=0.12;Ra=0.2;Ce=14.61;Ct=1.53;Ks=0.050.3

22、81.03.03.5;%磁化曲线的比例常数取一组值进展比拟forj=1:5%寸应Ks的取值fori=1:100令同一个Ks值时，转速和转矩的取值I(i,j)=i；T1(i,j尸Ct*KsQ)*I(i,j)A2.*(i>=1&i<30)+Ct*30*KsQ)*I(i,j).*(i>=30);T2(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).A2.*(i>=1&i<70)+Ct*70*Ks(j)*I(i,j).*(i>=70);T3(i,j)=Ct*Ks(j)*I(i,j).A2.*(i>=1&i<90)+Ct*90*KsQ)*

23、I(i,j).*(i>=90);N1(i,j)=(Ce*Ks(j)A(-1)*(Ct*Ks(j)*T1(i,j)A(-i)A0.5*u-(Ra+Rs)；N2(i,j)=(Ce*Ks(j)A(-1)*(Ct*Ks(j)*T2(i,j)A(-i)A0.5*u-(Ra+Rs)；N3(i,j)=(Ce*Ks(j)A(-1)*(Ct*Ks(j)*T3(i,j)A(-i)A0.5*u-(Ra+Rs)；endendfigure(1);plot(T1(:,1),N1(:,1),'r')holdon;plot(T2(:,1),N2(:,1),'r')holdon;plot(

24、T3(:,1),N3(:,1),'r')holdon;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),'

25、;g')holdon;plot(T2(:,4),N2(:,4),holdon;'g')'g')plot(T3(:,4),N3(:,4),holdon;plot(T1(:,5),N1(:,5),holdon;plot(T2(:,5),N2(:,5),holdon;plot(T3(:,5),N3(:,5),holdon;plot(30*ones(1,2),ylim,holdon;plot(70*ones(1,2),ylim,holdon;plot(90*ones(1,2),ylim,title('转速和转矩的关系xlabel('转矩Te

26、9;);ylabel('转速N');text(30,0,'饱和点1');text(70,0,'饱和点2');text(90,0,'饱和点3');'k')'k')'k')'r:');%画间隔曲线'r:');%画间隔曲线'r:');%画间隔曲线);五、实验结果5.1 单相变压器的效率和外特性曲线1额定电压调整率和额定效率的数值额定电压调整率uN1=额定效率N=2单相变压器的效率曲线局部放大图最大效率:Kmax=发生最大效率时的负载电流值：I2=>>I0I0=(3)不同负载时变压器的输出特性dHE忆性看时安压取前修出得惇也独os肝Un喘IB06.5.2 串励直流电动机的运行特性1转速和电枢电流的关系2转矩和电枢电流的关系(4)转速和转矩的关系六、心得体会6.1实验结论1通过单相变压器的效率曲线，可以看出，单相变压器的效率随着负载电流的增大先增大，后减小，当I1.160470.5425时，效