昆明学院电机拖动课程设计

1、电机与电力拖动基础课程设计报告专业： 电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 目录第一章直流电动机的调速2一课题分析2二设计电路图及分析3三.设备清单 6四.操作过程 6五.原始数据、现象记录 7六.数据处理与故障分析 10第二章三相变压器的参数测定 121 课题分析12二设计电路图及分析15三.设备清单 16四.操作过程 16五.原始数据、现象记录 17六.数据处理与故障分析 22第三章Matlab软件仿真变压器及电机 24一课题分析 25二.设计程序及分析 25三.仿真结果记录及分析 30课程设计总结35第一章课程设计项目名称： 直流电动机调速 同组人： 时间： 室温： 15摄氏度 一

2、课题分析：通过本次的课程设计更进一步的掌握和了解异步电动机的调速方法。这次课程设计可以使我们在学校学的理论知识用到实践中，使我们在学习中起到主导地位，是我们在实践中掌握相关知识，能够培养我们的职业技能，课程设计是以任务引领，以工作过程为导向，以活动为载体，给我们提供了一个真实的过程，通过设计和运行，反复调试、训练、便于我们掌握规范系统的电机方面的知识，同时也提高了我们的动手能力。2. 设计电路图及分析：直流电机是电机的主要类型之一。直流电动机以其良好的启动性和调速性能著称，直流发电机供电质量较好，常作为励磁电源。与交流电机相比直流电机的结构较复杂，成本较高，可靠性较差，使它的应用受到限制。近年

3、来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。直流电动机的励磁方式不同会使直流电动机的运行性能产生很大差异。按照励磁方式的不同，直流电动机可分为他励、并励、串励、复励电动机。直流电动机的机械特性是指电动机处于稳态运行时，电动机的转速与电磁转矩之间的关系：。 电力拖动系统的调速可以采用机械调速、电气调速或二者配合调速。通过改变传动机构速比进行调速的方法称为机械调速；通过改变电动机参数进行调速的方法称为电气调速。改变电动机的参数就是人为地改变电动机的机械特性，使工作点发生变化，转速发生变化。调速前后，电动机工作在不

4、同的机械特性上，如果机械特性不变，因负载变化而引起转速的变化，则不能称为调速。当电磁转矩与转速的方向相同时，电机运行于电动机状态，当电磁转矩与转速方向相反时，电机运行于制动状态图1-1 他励直流电动机机械特性测定的实验接线图1.直流电动机经常使用的起动方法有下面两种1）电枢回路串电阻起动 为了限制起动电流，起动时可在电枢回路串入起动电阻RST,待电动机转速上升后逐步将起动电阻切除。接人起动电阻后的起动电流为 2）减压起动 减压起动时，开始加在电动机电枢的端电压很低，随着转速的上升，逐步增大电枢电压，并使电枢电流限制在一定的范围内。为使励磁不受电枢电压的影响，电动机应采用他励方式。2.他励直流电

5、动机的调速 同交流异步电动机相比，他励直流电动机在调速方面有其独到的优点。从直流电动机的转速特性可知，他励直流电动机可通过三种方式对电动机的速度进行凋节 1）调节电枢电压调速当保持他励直流电动机磁通为额定值和电枢回路电阻不变时，降低电枢电压，可以调常电动机的转速， 由并励直流电动机的机械特性为图1-2调节电枢电压调速特性曲线2）调节串入电枢回路电阻调速 在电枢回路串八电阻R从串八电阻后并励直流电动机的机械特性可知，机械特性的斜率将随之增大，即不变，改变的只是n所以它和负载特性的交点随着R的变大而逐步下移。如图1-3所示图1-3电阻调速特性曲线 3） 调节励磁电流调速这种调速方法所用设备简单调节

6、也很方便，且效率较高。缺点是随着电动机转速的增高，电枢电流随之升高，电动机的温升升高，换向条件变坏，转速过高，还会出现不稳定的现象。三.设备清单：序号型 号名 称数 量1DD03-4涡流测功机导轨1台2D55-4涡流测功机控制箱1件3DJ15直流他励电动机1台4D31直流数字电压、毫安、安培表1件5D41可调电阻器1件6D42可调电阻器1件7D51波形测试及开关板1件四.操作过程: 1. 检查按原理图的接线是否正确，电表的极性、量程选择是否正确，电动机励磁回路接线是否牢靠。 2. 将电动机电枢串联起动电阻R1、测功机MG的负载电阻R2、及MG的磁场回路电阻Rf2调到阻值最大位置，M的磁场调节电

7、阻Rf1调到最小位置，断开开关S，并断开控制屏下方右边的电枢电源开关，并将控制屏上电枢电源电压调节旋钮调至最小，作好起动准备。3.开启控制屏上的电源总开关，按下其上方的“开”按钮，接通其下方左边的励磁电源开关，观察M及MG的励磁电流值，调节Rf2使If2（电流表A2）于校正值（100mA）并保持不变，再接通控制屏右下方的电枢电源开关，调节控制屏上电枢电源电压调节旋钮，使电动机M起动。4.M起动后观察转速表指针偏转方向，应为正值。（若不正确，先关断电枢电源开关，再关断励磁电源开关，用励磁电源极性对调来纠正转向，重复步骤（1）（2），使电动机M起动。）电动机M起动后，调节控制屏上电枢电源电压为22

8、0伏。减小起动电阻R1阻值，直至短接。5.合上校正直流测功机MG的负载开关S，调节R2阻值，记录电枢电流I（电流表A3）不同值时，使MG的负载电流IF（电流表A4）改变值，即直流电动机M的输出转矩T2改变值（按不同的IF值，查对应于If2=100mA时的校正曲线T2=f(IF)，可得到M不同的输出转矩T2值）。将测得数据记录到表1-1中。五.原始数据、现象记录（包括各种图表）图1-4直流电动机起动与调速设计实物接线图图1-5 直流并励电动机名牌图1-6 校正直流测功机名牌表1-1.通过改变电枢电阻调速Ra7290108126144162180n1399137713541333131713011

9、287表1-2. 通过改变励磁电流调速If10610510310199969390n12881296130113071313132213321347 表1-3. 通过改变电枢电压调速Ua486888123137150167186n1963244506837778639711101六.数据处理与故障分析：（1）起动电阻的计算由电动机铭牌可知，。由公式，可得。,有公式，可得（2）力矩的计算（3）实现电动机的正反转 解：（1）将励磁绕组接到电源去的两根导线对调位置，也就是改变励磁电压的极性。（2）将电枢绕组接到电源去的两根导线对调位置，也就是改变电枢电压的极性。2、如何实现发电机的极性改变？答：改变

10、发电机励磁电压的极性。3、直流电动机能否直接启动，为什么？答：不能，他励电动机在起动瞬间，n=0，电动势E=0，起动电流在额定电压直接起动时，由于 很小， 很大，一般可达电枢电流额定值的1020倍。这样大的电流是换向所不允许的。同时起动转矩也能达到额定转矩的1020倍。过大的起动转矩会使电动机和它所拖动的生产机械遭受突然的巨大冲击，以致损坏传动机构（如齿轮）和生产机械。由此可见，除了额定功率在数百瓦以下的微型直流电动机，因电枢绕组导线细、电枢电阻 大、转动惯量又比较小、可以直接起动外，一般的直流电动机是不允许采用直接起动的。（4）直流电动机启动的方法 解：（1）降低电枢电压起动，起动时，加上励

11、磁电压 ，保持励磁电流 为额定值不变，电枢电压 从零逐渐升高到额定值。（2）增加电枢电阻起动，一般包括有级起动和无级起动两种。（5）调速方法的分析（1）改变电枢电阻调速调速方向是往下调。调速的平滑性取决于调速变阻器的调节方式。调速的稳定性差。调速的经济性差。调节范围不大。调速时的允许负载为恒转矩负载。（2）改变电枢电压调速调速方向是往下调。调速的平滑性好。调速的稳定性较好。调速的经济性差。调节范围大。调速时的允许负载为恒转矩负载。（3）改变励磁电流调速调速方向是往上调。调速的平滑性好。调速的稳定性好。调速的经济性较好。调节范围不大。调速时的允许负载为恒功率负载。总之，这种调速方法缺点甚多，所以

12、只适用于调速范围不大，时间不长的小容量电动机中。第二章课程设计项目名称： 三相变压器的参数测定 同组人： 时间： 一.课题分析：变压器是用来变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。变压器的工作原理是建立在电磁感应原理基础之上的。变压器铁芯内产生的总磁通分为两个部分，其中主磁通是以闭合铁心为路径，它同时匝链原、副绕组，分别感应电势，磁通是变压器传递能量的主要因素。还有另一部分磁通通过非磁性物质而形成闭合回路，变压器负载运行时，原、副方都存在这部分磁通，分别用和表示。而变压器空载运行时仅原方有，这部分磁通属于非工作磁通，其量值约占总磁通的，故把这部分磁通称为漏磁通。漏磁通和分别单独匝链变压

13、器的原绕组和副绕组，并在其中感应电势和。实际变压器中既有磁路问题又有电路问题，这样将会给变压器的分析、计算带来困难。为此，对变压器的电压、电流和电势的关系进行等值变换（即折算），可将同时具有电路和磁路的问题等值简化为单一的电路问题，以便于计算。图为双绕组变压器的“型”等值电路。变压器的参数即为图中的等。因此，等值电路中所有参数包括各电压、电流、电势的值均为单相数值。变压器归算的基本方程式为： 式中 图2.1变压器的T型等值电路分析变压器性能的方法通常使用等效电路、方程式和相量图。一般若作定性分析，用相量图较方便；若作定量计算，则用等值电路较方便，故通常就是利用等效电路来求取变压器在不同负载时的

14、效率、功率因数等指标的。要得到变压器的等效电路，一般是通过变压器的空载实验和负载损耗实验（也叫短路实验），再经计算而得出其参数的。由变压器空载实验，可以测出变压器的空载电流和铁心损耗，以及变压器的变比，再通过计算得到变压器励磁阻抗。空载时变压器的损耗主要由两部分组成，一部分是因为磁通交变而在铁心中产生的铁耗，另一部分是空载电流在原绕组中产生的铜耗。由于空载电流数值很小，此时铜耗便可以略去，而决定铁耗大小的电压可达到正常值，故近似认为空载损耗就是变压器的铁耗。空载实验为考虑安全起见，一般都在低压侧进行，若要得到折算到高压侧的值，还需乘以变比平方。由变压器负载损耗实验可以测出变压器阻抗电压、短路电

15、流和变压器铜损耗。再通过一些简单计算可求出变压器一次和二次侧绕组的电阻和漏电抗。负载损耗实验时的损耗也由两部分组成，一部分是短路电流在一次和二次侧绕组中产生的铜耗，另一部分是磁通交变而产生的铁耗。由于短路实验所加电压很低，因此这时铁心中磁通密度很低，故铁心损耗可以略去，而决定铜耗大小的电流可达正常值，所以近似认为负载损耗就是变压器铜耗。电力供电系统为三相电，所以我们多用的是三相变压器，三相变压器铭牌上的额定电压、和额定电流、分别指线电压和线电流的数值，所以三相双绕组变压器的额定容量为。二.设计电路图及分析分析：三相变压器空载试验和短路试验测得的电压为线电压，电流为线电流，功率为三相功率。在利用

16、计算参数时，公式中的电压和电流应为相电压和相电流，功率应为每相功率。图2.2三相变压器空载实验接线图图2.3 三相变压器短路实验接线图三.设备清单：表2-1设备清单序号型 号名 称数 量1D33数/模交流电压表1件2D32数/模交流电流表1件3D34-3智能型功率、功率因数表1件4DJ12三相心式变压器1件5D42三相可调电阻器1件6D51波形测试及开关板1件四.操作过程:1、空载试验（1）按图2.1接线（高压侧开路）（2）接线无误后，调压器输出调零，闭合开关，调节调压器使输出电压为低压侧额定电压,记录于表2-1中。（3）逐次改变电压，在19.938.16V的范围内测量三相空载电压电流功率，共

17、测8组数据记录于表2-1中。2、短路试验（1）变压器低压侧用较粗导线短路，高压侧通过以低电压。（2）接线无误后，将调压器输出端可靠地调至零电位，合上开关，监视电流表指示，微微增加调压器输出电压，使电流达到高压侧额定值 。（3）缓慢调节调压器输出电压，使短路电流在0.20.44A的范围内，测量三相输入电流，三相 功率和三相电压，记录7组数据，记于表2-2中。五.原始数据、现象记录（包括各种图表）表2-2空载试验参数表参数序号137.936370.0360.0360.036-0.11.3370.0361.20.52235.233.534.50.0320.0320.032-0.11.134.40.0

18、321.00.52334.532.933.90.0320.0320.03201.133.80.0321.10.59430.128.529.90.0260.0260.02600.929.50.0260.90.68527.726.5270.0240.0240.02400.7270.0240.70.626201919.50.0170.0170.01700.519.50.0170.50.87718.517.5180.0160.0160.01600.3180.0160.30.6816.516.3160.0140.0140.01400.316.30.0140.30.76表2-3短路试验参数表参数序号IAI

19、BICP2P110.440.440.4420.41919.5-7.7-1.3-9.019.60.440.60320.3760.3760.37617.41616.5-5.7-0.9-6.616.60.3760.61130.3360.3360.33615.61414.5-4.3-0.7-5.014.70.3360.58440.2960.2960.29613.712.913-3.3-0.6-3.913.20.2960.57650.2910.2910.29113.612.112.5-3.1-0.6-3.712.70.2910.57860.2580.2580.25811.810.511-2.3-0.4-

20、2.711.10.2580.54470.2430.2430.24311.29.810.3-2.0-0.4-2.410.40.2430.548图2.4空载特性曲线U0L =f(I0L)图2.5空载特性曲线P0=f(U0L)图2.6空载特性曲线cos0=f(U0L)图2.7短路特性曲线 UKL=f(IKL)图2.8短路特性曲线PK=f(IKL)图2.9短路特性曲线cosK=f(IKL)图2.10三相变压器空载实验接线图图2.11三相变压器短路实验接线图六.数据处理与故障分析：（1）三相变压器功率的分配解：（1）变压器由电源输入的有功功率：；（2）变压器输出的有功功率：。（2）三相变压器的损耗分配解

21、：（1）总损耗：；（2）铜损耗：；（3）铁损耗：。(3)的最大值解：当铜损等于铁损时最高。(4)计算短路参数；空载参数解：a 空载试验铁损耗：从空载特性曲线查出对应于U0L=UN时 I0L =0.03A P0 =1.1W励磁阻抗模：励磁电阻：励磁电抗：电压比：若要将、和折算至高压侧，折算至高压侧的参数= 折算至低压侧的参数则；b 短路试验铜损耗：从短路特性曲线查出对应于IKL=IN时的UKL =18V PK=7W短路阻抗模：短路电阻：短路电抗：折算至时的值：铜线：绕线电抗与温度无关：时的短路阻抗值：若要将、和折算至高压侧，则折算至低压侧的参数= 折算至高压侧的参数第三章课程设计项目名称: 利用

22、MATLAB软件完成变压器及电机仿真 同组人： 时间： 一.课题分析：（包括软件介绍）Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C+语言基础上的，因此语法特征与C+语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。二.设计程序及分析

23、(1)变压器空载运行仿真设计；图3.1变压器空载原理图(2)他励直流电动机的转矩特性仿真设计；% 直流电动机转矩特性分析% 将该函数定义为dc_mo_tor(dc_motor_torque)%-% 下面输入电机基本数据：Cm=10;Ra=1.8;k=.1;k1=.2;% 下面输入750转分钟时的空载特性试验数据(Ifdata是励磁电流,Eadata是感应电势)： Ia=0:.01:15; %-% 计算他励电动机外特性Temt=Cm*k*Ia;plot(Ia,Temt,r)xlabel(IaA)ylabel(TemN.M)%-(3)并励直流电动机的机械特性仿真设计；% 直流电动机机械特性分析%

24、将该函数定义为dc_mo_mec(dc_motor_mech)%-% 下面输入电机基本数据：U=220;Ra=0.17;p=2;N=398;a=1;psi=0.0103;Cpsi=0.0013;% 下面输入电磁转矩的变化范围： Te=0:.01:5; %-% 计算并励电动机机械特性：Ce=p*N/60/a;Cm=p*N/2/pi/a;n=U/Ce/psi-Ra*Te/Ce/Cm/psi2;subplot(2,1,1) plot(Te,n,k) hold on xlabel(Te) ylabel(n) %-(4)三相异步电动机转子串电阻启动仿真设计；图3.2三相异步电动机转子串电阻启动仿真设计图

25、(5) 三相异步电动机的机械特性仿真设计程序代码；% 三相异步电动机的机械特性%定义为inductor_motor(xiugai)clcclear% 下面输入电动机参数U1=220/sqrt(3);Nphase=3;P=2;fN=50;R1=0.095;X1=0.680;X2=0.672;Xm=18.7;%下面计算电机同步速度omegas=2*pi*fN/P;nS=60*fN/P;%下面是转子电阻的循环数值for m=1:5 if m=1 R2=0.1; elseif m=2 R2=0.2; elseif m=3 R2=0.5; elseif m=4 R2=1.0; else R2=1.5; end%下面是转差率计算for n=1:2000 s(n)=n/2000;Tmech=Nphase*P*U1*2*R2/s(n)/omegas/(R1+R2/s(n)2+(X1+