. . 基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真 实验报告 .
. 一、实验内容及目的 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，NS=2000kVA, kVkVUUNN11/127/21，50Hz，变压器的参数和损耗为008.0*)75(CkoR，0725.0*kX，kWP470，kWPCKNo160)75(。 (1)求此变压器带上额定负载、)(8.0cos2滞后时的额定电压调整率和额定效率。 (2)分别求出当0.1,8.0,6.0,4.0,2.0cos2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。 (3)分析不同性质的负载（),(8.0cos0.1cos),(8.0cos222超前，滞后）对变压器输出特性的影响。 1.1.2 实验目的 （1）计算此变压器在已知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 实验用到的基本知识和理论 （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 1.2串励直流电动机的运行特性
1.2.1实验内容 一台16kw、220V的串励直流电动机，串励绕组电阻为0.12Ω，电枢总电阻为0.2Ω。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(为比较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。 1.2.2实验目的 （1）了解并掌握串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 1.2.3实验用到的基本知识和理论 （1）电动机转速、电磁转矩、电枢电流、磁化曲线等 （2）串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、实验要求及要点描述
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编程方法或SIMULINK建模的方法实现； （3）要画出对应不同2cos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。 2.2串励直流电动机的运行特性 （1）采用屏幕图形的方式直观显示 （2）利用编程方法或MATLAB的函数调用方法实现； （3）画出串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、基本知识及实验方法描述
3.1 单相变压器的效率和外特性曲线 3.1.1基本知识 （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Δu。在电机学中，电压变化率为： . . )sincos(12*2**2*21'21222kkNNNNXRIUUUUUUUu ① 式中 *2I—— 负载电流的标幺值 **,kkXR——短路电阻、短路电抗的标幺值 2—— 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）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：
KNNKNPIPSIPIPPPPPP2*202*22*20
221
cos11
②
式中 P0——额定电压时的空载损耗 KNP——额定电流时的短路损耗
*2I——负载电流的标幺值
NS——变压器的额定容量
2cos——负载功率因数
根据上式，就可以求出对应不同的2cos，变压器的效率曲线了。 3.1.2实验分析 对于第（1）问，根据电机学知识和题中给出变压器的基本参数，直接把1*2I，*kR，*kX，2sin，2cos带入（1）式中，把 1*2I，P0，KNP，NS，2cos带入式
②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，KNP，NS，2cos带入①式中就可以得到随*2I的变化规律，即变压器的效率特性曲线。通过改变2cos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. . 大值及其对应的负载电流标幺值，通过公式NIII2*22*即可得到最大效率时的负载电流。 第（3）问的其基本思想和第（2）问相同。 3.2串励直流电动机的运行特性
3.2.1基本知识 <1>串励电动机的工作特性指U=时，转速n、转矩和电枢电流的关系。转速公式为：
（1） 转矩公式为： （2） （3）
式中 —电枢电流 --电枢总电阻 --励磁绕组总电阻 --电动势常数 --转矩常数 --电机磁化曲线比例系数 --电机一个极下的磁通量 <2>串励直流电动机的机械特性指U=时，转速n和转矩的关系。 转速公式为：
（4） 3.2.2实验分析 . . 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 clc P0=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 '额定电压调整率' uN1=Rk*0.8+Xk*0.6 '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=[0.05 0.4 0.6 0.8 1.0]; %功率因数向量 for j=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 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)); 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); end end Kmax(j)=y(j); I0(j)=x(j); I2(j)=I0(j)*I2N; end figure(1); %第一张图，做变压器的效率特性曲线 plot(I,K); . . hold on; text(x(1),y(1),'最大效率'); text(x(1),y(1)-0.1,'功率因数=[0.2 0.4 0.6 0.8 1.0]'); C1=[0:0.05:y(1)]; %用虚线画出最大效率及其对应的标幺值 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)]; 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,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,':'); hold off; axis([0 1.2 0 1.2]) %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