《电机学》课程设计指导书适用专业：电气工程及自动化适用年级： 2008级指导老师：张新闻冯翼北方民族大学电信学院二○一○年九月一、课程设计的目的和作用课程设计是培养和锻炼在校学生综合应用所学理论知识解决实际问题能力、进行工程实训的重要教学环节，它具有动手、动脑，理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一种较好方法。

《电机学》是电气工程及自动化专业的一门专业基础课，具有应用性、实践性较强的特点，忽视了实践环节，学生不能很好的理解所学内容。

通过设计，使学生系统、深入了解各种电机的工作原理和抽象出来的数学模型，对这门课程的认识和理解提高到一个新的水平。

通过设计实践，培养学生查阅专业资料、工具书或参考书，掌握现代设计手段和软件工具，并能以仿真程序及仿真结果表达其设计思想的能力。

通过设计，不但要培养和提高学生学习和应用专业知识的能力，而且要在实践过程中锻炼培养正确的设计思想，培养良好的设计习惯，牢固树立事实求是和严肃认真的科学工作态度。

电机学课程设计是电机学课程学习的最后一个环节，通过设计不仅可以使学生更牢固的掌握所学知识，同时也可以为后续课程的学习打下扎实的理论基础。

二、设计题目与任务设计题目的拟定原则：结合课堂理论教学的内容，针对课程设计的目的，在规定的时间内，选择符合教学、符合学生水平、符合实验室条件的课题。

本次参与课程设计的是08电气工程及自动化的学生共有60人。

设计题目（课题题目见表一）共13个。

通过2周的设计时间，在指导老师的指导下应独立完成规定的设计任务。

三、设计指导及要求本次课程设计是在指导指导老师指导下由学生独立完成。

指导指导老师的主导作用主要在于指明设计思路，启发学生独立思考，解答疑难问题和按设计进度进行阶段审查。

学生必须发挥自身学习的主动性和能动性，主动思考问题、分析问题和解决问题，而不应处处被动地依赖指导指导老师查资料、给数据、定答案。

同组同学要发扬团队协作精神，创新精神，积极主动的提出问题、解决问题，使大家在设计中实现知识和友谊的双丰收。

本次课程设计是学生第一次较全面的设计训练，它对以后的毕业设计、专业设计工作打下良好基础具有重要意义。

学生在设计的全过程中必须认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精，才能在设计思想、方法和技能各方面都获得较好的锻炼和提高。

设计中要正确处理参考己有资料与创新的关系。

设计是一项复杂、细致的劳动，任何设计都不可能是由设计者脱离前人长期经验积累的资料而凭空想象出来。

熟识和利用已有的资料，既可避免许多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的重要保证。

善于掌握和使用各种资料，如参考和分析现有的软、硬件结构方案并合理地消化引用，合理选用已有的经验设计数据，也是体现设计工作能力的重要方面。

然而任何新的设计任务总是有其特定的讲计要求和具体工作条件，因而又不能盲目地、机械地抄袭资料，而必须具体分析，创造性地进行设计，使设计质量和设计能力都获得提高。

四、进度安排（1周分散，1周集中）从本学期第10周开始，将学生分组，分配任务；指导查阅课程设计的相关资料。

学生利用第10周至第16周的业余时间确定设计方案，完成参数计算，熟练掌握MATLAB/SIMULINK 模块和PSCAD/EMTDC软件的使用。

本学期第17周学生在学院机房集中编写程序，搭建模型，进行仿真，并撰写论文，完成课程设计论文答辩。

五、课程设计要求本课程设计所有题目均需设计出正确的方案，计算出相关参数，应用MATLAB/SIMULINK或PSCAD/EMTDC做出正确的仿真结果，最后整理图表、数据，完成课程设计报告的书写。

六、考核方法设计成绩根据平时考勤，仿真调试，答辩，设计说明书最后验收多个环节综合评定。

答辩一般为10－15分钟时间，每个学生单独进行，提问为4-5个问题，答辩指导指导老师为两人，成绩以100分计，分为20－40分；50－60分；60－70分；70－80分；80－90分；90－100分六个档。

（总分100分,其中论文成绩：40% ；答辩成绩：40% ；平时考勤：20%）。

表一：设计题目设计题目（内容）设计要求人数及分工1、变压器运行特性计算与仿真变压器空载；变压器负载运行；变压器空载合闸；变压器副边突然短路。

要求：观察激磁涌流与合闸初相角的关系；观察突然短路电流的大小与合闸初相角的关系，观察突然短路冲击电流1、用SIMULK设计空载和负载(包括纯阻性、感性、容性负载)仿真模型，测出原副边电流电压波形。

2、在给定单相变压器：Sn=100Kva,U1n/U2n=380/220V,r1=0.14Ω, r2=0.035Ω, x1=0.22Ω,x2=0.055Ω, rm=30Ω, r2=310Ω,副边负载阻抗Zl=4+3j.用Matlab编写程序计算原副边电流、功率因素、励磁电流、铁损和铜损。

3、用SIMULK设计变压器空载合闸仿真模型，测出变压器铁心主磁通和励磁电流的变化过程。

4、变压器副边突然短路：用SIMULK设计变压器副边短路仿真模型，测出原、副边电流的变化过程。

2人，每人负责设计内容中的两项。

2、三相变压器并联运行分析检查并联条件，对满足、不满足并联条件时的负荷分配情况仿真计算。

1、用SIMULK设计变压器并联运行的仿真模型并进行仿真。

2、计算满足和不满足并联条件时的负荷分配。

3、对仿真结果和计算结果进行分析。

2人，两人分别对满足和不满足并联条件仿真和计算3、三相变压器（Yyn0）带不对称负荷的运行分析三相变压器（Yyn0）带不对称负荷的中性点位移情况。

1、用SIMULK设计变压器带对称和不对称负荷运行的仿真模型并仿真。

2、计算带对称和不对称负荷运行时中性点电压和电流。

2人，两人分别对对称和不对称负荷运行仿真和计算4、三相三绕组变压器两个副绕组采用（yy,y△）接法的仿真与分析分析原边与两个副边以及副边与副边绕组的电压的大小、相位在副绕组采用不同接法的不同。

1、用SIMULK设计三绕组变压器的副绕组采用不同接法的仿真模型并仿真。

2、分析各绕组在不同接法的电压大小及相位的变化。

2人，两人分别对副绕组不同的接法进行仿真和分析5、直流电动机启动计算与仿真2、一台他励直流电动机，已知某直流电动机稳定运行，其参数如：U n=110V,R a=20, I N =1A,n N =1500r/min。

试求：3、一台他励直流电动机，已知数据为：P N=1.75 KW，U N=110V ,I N=20.1 A，n N=1450 r/min，试求：1、采用分级起动，起动电流最大值不超过2I N，试求各段电阻值，并求切除电阻时的瞬时转速和电动势，并做出机械特性图。

2、试设计一个串电阻的分级启动系统，并采用SIMULK设计仿真模型进行仿真，观测电压、转速和电流等物理量的变化过程并对其进行分析。

3、电机以1000 r/min的转速拖动额定负载，选择设计内容中的调速方式，计算其参数并分析过度过程中能量的损耗，画出机械特性图。

4、试采用SIMULK选择设计内容中的调速方式，设计仿真模型进行仿真，观测电压、转速和电流等物理量的变化过程并对其进行分析。

注：要求两组人员选择不同的（启动）调速方式。

4人，分别完成设计要求中1、2、3、4小项的内容4人，分别完成设计要求中1、2、3、4小项的内容6、直流电动机调速计算与仿真4、一台他励直流电动机，已知某直流电动机稳定运行，其参数如：P N=10Kw,U N=110V,1、电动机以1000r/min的转速拖动负载时，选择设计内容中的调速方式，计算其参数并分析过度过程中能量的损耗，画出机械特性图。

2、试采用SIMULK选择设计内容中的调速方式设4人，分别完成设计要求中1、2、3、4小项的内Ra=0.084Ω, I N =107.6A, n N =1500r/min 。

试求： 5、一台他励直流电动机，已知数据为： P N =13 KW ，U N =220V,Ra=0.17Ω,I N =68.7 A ，n N =1500 r/min ，试求：计仿真模型进行仿真，观测电压、转速和电流等物理量的变化过程并对其进行分析。

3、试采用SIMULK 设计一个转速闭环控制的直流调速系统，并进行仿真。

观测电压、转速和电流等物理量的变化过程并对其进行分析。

4、试采用SIMULK 设计一个电流闭环控制的直流调速系统，并进行仿真。

观测电压、转速和电流等物理量的变化过程并对其进行分析。

要求两组人员选择不同的调速方式。

注：要求两组人员选择不同的启动调速方式。

容。

4人，分别完成设计要求中1、2、3、4小项的内容。

7、直流电动机制动计算与仿真6、一台他励直流电动机，已知某直流电动机稳定运行，其参数如：U N =220V, Ra=0.5Ω, I N =40A, n N =1000r/min 。

试求：7、一台他励直流电动机，已知数据为： P N =13 KW ，U N =220V,Ra=0.17Ω,I N =68.7 A ，n N =1500 r/min ，试求： 1、电机拖动反抗性恒转矩负载运行，试选择分别选择能耗(6)和反接(7)制动方式并求出制动初始时和转速为0r/min 时各物理量的数值并分析制动过程中能量的损耗，做出机械特性图。

2、试采用SIMULK 设计仿真模型进行制动，观测电压、转速和电流等物理量的变化过程并对其进行分析。

升额定负载运行，分别选择能耗和反接制动方式，3、并求出制动初始时和达到新的稳态的电流、电压等参数，做出机械特性图。

2、 4、试采用SIMULK 选择，设计设计仿真模型进行制动方式的仿真，观测电压、转速和电流等物理量的变化过程并对其进行分析。

5、电机以500 r/min 下放额定负载时的调速方式计算其参数并分析制动过程中能量的损耗，做出机械特性图，采用SIMULK 进行仿真。

4人， 4人分别完成设计要求中1、2、3、4小项内容。

4人， 4人分别完成设计要求中1、2、4、5小项内容。

8、异步电动机启动仿真 线8、一台绕线式异步电动机，Y/y 接法。

已知数据为：U n =380V,n N =1460r/min ，R 1= R 2’=0.02Ω,X 1σ=X 2σ’=0.06Ω,K I = K e ’=0.02。

试求： 9、一台绕线式异步电动机，已知数据为：P N =44 KW ，I 2N =110 A ，n N =1435 r/min ，E 2N =243 V ，K T =1.5，负载转矩为0.8T N 。

试求： 1、若要求启动电流是X st =2.5I N ，求最大的串界电阻并设计其起动级数并计算每级的电阻值。

2、最大允许的起动转矩T 1=1.8T n ，起动切换转矩T 2=T N ，试设计其起动级数并设计其起动级数并计算每级的电阻值。