电机与电力拖动基础

《电机与电力拖动基础》课程设计报告

专业：

班级：

姓名：

学号：

三相变压器的空载、短路、负

载试验同组人： 时间：

室温： 一. 课题分析：

电力电力工业需要小型、高频、低功耗、低成本的装置，所以电路实验能使我们发现并解决问题。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

二. 设计电路图及分析：

三相变压器空载试验电路图

图1—1 三相变压器空载试验接线图

试验在低压侧进行，即将低压绕组做一次绕组。加上额定电压；高压绕组做二次绕组，输出端开路

三相变压器短路实验电路图

三相变压器短路实验接线图

试验在高压侧进行，即将高压绕组做一次绕组。加上额定电压；低压绕组做二次绕组，输出端短路。

三相变压器负载电路图

试验在高压侧进行，即将高压绕组做一次绕组。加上额定电压；低压绕组做二次绕组，输出端短路。

三相变压器负载电路图

三相变压器负载接线图

三、数据处理与故障分析：

1、计算变压器的变比

根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。

UUU

KABAB　　,　KBCBC　　,　KCACA

UabUbcUca

2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数

(1) 绘出空载特性曲线U0L =f(I0L)，P0=f(U0L)，cosφ0=f(U0L) 表3-7中 UabUbcUca

U

0L

3

IaIbIc

I0L 3

P0P01P02 P0

cos0

3UOLIOL

(2)计算激磁参数

从空载特性曲线查出对应于U0L=UN时的I0L和P0值，并由下式求取激磁参

数。 式

rmZm

P03I02U0I0

U0LI0L

22

中 XmZmrm

U0

U0L

, I0I0L ，P0 ——变压器空

载相电压，相电流，三相空载功率（注：Y接法，以后计算变压器和电机参数时都要换算成相电压，相电流）。

3、绘出短路特性曲线和计算短路参数

(1) 绘出短路特性曲线 UKL=f(IKL)，PK=f(IKL)，cosφK=f(IKL) 式中 UABUBCUCA

UKL 3

IIBKICK

IKLAK

3 PKPK1PK2 PK

cosK

UKLIKLPK'

r (2) 计算短路参数 K2

3IK

从短路特性曲线查出对应于IKL=IN时的UKL和PK值

UKUKL'并由下式算出实验环境温度θ℃时的短路参数 ZKIKIKL

''2'2

XKZKrK U

UKKL, IKIKLIN

式中 , PK——短路时的相电压、相电流、三相短路功率。

换算到基准工作温度下的短路参数ｒK75℃和ZK75℃，(换算方法见 3-1内容)计算短路电压百分数

'ZK折算到低压方 ZKK2'rK

rK2

K'XK

XK2

K

uK

INZK75C

UN

100%

uKruKX

INrK75C

100%UNINXK

100%UN

2

PKN3INrK75C

计算IK=IN时的短路损耗

4、根据空载和短路实验测定的参数， 画出被试变压器的“T”型等效电路。

要分离一次侧和二次侧电阻，可用万用表测出每相绕组的的直流电阻，然后取其平均值。设R/1为一次绕组的直流电阻折算到二次侧的数值，R2为二次绕组的直流电阻。rk已折算到二次侧应有

rkr1r2r1r

2R2R1

联立方程组求解可得r1及r2。一次侧和二次侧的漏阻抗无法用实验方法分离通常

XK

2

5、变压器的电压变化率

(1) 根据实验数据绘出cosφ2=1时的特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出

UU2I2=I2N时的电压变化率 u20100%

U20

(2) 根据实验求出的参数，算出I2=IN，cosφ2=1时的电压变化率

取X/1=X2=

他励直流电机的启动和调速电路图

他励直流电机的启动和调速接线图

他励直流电机的调速数据表

分析：

他励电动机的的电枢和励磁绕组分别由两个独立的直流电源供电。并励电动机的电枢和励磁绕组并联后有同一个直流电源供电。串励电动机的电枢和励磁绕组串联后由同一个直流电源供电。复励电动机有两个励磁绕组，一个并励绕组，一个串励绕组。并励绕组和电枢并联，再与串励绕组并联，然后由同一个直流电源供电。也可以先将串励绕组和电枢串联，再与并励绕组并联，然后由同一个直流电源供电。

在直流电动机中，电磁转矩由电枢电流与磁场相互作用产生的电磁力形成。根据物理学中的电磁力公式，作用在电枢绕组每一根导体上的平均电磁力为：Fl

i，i为流过每一根道题的电流，B

为每一个磁极下的平均磁感应强度，它等于每级磁通除以每级的面积

l

，即

B





l

若电枢半径为R,则每根导线的电磁力所形成的电磁转矩为FR.若电枢绕组的的串联总匝数为N,则总导体条数应为2N·2a=4aN。由于电枢的周长为2R2p，固R转矩为：

T4aNRF4aN

p



，由此求的直流电动机的电磁

p



p

Bli4aNli

l

4aN

p



i

由于电枢电流Ia2ai，所以：T

2pN

Ia CT

2pN



’

C

T

是由电机的接过决定的，称为转矩常数。将其代入到直流电机的

电磁转矩公式为： TCTIa

的单位为韦（Wb）;Ia的单位为安（A）;T单位为牛米（N·m）.

课程设计项目名称： 利用

Matlab软件完成变压

器及电机仿真 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.仿真结果记录及分析: （一）变压器空载运行仿真

（1）变压器空载电子电路

（2）仿真结果

（二）直流电动机的能耗制动

（1）制动前

（2）制动后

（3）仿真结果：

制动前

制动后

（三）直流电动机的调速仿真

（1）直流电动机的电子电路图

（2）参数设定

（3）仿真结果

（四）三相异步电动机的调速仿真：

三相异步电机的电子电路图

三相异步电机的仿真波形图

（五）、三相异步电动机反转：

三相异步电动机电路图

仿真结果

三相异步电动机反转仿真图（1）

三相异步电动机反转仿真图（2）

实验总结

通过这段时间的课程设计，从无知到认知，到深入了解，让我深刻

的体会到学习过程是最美的。在整个课程设计过程中，我每天都有很

多新的体会。

经过2周的奋战，课程设计完成了，在没有做课程设计之前觉得课程设计只是对这个学科所学知识的总结，但通过这次课程设计发现自己的看法片面。课程设计不仅是对所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的提高。通过课程设计，让我更加明白学习是一个长期的积累过程，经后的工作、生活中应该不段的学习，努力提高知识和综合能力。

《电机与电力拖动基础》课程设计报告

专业：

班级：

姓名：

学号：

三相变压器的空载、短路、负

载试验同组人： 时间：

室温： 一. 课题分析：

电力电力工业需要小型、高频、低功耗、低成本的装置，所以电路实验能使我们发现并解决问题。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

二. 设计电路图及分析：

三相变压器空载试验电路图

图1—1 三相变压器空载试验接线图

试验在低压侧进行，即将低压绕组做一次绕组。加上额定电压；高压绕组做二次绕组，输出端开路

三相变压器短路实验电路图

三相变压器短路实验接线图

试验在高压侧进行，即将高压绕组做一次绕组。加上额定电压；低压绕组做二次绕组，输出端短路。

三相变压器负载电路图

试验在高压侧进行，即将高压绕组做一次绕组。加上额定电压；低压绕组做二次绕组，输出端短路。

三相变压器负载电路图

三相变压器负载接线图

三、数据处理与故障分析：

1、计算变压器的变比

根据实验数据，计算各线电压之比，然后取其平均值作为变压器的变比。

UUU

KABAB　　,　KBCBC　　,　KCACA

UabUbcUca

2、根据空载实验数据作空载特性曲线并计算激磁参数

(1) 绘出空载特性曲线U0L =f(I0L)，P0=f(U0L)，cosφ0=f(U0L) 表3-7中 UabUbcUca

U

0L

3

IaIbIc

I0L 3

P0P01P02 P0

cos0

3UOLIOL

(2)计算激磁参数

从空载特性曲线查出对应于U0L=UN时的I0L和P0值，并由下式求取激磁参

数。 式

rmZm

P03I02U0I0

U0LI0L

22

中 XmZmrm

U0

U0L

, I0I0L ，P0 ——变压器空

载相电压，相电流，三相空载功率（注：Y接法，以后计算变压器和电机参数时都要换算成相电压，相电流）。

3、绘出短路特性曲线和计算短路参数

(1) 绘出短路特性曲线 UKL=f(IKL)，PK=f(IKL)，cosφK=f(IKL) 式中 UABUBCUCA

UKL 3

IIBKICK

IKLAK

3 PKPK1PK2 PK

cosK

UKLIKLPK'

r (2) 计算短路参数 K2

3IK

从短路特性曲线查出对应于IKL=IN时的UKL和PK值

UKUKL'并由下式算出实验环境温度θ℃时的短路参数 ZKIKIKL

''2'2

XKZKrK U

UKKL, IKIKLIN

式中 , PK——短路时的相电压、相电流、三相短路功率。

换算到基准工作温度下的短路参数ｒK75℃和ZK75℃，(换算方法见 3-1内容)计算短路电压百分数

'ZK折算到低压方 ZKK2'rK

rK2

K'XK

XK2

K

uK

INZK75C

UN

100%

uKruKX

INrK75C

100%UNINXK

100%UN

2

PKN3INrK75C

计算IK=IN时的短路损耗

4、根据空载和短路实验测定的参数， 画出被试变压器的“T”型等效电路。

要分离一次侧和二次侧电阻，可用万用表测出每相绕组的的直流电阻，然后取其平均值。设R/1为一次绕组的直流电阻折算到二次侧的数值，R2为二次绕组的直流电阻。rk已折算到二次侧应有

rkr1r2r1r

2R2R1

联立方程组求解可得r1及r2。一次侧和二次侧的漏阻抗无法用实验方法分离通常

XK

2

5、变压器的电压变化率

(1) 根据实验数据绘出cosφ2=1时的特性曲线U2=f(I2)，由特性曲线计算出

UU2I2=I2N时的电压变化率 u20100%

U20

(2) 根据实验求出的参数，算出I2=IN，cosφ2=1时的电压变化率

取X/1=X2=

他励直流电机的启动和调速电路图

他励直流电机的启动和调速接线图

他励直流电机的调速数据表

分析：

他励电动机的的电枢和励磁绕组分别由两个独立的直流电源供电。并励电动机的电枢和励磁绕组并联后有同一个直流电源供电。串励电动机的电枢和励磁绕组串联后由同一个直流电源供电。复励电动机有两个励磁绕组，一个并励绕组，一个串励绕组。并励绕组和电枢并联，再与串励绕组并联，然后由同一个直流电源供电。也可以先将串励绕组和电枢串联，再与并励绕组并联，然后由同一个直流电源供电。

在直流电动机中，电磁转矩由电枢电流与磁场相互作用产生的电磁力形成。根据物理学中的电磁力公式，作用在电枢绕组每一根导体上的平均电磁力为：Fl

i，i为流过每一根道题的电流，B

为每一个磁极下的平均磁感应强度，它等于每级磁通除以每级的面积

l

，即

B





l

若电枢半径为R,则每根导线的电磁力所形成的电磁转矩为FR.若电枢绕组的的串联总匝数为N,则总导体条数应为2N·2a=4aN。由于电枢的周长为2R2p，固R转矩为：

T4aNRF4aN

p



，由此求的直流电动机的电磁

p



p

Bli4aNli

l

4aN

p



i

由于电枢电流Ia2ai，所以：T

2pN

Ia CT

2pN



’

C

T

是由电机的接过决定的，称为转矩常数。将其代入到直流电机的

电磁转矩公式为： TCTIa

的单位为韦（Wb）;Ia的单位为安（A）;T单位为牛米（N·m）.

课程设计项目名称： 利用

Matlab软件完成变压

器及电机仿真 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.仿真结果记录及分析: （一）变压器空载运行仿真

（1）变压器空载电子电路

（2）仿真结果

（二）直流电动机的能耗制动

（1）制动前

（2）制动后

（3）仿真结果：

制动前

制动后

（三）直流电动机的调速仿真

（1）直流电动机的电子电路图

（2）参数设定

（3）仿真结果

（四）三相异步电动机的调速仿真：

三相异步电机的电子电路图

三相异步电机的仿真波形图

（五）、三相异步电动机反转：

三相异步电动机电路图

仿真结果

三相异步电动机反转仿真图（1）

三相异步电动机反转仿真图（2）

实验总结

通过这段时间的课程设计，从无知到认知，到深入了解，让我深刻

的体会到学习过程是最美的。在整个课程设计过程中，我每天都有很

多新的体会。

经过2周的奋战，课程设计完成了，在没有做课程设计之前觉得课程设计只是对这个学科所学知识的总结，但通过这次课程设计发现自己的看法片面。课程设计不仅是对所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的提高。通过课程设计，让我更加明白学习是一个长期的积累过程，经后的工作、生活中应该不段的学习，努力提高知识和综合能力。