电机与拖动课程设计报告(共31页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上电机与电力拖动基础课程设计报告 专业：班级：姓名：学号：一.课程设计说明：目的和意义：在国民经济各部门中广泛应用各种各样的生产机械。各种生产机械都需要原动机拖动才能正常工作，以电动机拖动生产机械的拖动方式称为“电力拖动”。电机与电力拖动此门课是工业自动化及相近专业的一门重要的技术基础课，本门课的任务是使学生掌握常用交、直流电机、控制电机及变压器的基本结构和工作原理，以及电力拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，本课程研究电机与电力拖动系统的基本理论，为学习“电气控制”、“自动调速系统”等课程准备必要的基础知识。电机与电力拖动此门课在专业学习中占有相当重要的地位。同时，又可以作为一门独立的技术应用课，直接为工业生产服务。电机与电力拖动基础课程设计是掌握电机与电力拖动基础知识的重要实践环节，通过这一课程要求掌握基本的变压器、电机的操作方法和操作技能；学会根据设计目的拟定设计路线，选择所需仪器和设备，确定操作步骤，测取数据，进行分析研究得出必要的结论，进而完成完整的设计报告。整个设计过程中训练者必须集中精力、严肃认真。这一课程的开设有利于培养实训参加者分析问题、解决问题的能力，提高实训参加者全局考虑问题、应用所学知识的能力，对培养和造就应用性工程技术人才将起到较大的促进作用。 为了加强对学生工程应用能力的训练与培养，更好实现理论与实践的结合，真正做到增长知识与发展能力的统一，我们为学生开设了电机与电力拖动基础课程设计，该课程设计是在完成电机与电力拖动的理论教学之后安排的一个实践教学环节，目的是让本专业在掌握基本理论的基础上，立足于实践应用，通过完成两、三个设计项目巩固和加深电机与电力拖动课程中所学的理论知识和实验能力，为以后专业课程的学习打下良好的基础。二.课程设计项目名称： 三相变压器的参数实验 同组人： 时间： 2016年1月6日 室温： 15 摄氏度 （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。1.三相变压器空载实验 三相变压器空载实验接线图实验线路如图，为安全起见，将低压侧经调压器和开关接至电源，高压侧开路。本实验要求电源频率应等于或接近被试变压器的额定频率，允许偏差规定不超过，三相电压基本对称，且电压波形应是实际正弦波。 接线无误后，调压器输出调零，闭合电源开关S1和S2，调节调压器使输出电压为低压测额定电压，记录该组数据于表4-2中，然后逐次改变电压，在（1.20.5）的范围内测量三相空载电压、电流及功率，共测取79组数据，记录于表中。2.三相变压器短路实验三相变压器短路实验接线图三线变压器短路实验操作接线图（二）.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（三）.操作过程:1、空载试验（1）按空载试验接线图接线（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,记录于表中。（3）逐次改变电压，在19.938.16V的范围内测量空载电压电流功率，共测数组数据记录于表中。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，测量输入电流，功率和电压，记录数组数据，记于表中。（四）.原始数据、现象记录（包括各种图表） 1.三相变压器三相变压器短路实验数据三相变压器三相变压器短路实验数据次数UABUBCUCAIAIBICP1P2Pk功率因数1功率因数214.34.34.30.0870.0870.0870.200.20126.96.96.90.1420.1420.1420.80.10.90.111310.210.210.20.2110.2120.2111.70.32.00.151414.414.414.40.2990.2990.2993.60.64.20.140.94519.319.319.30.4050.4050.4056.61.07.60.140.962.三相变压器空载实验数据三相变压器空载实验数据次数UabUbcUcaIaIbIcP1P2功率因数1110.510.5420.010.010.0100121515580.0130.0130.0130.10.11325.425.41000.0210.0210.0210.10.21430.230.21200.0250.0250.0250.10.31538.338.31510.0250.0250.0340.30.51（五）.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： 。（1）三相变压器的损耗分配解：（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 最高三.课程设计项目名称：直流电机的启动与调速同组人： 时间： 2015年1月6日 室温： 15摄氏度 （一）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。（二）.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：n f(Tem)。 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。电枢电源图- 他励直流电动机机械特性测定的实验接线图1.起动特性直流电动机接通电源以后，电动机的转速从零达到稳态转速的过程称为起动过程。对于电动机来讲，我们总希望它的起动转矩大，起动电流小，起动设备简单、经济、可靠。直流电动机开始起动时，转速n=0，此时直流电动机的反电动势(E=KEn)还没有建立起来，由电枢电阻Ra较小，Ia=uR。，所以此时电枢电流最大。另外，根据转矩公式T=KTI可知，由于电枢电流非常大，此时的起动转矩也非常大。这样大的起动电流和起动转矩，分别将对供电电源和机械装置形成强大的冲击。通常采用保证足够的起动转矩下尽量减少起动电流的办法，使电动机起动。（1）.动方法：A.电枢回路串电阻起动(降低电枢电压启动)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这种方法需要有一个可变电压的直流电源专供电枢电路之用。B.降低电枢压起动减压起动时，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。他励直流电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调节。2.他励直流电动机的调速方法：(1)改变电枢电压调速：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，可以常电动机的转速：由他励直流电动机的机械特性为2)调节串入电枢回路电阻调速在电枢回路串入电阻R，从串入电阻后他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2-1所示：图2-1电阻调速特性曲线这种调速方法的优点是简单易行，缺点是接人电阻后电动机的效率降低，机械特性变软，（3）改变励磁电流调速这种调速方法所用设备简单调节也很方便，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。3.调速的性能指标（1）调速范围与静差率调速范围是指电动机在额定负载转矩调速时，其最高转速与最低转速之比，用D表示为最高转速受电动机的换向及机械强度限制，最低转速受生产机械对转速相对稳定性要求的限制。静差率或转速变换率，是指电动机由理想空载到额定负载时转速的变化率。静差率越小，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速的变换也越小。调速范围与静差率相互制约，采用同一种方法调速时，静差率数值越大，则可以得到较高的调速范围；如果静差率一定，采用不同的调速方法，其调速范围D不同（2）调速的平滑性无级调速的平滑性最好，有级调速的平滑性用平滑系数表示，其定义为：相邻两极转速中，高一级n与低一级转速n之比，即（3）调速的经济性主要考虑调速设备的初投资、调速时电能的损耗、运行时的维修费用等。调速时电能的损耗除了要考虑电动机本身的损耗外，还要考虑供电电源的效率。调速设备初投资应该考虑电动机和供电电源两方面：专门设计的改变磁通调速的电动机成本较普通直流电机为高；降电枢电压调速的大功率可调压电源，成本也较高；调磁通调速一般也要专门配一可调压电源，但容量要小，成本也低些。这样综合起来考虑，电枢串电阻调速设备成本最低，而改变电源电压调速设备成本最高。4.选择仪器电压量程的选择如测量电动机两端为220V的直流电压，选用直流电压表为1000V量程档。电流量程的选择因为直流并励电动机的额定电流为1.2A，测量电枢电流的电表A3可选用直流电流表的5A量程档；额定励磁电流小于0.16A，电流表A1选用200mA量程档。变阻器的选择变阻器选用的原则是根据实验中所需的阻值和流过变阻器最大的电流来确定，电枢回路R1可选用D44挂件的90与90串联电阻,磁场回路Rf1可选用D44挂件的900与900串联电阻。5他励直流电动机的起动准备按原理图接线。图中直流他励电动机M用DJ15，其额定功率PN=185W，额定电压UN=220V，额定电流IN=1.2A,额定转速nN=1600r/min,额定励磁电流IfN0.16A。校正直流测功机MG作为测功机使用，TG为测速发电机。直流电流表选用D31。Rf1用可调电阻器D44中的900与900电阻串联，使Rf1的阻值等于1800，作为他励直流电动机励磁回路串接的电阻。Rf2选用可调电阻器D42中的900与900电阻串联，使Rf2的阻值等于1800，作为MG励磁回路串接的电阻。R1选用可调电阻器D44中的90与90电阻串联，使R1的阻值等于180，作为他励直流他励电动机的起动电阻，R2选用可调电阻器D42中的900与900并联后再与可调电阻器D41中的6个90电阻互串联，作为MG的负载电阻。接好线后，检查M、MG及TG之间是否用联轴器直接联接好（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直流并励电动机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220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4-1中。6.调节他励电动机的转速分别改变电动机M电枢回路的电阻R1和励磁回路的电阻Rf1，观察转速变化情况。保持励磁回路的电阻Rf1不变，改变电枢回路的电阻R1，使其增大，测转速n。将测得数据记录到表4-2中。保持电阻R1=0不变，改变励磁回路的调节电阻Rf1时，测转速n。将测得数据记录到表4-3中。7.改变电动机的转向将电枢串联起动变阻器R1的阻值调回到最大值，先切断控制屏上的电枢电源开关，然后切断控制屏上的励磁电源开关，使他励电动机停机。在断电情况下，将电枢（或励磁绕组）的两端接线对调后，再按他励电动机的起动步骤起动电动机，并观察电动机的转向及转速表指针偏转的方向（五）.原始数据、现象记录（包括各种图表） 直流电动机起动与调速设计实物接线图 直流测功机名牌1.改变电枢电阻调速数据 参数序号123456Ra180135904510N1291661952342732.改电枢电压调速数据 参数序号1234567Ua39.641.943.84446.2N1161321361471623.改变励磁电流 序号参数1234567If64.870.876.283.593.0N131128125120114（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（5）调速方法的分析1.电枢回路串电阻调速。其性能指标是（1)调速方向是往下调。(2)调速的平滑性取决于调速变阻器的调节方式。如能均匀的调节变阻器的电阻值，可实现无级调速。不过，一般调速电阻多为分级调节，故未有机调速。(3)调速稳定性差，因为aR增加后，机械特性硬度降低，静差率增大。(4) 调速的经济性差，因为初期投资虽然不大，但损耗增加，运行效率低。(5) 调速范围不大，因受低速时静差率的限制。(6) 调速时允许负载为恒转矩负载。总之，这种调速方法缺点甚多，所以只适用于调速范围不大，时间不长的小容量电动机中。2.改变电枢回路电压调速。其性能指标是：（1）调速方向是往下调。(2)调速的平滑性好。只要均匀调节电枢电压就可以实现平滑的无级调速。(3)调速的稳定性要比前一种调速方法好得多，但是随着电枢电压的减小，转速的降低，稳定性会逐渐变差。这是因为电枢电压的减小时，机械特性硬度降低虽然不变，但是理想空载转速降低，静差率逐渐增大。(4)调速的经济性方面初期投资大，需专用的可调压直流电源，例如采用单独的直流发动机或晶闸管可控整流电源等，静差率逐渐增大。(5)调速范围大，远比前一种调速大得多。(6)调速时的允许负载为恒转矩负载。因为调速时的基本不变，满载电流即额定电流IaN一定，因此，如果不计低速时散热能力较差，可以认为各种转速下允许输出的转矩相同，故为恒转矩调速。总之，这是一种性能优越的调速方法，广泛应用于对调速性能要求较高的电力拖动系统中。3.改变励磁电流调，其性能指标是：(1)调速方向是往上调。(2)调速的平滑性好。只要均匀调节励磁电流的大小就可以实现无级调速。(3)调速的稳定性好，虽然励磁电流减小时，机械特性硬度下降，但是理想空载转速增加，静差率不变。(4)调速的经济性较好，因为它是在功率较小的励磁电路内控制励磁电流的，功率损耗小，运用费用低。但若采用电压可调的直流电源供电，则需增加初期投资。(5)调速范围因受机械强度、电枢反应的去磁作用和换向能力的限制，最高转速一般只能达到额定转速的1.2-2倍，所以调速范围不大。(6)调速时的允许负载为恒功率负载。因为电动机的额定电流一定，减少时，允许输出的转矩减小，但因转速增加了，允许输出的功率基本上没有变化，故为恒功率调速。四.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）1.课题设计原理： Matlab是一个高级的/阵列语言，它控制语句、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的重要原因。2.设计的任务：利用MATLAB软件完成变压器及电机仿真参考MATLAB电机仿真精华50例（1）、进行变压器空载运行仿真设计（必选）（2）、进行变压器负载运行仿真设计（3）、进行直流电动机的转矩特性仿真设计（4）、进行直流电动机的机械特性仿真设计（5）、进行直流电动机的起动仿真设计（6）、进行直流电动机的调速仿真设计（必选）（7）、进行直流电动机的制动仿真设计（8）、进行三相异步电动机的机械特性仿真设计（9）、进行三相异步电动机的起动仿真设计（10）、进行三相异步电动机的调速仿真设计（11）、进行三相异步电动机的反转仿真设计（12）、进行三相异步电动机的制动仿真设计3.设计的要求：（1）.基本要求：（1）完成变压器空载运行仿真设计（2）完成直流电动机的机械特性仿真设计（3）完成直流电动机的起动仿真设计（4）完成直流电动机的调速仿真设计（5）完成直流电动机的制动仿真设计（6）完成三相异步电动机的机械特性仿真设计（7）完成三相异步电动机的起动仿真设计（8）完成三相异步电动机的调速仿真设计（9）完成三相异步电动机的反转仿真设计（10）完成三相异步电动机的制动仿真设计（11）完成直流电动机的反转仿真设计4.技术要求：（1）程序设计完整（2）程序运行正确5.拓展部分： （1）进行三相异步电动机的起动仿真设计（2）进行三相异步电动机的反转仿真设计（3）进行三相异步电动机的调速仿真设计（二）.设计电路图及分析1.变压器空载运行仿真设计2. 直流电动机的调速仿真设计他励3. 直流电动机的调速仿真设计串励 4. 直流电动机的调速仿真设计并励 5. 变压器负载运行仿真设计 五.课程设计总结通过这次课程设计，使我进一步了解了直流电动机的工作原理及其起动、调速过程，对直流电机的电力拖动有了更加深入的理解与体会。与此同时，使我学会了变压器空载，短路运行实验的方法以及数据的计算分析。其次，通过这次课程设计让我更加深入了解Matlab这个强大的软件，也让我更加熟练的使用它完成仿真设计部分。 这次实训，无论从理论还是实践，我都学到了好多知识。对于理论来说试一次更深层次的理解，对于实践来说，是我们这一生宝贵的财富。所以我很高兴也很荣幸，学校能为我们安排这次实训，老师为我们指导实训，同学相互帮助。专心-专注-专业