哈工大 電機(jī)學(xué) MATLAB 仿真 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

基于MATLAB的電機(jī)學(xué)計(jì)算機(jī)輔助分析與仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：完成時(shí)間：

一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.1單相變壓器不同負(fù)載性質(zhì)的相量圖通過MATLAB畫出單相變壓器帶感性，阻性，容性三種不同性質(zhì)負(fù)載的變壓器向量圖1.2感應(yīng)電機(jī)的曲線通過MATLAB畫出三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線二、實(shí)驗(yàn)要求2.1單相變壓器不同負(fù)載性質(zhì)的相量圖根據(jù)給定的仿真實(shí)例畫出負(fù)載相位角三種情況下得向量圖，觀察電壓大小與相位的關(guān)系，了解總結(jié)負(fù)載性質(zhì)不同對(duì)向量圖的影響2.2感應(yīng)電機(jī)的曲線根據(jù)給定的實(shí)例，畫出的曲線，了解感應(yīng)電機(jī)臨界轉(zhuǎn)差率的大小和穩(wěn)定工作區(qū)間的大小，給出定性分析三、實(shí)驗(yàn)方法3.1單相變壓器不同負(fù)載性質(zhì)的相量圖1.單相變壓器不同負(fù)載性質(zhì)的相量圖(1)先畫出負(fù)載電壓的相量；(2)根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)和阻抗角畫出二次電流（規(guī)算值）的相量(3)在上加上一個(gè)與電流方向相同的壓降，其大小為二次電流規(guī)算值與二次漏電阻規(guī)算值之積；再加上一個(gè)超前電流方向的壓降，其大小為二次電流規(guī)算值與二次漏電抗規(guī)算值之積；(4)根據(jù)上一步結(jié)果連線，得出；(5)超前方向畫出；(6)根據(jù)勵(lì)磁電阻與電抗的大小得出勵(lì)磁阻抗角，并超前一個(gè)勵(lì)磁阻抗角的大小得出的方向；(7)根據(jù)平行四邊形法則，做出與的和，即為；(8)根據(jù)得出，并得出。(9)在上加上一個(gè)與電流方向相同的壓降，其大小為一次電流與一次漏電阻之積；再加上一個(gè)超前電流方向的壓降，其大小為一次電流與一次漏電抗之積；(10)根據(jù)上一步結(jié)果連線，得出；3.2感應(yīng)電機(jī)的曲線實(shí)驗(yàn)采用matlab對(duì)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線進(jìn)行仿真。由轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率關(guān)系公式知，只有s為自變量，其他參數(shù)均為已知。編程時(shí)，先取s在0.01-1.3正區(qū)間的，進(jìn)行繪圖；再取相應(yīng)負(fù)區(qū)間對(duì)繪圖；最后加入（0,0）四、實(shí)驗(yàn)源程序(1分)4.1單相變壓器不同負(fù)載性質(zhì)的相量圖見附錄4.2感應(yīng)電機(jī)的T-S曲線%T-S曲線繪制%定義常量R2=0.04;R1=0.06;M1=3;U1=380;W=2*pi*1485/60;X1=0.27;X2=0.56;C=1+X1/16.4;%畫出s=0.01~1.3的T-S曲線s=0.01:0.01:1.3;T=ones(1,length(s));fori=1:length(s)T2(i)=R2/s(i);T1(i)=1/((R1+C*T2(i))^2+(X1+C*X2)^2);T3(i)=1/W;T(i)=M1*U1^2*T1(i)*T2(i)*T3(i);end%畫出s=-0.01~-1.3的T-S曲線s1=-1.3:0.01:-0.01;T1=ones(1,length(s1));fori=1:130T21(i)=R2/s1(i);T11(i)=1/((R1+C*T21(i))^2+(X1+C*X2)^2);T31(i)=1/W;T1(i)=M1*U1^2*T11(i)*T21(i)*T31(i);end%將（0,0）加入曲線中，合并成完整的向量ss=[s10s];TT=[T10T];plot(ss,TT);%改變x軸方向set(gca,'XDir','rev');title('感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率曲線');xlabel('rotatingspeedslip(%)')ylabel('Torque(Nm)')五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果5.1單相變壓器不同負(fù)載性質(zhì)的相量圖不同性質(zhì)負(fù)載對(duì)相量圖帶來的影響：(1)二次電流I2在負(fù)載性質(zhì)為感性、容性時(shí)分別超前、滯后負(fù)載電壓U2一個(gè)阻抗角的大??；純阻性負(fù)載時(shí)I2與U2同方向；(2)在容性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電壓U2有可能大于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2。5.2感應(yīng)電機(jī)的T-S曲線實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:通過Matlab仿真得到感應(yīng)電機(jī)的曲線如下圖；可以看出實(shí)驗(yàn)的曲線和理論預(yù)測(cè)基本相符,實(shí)驗(yàn)的仿真結(jié)果較為成功。曲線的特點(diǎn):(1)曲線不是單調(diào)的而是像一個(gè)山峰一樣,存在最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率。(2)從特性上看，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩很大，但是對(duì)應(yīng)的起動(dòng)點(diǎn)，轉(zhuǎn)矩卻很小；(3)曲線的正負(fù)半?yún)^(qū)基本對(duì)稱六、心得體會(huì)做負(fù)載性質(zhì)的的實(shí)驗(yàn)時(shí)，最先遇到的問題就是如何畫出向量圖，我們查找了許多資料,例如使用compass函數(shù)，但compass函數(shù)是從原點(diǎn)開始畫向量圖，且有背景，又如quiver函數(shù)，也不能滿足要求，最后決定自己在線段終點(diǎn)處畫出兩個(gè)微小的與該線段成一比較小的角度的線段作為箭頭，這也是我本次一個(gè)很大的收獲，學(xué)會(huì)靈活的運(yùn)用知識(shí)，而不是一味想使用程序內(nèi)置的函數(shù)，做實(shí)驗(yàn)，搞科研的時(shí)候要靈活。在繪制不同負(fù)載的曲線時(shí)，我也進(jìn)一步的理解了曲線的繪制步驟，對(duì)單相變壓器有了更深的理解。在繪制T-S時(shí)，我們同樣也遇到了問題，當(dāng)程序第一次運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的提示，就是向量的長度不匹配，但是第二次運(yùn)行卻能夠正常運(yùn)行。調(diào)試了多次后還是沒有結(jié)果，最后在老師的幫助下，我們終于找到了原因，所使用的矩陣應(yīng)該先聲明一個(gè)長度與其等式另一側(cè)的矩陣維數(shù)相匹配，才能夠正常運(yùn)行。在繪制T-S時(shí)，我也更加理解了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系，也了解了電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩，以及穩(wěn)定運(yùn)行的區(qū)間。通過這次實(shí)驗(yàn)，我更加意識(shí)到了MATLAB的重要性，雖然上學(xué)期我們學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)這門課，并且初步學(xué)習(xí)了Matlab的使用方法，但是數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)上所學(xué)的畢竟只是基本的操作和一些簡(jiǎn)單的程序，沒有經(jīng)過大的檢驗(yàn)和鍛煉。當(dāng)這次作業(yè)再一次重新使用MATLAB時(shí)，起初感覺十分的不熟練，之后抽出一部分時(shí)間練習(xí)Matlab。正所謂磨刀不誤砍柴工，通過訓(xùn)練，我的Matlab越來越熟練，后面的工作也越來越快。未來我們的工作離不開計(jì)算機(jī)，未來熟練的掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于我們來說是十分必要的。這次實(shí)驗(yàn)，不僅提高了我的電機(jī)學(xué)知識(shí)水平，也幫助我更加熟練地掌握的MATLAB的使用方法，對(duì)以后的工作學(xué)習(xí)有著巨大的幫助。最重要的是，我們的成功離不開老師的耐心指導(dǎo)，我們的幾個(gè)難點(diǎn)都是在老師的耐心幫助下才得以解決的?？梢哉f，老師的幫助與指導(dǎo)與我們的成功密不可分。七、附錄%單相變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)不同負(fù)載阻抗下的向量圖clear;clf;clc;f=50;N1=876;N2=260;u2=6000;i2=180;k=N1/N2;%調(diào)整阻、抗的比例r1n=5.5;x1n=12.4;rm=850;xm=8600;r2n=k^2*0.45;x2n=k^2*0.964;%變壓器二次側(cè)負(fù)載阻抗角,取-90-3003090theta=-30;%為了使圖形更加直觀，放大原副端阻抗三角形beta=8;r1=beta*r1n;r2=beta*r2n;x1=beta*x1n;x2=beta*x2n;Z1=r1+j*x1;Z2=r2+j*x2;u22=k*u2;i22=i2/k;%U2的大小U2=u22;%U2與x軸的夾角theta_U2=atan2(imag(U2),real(U2));%I2落后與U2I2=i22*(cos(theta*pi/180)+j*sin(theta*pi/180));theta_I2=atan2(imag(I2),real(I2));%求出E2E2=U2+I2*Z2;theta_E2=atan2(imag(E2),real(E2));E1=E2;theta_E1=atan2(imag(E1),real(E1));%為了使圖形更加直觀，放大Imkim=1.5;%求出主磁通fai=kim*E1/(-j*4.44*f*N1);theta_fai=atan2(imag(fai),real(fai));theta_fai1=theta_fai-pi/2;%求出ImIm=beta*(-E1)/(rm+j*xm);theta_Im=atan2(imag(Im),real(Im));%求出I1I1=Im-I2;theta_I1=atan2(imag(I1),real(I1));%求出U1U1=-E1+I1*r1+j*I1*x1;theta_U1=atan2(imag(U1),real(U1));ur1=I1*r1;theta_ur1=atan2(imag(ur1),real(ur1));ux1=j*I1*x1;theta_ux1=atan2(imag(ux1),real(ux1));ur2=I2*r2;theta_ur2=atan2(imag(ur2),real(ur2));ux2=j*I2*x2;theta_ux2=atan2(imag(ux2),real(ux2));rot_fai=abs(fai)*i;fai_amp=rot_fai*1e5;fai_ampr=real(fai_amp);fai_ampi=imag(fai_amp);rot_U2=abs(U2)*(cos(theta_U2-theta_fai1)+j*sin(theta_U2-theta_fai1));U2r=real(rot_U2);U2i=imag(rot_U2);rot_E1=abs(E1)*(cos(theta_E1-theta_fai1)+j*sin(theta_E1-theta_fai1));rE1r=real(-rot_E1);rE1i=imag(-rot_E1);rot_U1=abs(U1)*(cos(theta_U1-theta_fai1)+j*sin(theta_U1-theta_fai1));U1r=real(rot_U1);U1i=imag(rot_U1);rot_E2=abs(E2)*(cos(theta_E2-theta_fai1)+j*sin(theta_E2-theta_fai1));E2r=real(rot_E2);E2i=imag(rot_E2);rot_ur1=abs(ur1)*(cos(theta_ur1-theta_fai1)+j*sin(theta_ur1-theta_fai1));ur1r=real(rot_ur1);ur1i=imag(rot_ur1);rot_ux1=abs(ux1)*(cos(theta_ux1-theta_fai1)+j*sin(theta_ux1-theta_fai1));ux1r=real(rot_ux1);ux1i=imag(rot_ux1);rot_ur2=abs(ur2)*(cos(theta_ur2-theta_fai1)+j*sin(theta_ur2-theta_fai1));ur2r=real(rot_ur2);ur2i=imag(rot_ur2);rot_ux2=abs(ux2)*(cos(theta_ux2-theta_fai1)+j*sin(theta_ux2-theta_fai1));ux2r=real(rot_ux2);ux2i=imag(rot_ux2);rot_I1=abs(I1)*(cos(theta_I1-theta_fai1)+j*sin(theta_I1-theta_fai1));I1r=real(rot_I1);I1i=imag(rot_I1);rot_I2=abs(I2)*(cos(theta_I2-theta_fai1)+j*sin(theta_I2-theta_fai1));I2r=real(rot_I2);I2i=imag(rot_I2);rot_Im=abs(Im)*(cos(theta_Im-theta_fai1)+j*sin(theta_Im-theta_fai1));Imr=real(rot_Im);Imi=imag(rot_Im);holdona=[00];b=[U2rU2i];text(1.5e4,-0.5e4,'U2','Fontsize',10);x0=a(1);y0=a(2);x1=b(1);y1=b(2);plot([x0;x1],[y0;y1],'r');p=(b-a);alpha=0.1;beta=0.1;hu=[x1-alpha*(p(1)+beta*(p(2)+eps));x1;x1-alpha*(p(1)-beta*(p(2)+eps))];hv=[y1-alpha*(p(2)-beta*(p(1)+eps));y1;y1-alpha*(p(2)+beta*(p(1)+eps))];plot(hu(),hv(),'r');%為了更好的看到電流，將電流放大觀察,kiifigure(1);kii=200;b=kii*[I1r,I1i];vectarrow(a,b);b=kii*[-I2r,-I2i];vectarrow(a,b);b=kii*[I2r,I2i];vectarrow(a,b);b=kii*[Imr,Imi];vectarrow(a,b);b=[E2rE2i];vectarrow(a,b);b=[rE1rrE1i];vectarrow(a,b);b=[fai_amprfai_ampi];vectarrow(a,b);b=[U1rU1i];text(1.5e4,0.2e4,'E2','Fontsize',10);text(-1.75e4,0.2e4,'-E1','Fontsize',10);text(0.2e4,1.0e4,'Φ','Fontsize',10);%text(0.4e4,-0.6e4,'I2','Fontsize',10);text(-1.8e4,-0.4e4,'U1','Fontsize',10);x0=a(1);y0=a(2);x1=b(1);y1=b(2);plot([x0;x1],[y0;y1],'r');p=(b-a);alpha=0.1;beta=0.1;hu=[x1-alpha*(p(1)+beta*(p(2)+eps));x1;x1-alpha*(p(1)-beta*(p(2)+eps))];hv=[y1-alpha*(p(2)-beta*(p(1)+eps));y1;y1-alpha*(p(2)+beta*(p(1)+eps))];plot(hu(),hv(),'r');bur1r=ur1r+rE1r;bur1i=ur1i+rE1i;a=[rE1rrE1i];b=[bur1r,bur1i];vectarrow(a,b);a=[bur1r,bur1i];b=[(bur1r+ux1r)(bur1i+ux1i)];vectarrow(a,b);a=[U2rU2i];b=[(U2r+ur2r)(U2i+ur2i)];vectarrow(a,b);a=[(U2r+ur2r)(U2i+ur2i)];b=[(U2r+ur2r+ux2r)(U2i+ur2i+ux2i)];vectarrow(a,b)axis([-3.5e43.5e4-3.5*1e43.5*1e4]);axissquare;gridontitle('單相變壓器的相量圖（感性負(fù)載）');theta=0;figure(2);%為了使圖形更加直觀，放大原副端阻抗三角形beta=8;r1=beta*r1n;r2=beta*r2n;x1=beta*x1n;x2=beta*x2n;Z1=r1+j*x1;Z2=r2+j*x2;u22=k*u2;i22=i2/k;U2=u22;theta_U2=atan2(imag(U2),real(U2));I2=i22*(cos(theta*pi/180)+j*sin(theta*pi/180));theta_I2=atan2(imag(I2),real(I2));E2=U2+I2*Z2;theta_E2=atan2(imag(E2),real(E2));E1=E2;theta_E1=atan2(imag(E1),real(E1));%為了使圖形更加直觀，放大Imkim=1.5;fai=kim*E1/(-j*4.44*f*N1);theta_fai=atan2(imag(fai),real(fai));theta_fai1=theta_fai-pi/2;Im=beta*(-E1)/(rm+j*xm);theta_Im=atan2(imag(Im),real(Im));I1=Im-I2;theta_I1=atan2(imag(I1),real(I1));U1=-E1+I1*r1+j*I1*x1;theta_U1=atan2(imag(U1),real(U1));ur1=I1*r1;theta_ur1=atan2(imag(ur1),real(ur1));ux1=j*I1*x1;theta_ux1=atan2(imag(ux1),real(ux1));ur2=I2*r2;theta_ur2=atan2(imag(ur2),real(ur2));ux2=j*I2*x2;theta_ux2=atan2(imag(ux2),real(ux2));rot_fai=abs(fai)*i;fai_amp=rot_fai*1e5;fai_ampr=real(fai_amp);fai_ampi=imag(fai_amp);rot_U2=abs(U2)*(cos(theta_U2-theta_fai1)+j*sin(theta_U2-theta_fai1));U2r=real(rot_U2);U2i=imag(rot_U2);rot_E1=abs(E1)*(cos(theta_E1-theta_fai1)+j*sin(theta_E1-theta_fai1));rE1r=real(-rot_E1);rE1i=imag(-rot_E1);rot_U1=abs(U1)*(cos(theta_U1-theta_fai1)+j*sin(theta_U1-theta_fai1));U1r=real(rot_U1);U1i=imag(rot_U1);rot_E2=abs(E2)*(cos(theta_E2-theta_fai1)+j*sin(theta_E2-theta_fai1));E2r=real(rot_E2);E2i=imag(rot_E2);rot_ur1=abs(ur1)*(cos(theta_ur1-theta_fai1)+j*sin(theta_ur1-theta_fai1));ur1r=real(rot_ur1);ur1i=imag(rot_ur1);rot_ux1=abs(ux1)*(cos(theta_ux1-theta_fai1)+j*sin(theta_ux1-theta_fai1));ux1r=real(rot_ux1);ux1i=imag(rot_ux1);rot_ur2=abs(ur2)*(cos(theta_ur2-theta_fai1)+j*sin(theta_ur2-theta_fai1));ur2r=real(rot_ur2);ur2i=imag(rot_ur2);rot_ux2=abs(ux2)*(cos(theta_ux2-theta_fai1)+j*sin(theta_ux2-theta_fai1));ux2r=real(rot_ux2);ux2i=imag(rot_ux2);rot_I1=abs(I1)*(cos(theta_I1-theta_fai1)+j*sin(theta_I1-theta_fai1));I1r=real(rot_I1);I1i=imag(rot_I1);rot_I2=abs(I2)*(cos(theta_I2-theta_fai1)+j*sin(theta_I2-theta_fai1));I2r=real(rot_I2);I2i=imag(rot_I2);rot_Im=abs(Im)*(cos(theta_Im-theta_fai1)+j*sin(theta_Im-theta_fai1));Imr=real(rot_Im);Imi=imag(rot_Im);holdona=[00];b=[U2rU2i];text(1.5e4,-0.5e4,'U2','Fontsize',10);x0=a(1);y0=a(2);x1=b(1);y1=b(2);plot([x0;x1],[y0;y1],'r');p=(b-a);alpha=0.1;beta=0.1;hu=[x1-alpha*(p(1)+beta*(p(2)+eps));x1;x1-alpha*(p(1)-beta*(p(2)+eps))];hv=[y1-alpha*(p(2)-beta*(p(1)+eps));y1;y1-alpha*(p(2)+beta*(p(1)+eps))];plot(hu(),hv(),'r');%為了更好的看到電流，將電流放大觀察,kiikii=200;b=kii*[I1r,I1i];vectarrow(a,b);b=kii*[-I2r,-I2i];vectarrow(a,b);b=kii*[I2r,I2i];vectarrow(a,b);b=kii*[Imr,Imi];vectarrow(a,b);b=[E2rE2i];vectarrow(a,b);b=[rE1rrE1i];vectarrow(a,b);b=[fai_amprfai_ampi];vectarrow(a,b);b=[U1rU1i];text(1.5e4,0.2e4,'E2','Fontsize',10);text(-1.75e4,0.2e4,'-E1','Fontsize',10);text(0.2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