级电机学课程设计任务书

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1、电机学课程设计任务书电机学课程设计任务书1. 三相同步发电机定子绕组设计及电动势计算三相同步发电机定子绕组设计及电动势计算一台三相同步发电机，f = 50Hz，nN = 1500r/min，定子采用双层短距分布叠 绕组，q = 3，y1/ = 8/9，每相串联匝数 N = 108，Y 连接，每极基波磁通量磁通密度。2 11.015 10 Wb，01sin(21)21B（1） 计算绕组基本参数，画出槽电动势星形图、绕组展开图； （2） 求导体电动势瞬时值、线圈电动势瞬时值表达式，编程画出相应的 电动势曲线； （3） 编程计算基波电动势、各次谐波电动势（50 次以上） 、相电动势和线 电动势的值，

2、并画出谐波电动势频谱图； （4） 取不同的 y1/ 值，编程计算各次谐波（50 次以上） 、相电动势和线电 动势的值，并画出谐波电动势频谱图，并分析基波和 5、7、11 次谐 波的绕组系数值，说明采用短距和分布绕组对电动势波形有何影响。2. 三相异步电机定子绕组设计及磁动势计算三相异步电机定子绕组设计及磁动势计算三相异步电动机，PN = 40kW，UN = 380V，IN = 75A，定子绕组采用连接， 双层叠绕组，4 极，48 槽，y1/ = 10/12，每槽导体数为 22，a=2。 （1） 计算绕组基本参数，画出槽电动势星形图、绕组展开图； （2） 求各相脉振磁动势瞬时值、三相合成磁动势瞬

3、时值表达式，编程画 出相应的磁动势曲线； （3） 编程计算单相磁动势基波和各次谐波（50 次以上）的幅值，并画出 谐波磁动势频谱图； （4） 编程计算三相合成磁动势基波和各次谐波（50 次以上）的幅值，并 画出谐波磁动势频谱图； （5） 取不同的 y1/ 值，重复（3）和（4） ，并分析基波和 5、7、11 次谐 波的绕组系数值，说明采用短距和分布绕组对磁动势波形有何影响。3. 单相异步电动机启停、正反转、调速和制动控制系统设计单相异步电动机启停、正反转、调速和制动控制系统设计一台单相异步电动机，PN = 80W，UN = 220V，fN = 50Hz，P = 2，N = 60%，cosN =

4、 0.9，nN = 1395r/min，2 相（启动绕组和工作绕组） 。 （1） 采用电容启动、运转方式，分析其基本工作原理；并利用对称分量 法，从其等效电路入手，对其电压平衡方程式、功率关系、电磁转 矩及其转矩平衡关系进行理论分析； （2） 针对电容启动型、电容运转型、电容启动和运转型三种不同模式， 完成单相异步电动机启停、正反转、调速和制动的继电器控制电气 接线图的设计；完成单相异步电动机启停、正反转、调速和制动的 PLC 控制电气接线图、I/O 地址分配表、梯形图程序的设计。4.同步发电机运行特性测试系统设计同步发电机运行特性测试系统设计一台三相同步发电机，定子绕组采用 Y 连接，额定功

5、率 3kW，功率因数 0.8，额定电压 400V，额定电流 5.4A，励磁电压 70V，励磁电流 3A，额定 频率 50Hz，额定转速 1500r/min，S1 连续工作制。 （1） 分析同步发电机运行特性（空载特性、短路特性、零功率因数特性、 外特性、调节特性）的测试原理及其参数计算方法； （2） 设计出同步发电机运行特性测试系统的继电器控制电气接线图，PLC 控制电气接线图、I/O 地址分配表、梯形图程序； （3） 写出测试运行特性的实验步骤； （4） 在实验室完成运行特性的测试，根据实验结果编程画出空载特性、 短路特性、零功率因数特性、外特性、调节特性曲线，并计算稳态 参数； （5） 分

6、析有功功率调节及其静态稳定判别原理，编程画出其功角特性。5. 同步发电机稳态短路、三相突然短路分析软件设计同步发电机稳态短路、三相突然短路分析软件设计 一台汽轮发电机，PN = 12000kW，UN = 6300V，Y 连接，cosN = 0.8（滞后） fN = 50Hz；已知参数： 。* ddddda0.117,0.192,1.86,0.105s,0.84s,0.105sXXXTTT（1） 利用对称分量法分析单相、两相、三相稳态短路电流计算原理，并 结合实例编写单相、两相、三相稳态短路电流计算程序； （2） 设该机在空载额定电压下发生三相机端短路，试 1） 对三相突然短路过程中的基本电磁关

7、系（包括定子磁链和定子电流、 转子磁链和转子电流、电机磁场分布、阻尼绕组对突然短路的影响） 和突然短路对电机的影响进行理论分析； 2）写出三相定子突然短路电流表达式和最不利情况下的三相定子突然短 路电流表达式，并编程画出相应的电流波形；编程计算最大瞬时冲击 电流，短路后 0.5s、1s、2s、3s、5s 时的短路电流瞬时值。6. 三相变压器稳态和瞬态分析软件设计三相变压器稳态和瞬态分析软件设计 （1） 利用对称分量法对三相变压器在发生单相短路、两相短路、带单相 负载时的不对称运行情况进行理论分析（包括等效电路、磁路结构 对零序励磁阻抗的影响、不同连接组对零序等效电路的影响，二次 侧电压和电流计

8、算方法及中点位移现象分析） ，结合实例编程计算二 次侧电压和电流； （2） 对变压器空载合闸、正常运行时二次侧发生突然短路的瞬变过程及 其对变压器的影响进行理论分析，并结合实例编程画出空载合闸时 的一次侧电压和主磁通变化曲线、二次侧发生突然短路电流变化曲 线。 （3） 分析直流电动机的三种制动方法，基于 MATLAB/SIMULINK 软件 平台，对能耗制动和反接制动过程进行仿真建模与分析。7. 同步发电机的功率因数调节控制系统设计同步发电机的功率因数调节控制系统设计一台三相同步发电机，定子绕组采用 Y 连接，额定功率 3kW，功率因数 0.8，额定电压 400V，额定电流 5.4A，励磁电压

9、 70V，励磁电流 3A，额定 频率 50Hz，额定转速 1500r/min，S1 连续工作制。（1）分析同步发电机在不改变有功负荷输出的情况下，如何通过调节励磁电 流改变输出的无功功率、进而调节功率因数的原理及其调节过程；（2）设计一套带功率因数检测、励磁电流控制的电路原理图，实现功率因数 的闭环调节。 8. 同步发电机输出电压恒定控制电路设计同步发电机输出电压恒定控制电路设计一台三相同步发电机，定子绕组采用 Y 连接，额定功率 3kW，功率因数 0.8，额定电压 400V，额定电流 5.4A，励磁电压 70V，励磁电流 3A，额定 频率 50Hz，额定转速 1500r/min，S1 连续工

10、作制。（1）分析在同步发电机所带有功负荷变动的情况下，如何通过调整励磁电 机的定子电流和磁场、以实现同步发电机定子电枢电压恒定的原理和调 节过程；（2）设计其实现电路原理图，包含同步发电机电枢电压检测、励磁电机定子 线圈电流的控制主电路和触发电路设计；（3）针对不同的有功负荷（如 P2 = 0、P2 = PN/2、 P2 = PN） ，完成同步发电 机无功功率调节及 V 形曲线测试实验，编程画出 V 形曲线。9. 同步发电机的保护电路设计同步发电机的保护电路设计一台三相同步发电机，定子绕组采用 Y 连接，额定功率 3kW，功率因数 0.8，额定电压 400V，额定电流 5.4A，励磁电压 70

11、V，励磁电流 3A，额定 频率 50Hz，额定转速 1500r/min，S1 连续工作制。（1）分析同步发电机系统所需保护方法及其原理；（2）设计相应的保护电路。10. 异步电动机异步电动机启启动过程的仿真建模与分析动过程的仿真建模与分析异步电动机参数：额定容量 PN =4.7KW，额定电压 UN =380V，额定频率 fN =50Hz，极对数 P=2。定子绕组电阻 Rs =0.68，转子绕组电阻 Rr =0.45， 定子绕组漏感 Ls =0. 0042H，转子绕组漏感 Lr =0. 0042H，定、转子互感 Lm=0.1486H，转子参数已折算到定子侧，系统转动惯量 J =0.05kg.m2

12、，摩擦 系数 F=0.0081。 笼型异步机可以采用在额定电压下直接启动、串电抗器降压启动、串变压器 降压启动、降压软启动方法，绕线式异步电动机可以采用转子回路串三相对 称电阻启动的方法。要求完成（1）所选启动方法的原理分析，计算其起动参数，分析起动过程中的能量损 耗，利用 Matlab 画出机械特性曲线图；（2）利用 Matlab/Simulink 建立所选启动方法的系统仿真模型，并对异步机 电压、电流、转速、转矩等物理量的变化过程进行仿真分析；（3）综合比较各种启动方法的仿真结果，并对各种起动方法的动态、稳态性 能及其优缺点进行比较分析。11. 异步电动机异步电动机制动制动过程的仿真建模与

13、分析过程的仿真建模与分析异步电动机参数：额定容量 PN =4.7KW，额定电压 UN =380V，额定频率 fN =50Hz，极对数 P=2。定子绕组电阻 Rs =0.68，转子绕组电阻 Rr =0.45， 定子绕组漏感 Ls =0. 0042H，转子绕组漏感 Lr =0. 0042H，定、转子互感 Lm=0.1486H，转子参数已折算到定子侧，系统转动惯量 J =0.05kg.m2，摩擦 系数 F=0.0081。 异步机的制动方法主要有能耗制动、电压反接制动、倒拉反转、回馈制动等。 要求完成（1）所选制动方法的原理分析，计算其制动参数，分析制动过程中的能量损 耗，利用 Matlab 画出机械

14、特性曲线图；（2）利用 Matlab/Simulink 建立所选制动方法的系统仿真模型，并对异步机 电压、电流、转速、转矩等物理量的变化过程进行仿真分析；（3）综合比较各种制动方法的仿真结果，并对各种制动方法的动态、稳态性 能及其优缺点进行比较分析。12. 异步电动机异步电动机调速调速过程的仿真建模与分析过程的仿真建模与分析 异步电动机参数：额定容量 PN =4.7KW，额定电压 UN =380V，额定频率 fN =50Hz，极对数 P=2。定子绕组电阻 Rs =0.68，转子绕组电阻 Rr =0.45， 定子绕组漏感 Ls =0. 0042H，转子绕组漏感 Lr =0. 0042H，定、转子

15、互感 Lm=0.1486H，转子参数已折算到定子侧，系统转动惯量 J =0.05kg.m2，摩擦 系数 F=0.0081。 异步机的调速方法主要有转子回路串电阻调速、降压调速等。要求完成（1）所选调速方法的原理分析，计算其调速参数，分析调速过程中的能量损 耗，利用 Matlab 画出机械特性曲线图；（2）利用 Matlab/Simulink 建立所选调速方法的系统仿真模型，并对异步机 电压、电流、转速、转矩等物理量的变化过程进行仿真分析；（3）综合比较各种调速方法的仿真结果，并对各种调速方法的动态、稳态性 能及其优缺点进行比较分析。13. 三相绕线式异步电动机运行状态及调速电气控制系统设计三相绕线式异步电动机运行状态及调速电气控制系统设计（1）完成三相异步电动机额定电压直接启动、串电抗器降压启动、串自耦 变压器降压启动、Y-降压启动、串电阻启动，正反转运行，能耗制 动、电压反接制动、倒拉反转制动、回馈制动的继电器控制系统电气 接线图的设计及设备选型。（2）完成三相异步电动机额定电压直接启动、串电抗器降压启动、串自耦 变压器降压启动、Y-降压启动、串电阻启动，正反转运行，能耗制 动、电压反接制动、倒拉反转制动、回馈制动的 PLC 控制系统电气接 线图的设计及设备选型，I/O 地址分配表，以及梯形图程序设计。