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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作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 二一年九月第 5 页 共 6 页一、 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
2、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
3、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
4、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
5、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，
6、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1015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2040分；5060分；6070分；7080分；8090分；90100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
7、；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=0.14, r2=0.035, x1=0.22, x2=0.055, rm=30, r2=310,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
8、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
9、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：Un=110V,Ra=20, IN =1A, nN =1500r/min。试求：3、一台他励直流电动机，已知数据为： PN=1.75 KW，UN=110
10、V ,IN=20.1 A，nN=1450 r/min，试求：1、 采用分级起动，起动电流最大值不超过2IN，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
11、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：PN=10Kw,UN=110V, Ra=0.084, IN=107.6A, nN=1500r/min。试求：5、一台他励直流电动机，已知数据为： PN=13 KW，UN=220V,Ra=0.17,IN=68.7 A，nN=1500 r/min，试求：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
12、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。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。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。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：UN
13、=220V, Ra=0.5, IN=40A, nN=1000r/min。试求：7、一台他励直流电动机，已知数据为： PN=13 KW，UN=220V,Ra=0.17,IN=68.7 A，nN=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
14、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一台绕线8、一台绕线式异步电动机，Y/y接法。已知数据为：Un=380V,nN=1460 r/min，R1= R2=0.02,X1=X2=0.06,KI= Ke=0.02。试求：9、一台绕线式异步电动机，已知
15、数据为：PN=44 KW，I2N=110 A，nN=1435 r/min，E2N=243 V，KT=1.5，负载转矩为0.8TN。试求：1、若要求启动电流是Xst=2.5IN，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T1=1.8Tn，起动切换转矩T2=TN，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。3、用SIMULK设计串电抗器直接启动仿真模型，测出定/转子电流、转速和转矩的变化过程。4、用SIMULK设计变压器启动仿真模型，测出定/转子电流、转速和转矩的变化过程。5、用SIMULK设计转子串电阻启动仿真模型，测出定/转子电流、转速和转矩的变化过程。
16、6、试用SIMULK设计Y-启动的仿真模型，将启动的定/转子电流、转速和转矩的变化过程与直接启动的参数变化作对比分析4人， 每人完成设计要求中的1、2、3、4一个小项内容。4人， 每人分别完成设计要求中1、2、4、5、6小项内容。9、异步电动机调速仿真10、一台绕线式异步电动机，已知数据为：f=50Hz,2p=2,Un=380V,nN=2500r/min,R2=0.02。试求：11、一台绕线式异步电动机，已知数据为：f=50Hz,2p=4,Un=380V,nN=1360r/min,R2=0.02。试求：1、 1、若维持转轴上的负载转矩为额定转矩，使转速下降到2000r/min ，采用调压调速方
17、式并计算其参数，做出机械特性图，分析能量的传递。用SIMULK设计调压调速仿真模型。2、 2、若维持转轴上的负载转矩为额定转矩，使转速下降到1000r/min ，采用变频调速方式并计算其参数，做出机械特性图，分析能量的传递。用SIMULK设计调压调速仿真模型。3、 3、若维持转轴上的负载转矩为额定转矩，使转速下降到500r/min ，要求最大转矩不超过1.5 TN，采用转子绕组串电阻调速，计算其级数及其它参数，做出机械特性图，分析能量的传递。用SIMULK设计调压调速仿真模型。4、设计一个闭环控制的调速系统。4人， 2人一组，分别完成设计要求中1、3小项内容。4人， 2人一组，分别完成设计要求
18、中1、3小项内容。10、异步电动机制动仿真12、一台绕线式异步电动机，已知数据为：f=50Hz,2p=4,Un=380V,nN=1475r/min,R2=0.02。试求：1、转轴上的负载转矩为额定转矩，使转速下降到0r/min ,采用能耗制动方式。计算其参数并做出机械特性图，分析能量的传递。用SIMULK设计制动仿真模型，测出定/转子电流、转矩和转速的变化。2、转轴上的负载转矩为额定转矩，使转速下降到0r/min ，采用反接制动方式,计算其参数并做出机械特性图,分析能量的传递。用SIMULK设计制动仿真模型，测出定/转子电流、转矩和转速的变化。4人，2人一组，分别完成设计要求中1、2小项内容。
19、11、同步发电机空载和短路的仿真与计算求同步发电机空载、短路的稳态参数1、用SIMULK设计同步发电机空载短路并仿真。2、分析计算稳态时相关的参数。2人，分别对发电机的不同参数进行仿真计算12、同步发电机并联运行在满足并联条件、不满足并联条件时对发电机和系统的电流冲击情况 1、用SIMULK对同步发电机满足并联条件、不满足并联条件时对发电机和系统的电流冲击进行仿真。2、分析计算相关的参数。2人，分别对发电机在两种条件的并联运行仿真计算13、同步发电机的不对称运行 对各序阻抗、各序电流分析 1、用SIMULK对不对称运行仿真。2、分析计算各序电流的大小与合闸初相角的关系。2人，分别对发电机、负荷的不同参数仿真计算14、简单电力系统潮流的分布仿真计算构建一个简单的开式，改变系统中发电机的出力，对系统的潮流分布进行计算和仿真1、用SIMULK对电力系统潮流分布进行仿真。2、分析计算电力系统的潮流分布。2人，分别改变发电机有功、无功功率进行潮流分布的仿真计算