哈工大电机学仿真实验

电机学难重点的MATLAB仿真实验报告班级：1111111学号：1111111111姓名：哈哈完成时间：2015.11.28实验一一、实验内容及目的1.实验内容型号为50Hz热轧硅钢片DR610-50(D21)的铁磁材料的基于Matlab的磁化曲线拟合。2.实验目的1)了解磁化曲线的非线性和饱和特性2)掌握采用Matlab进行曲线拟合的方法二、实验要求及要点描述1.实验要求50Hz热轧硅钢片DR610-50(D21)磁化曲线A/cmTB/00.010.020.030.040.050.060.070.080.090.41.41.431.461.491.521.551.581.611.641.670.51.711.751.791.831.871.911.951.992.032.070.62.122.172.222.272.322.372.422.482.542.600.72.672.742.812.882.953.023.093.163.243.320.83.403.483.563.643.723.803.893.984.074.160.94.254.354.454.554.654.764.885.005.125.241.05.365.495.625.755.886.026.166.306.456.601.16.756.917.087.267.457.657.868.088.318.551.28.809.069.339.619.9010.210.510.911.211.61.312.012.513.013.514.014.515.015.616.216.81.417.418.218.919.820.621.622.623.825.026.41.528.029.731.533.736.038.541.344.047.050.01.652.955.959.062.165.369.272.876.680.484.21.788.092.095.61001051101151201261321.81381451521951661731811891972051)绘制相关磁化曲线2)根据所提供的数据，合理选取全部和部分数据绘制磁化曲线，并进行比较，不少于4条曲线3)绘制每条磁化曲线对应的图和表4)在一个图中显示全部曲线，并进行区分2.实验要点1)采用屏幕图形方式直观显示2)利用编程方法和Matlab的拟合函数3)采用多种函数如多项式，指数函数，对数函数等进行拟合，并进行比较，最后给出拟合精度最高的表达式三、基本知识及实验方法描述1.基本知识在非铁磁材料中，磁通密度B和磁场强度H之间是线性关系，其系数就是空气的磁导率0。而在铁磁材料中，二者是非线性关系，称为磁化曲线。当外磁场由零逐渐增大时，开始磁感应强度B随着磁场强度H增加缓慢，磁感应强度B随着H的增大而迅速增长，接近于线性，之后增长放慢，并趋近于饱和，达到饱和后，磁化曲线基本上成为与非铁磁材料的B=0H特性相平行的直线。一般的，磁化曲线分为起始段，直线段，饱和段和过饱和段四部分，其中直线段和饱和段的交界点就是曲线的膝点。由于表征磁化曲线是用磁通密度B和磁场强度H两维数组表示的，是不连续的，而且其变化特征也比较复杂。当数据量很大时，采用这种数组形式很不方便，也占用存储量。最好的处理方式，是采用曲线拟合方法，把磁化曲线表示成显函数形式的解析表达式。2.实验方法描述常用的曲线拟合方法有两种（1）最佳平方逼近。该方法是连续函数的最近平方逼近问题，是用已知的一组互不相关的基函数，通过最佳平方逼近的方法求得未知的连续函数f（x）。（2）最小二乘法逼近。该方法是离散形式的最佳平方逼近问题，又称为曲线拟合的最小二乘法，是在已知一组离散点的情况下，通过最小二乘法求得拟合后的函数，从而画出拟合曲线。Matlab提供了强大的数据拟合资源库。比较常用的是,,ppolyfitxyn多项式拟合，因给出的B和H是离散点，所以源程序采用的是最小二乘法逼近。给出n次最小二乘多项式的系数p，其中的,xy就是已知的离散数据向量，它们的维数应当大于n。当它们的维数是n+1时，这个命令求出的正好是n次插值多项式。四、实验源程序源程序如下：B1=0.4:0.01:1.89;H1=[1.41.431.461.491.521.551.581.611.641.671.711.751.791.831.871.911.951.992.032.072.122.172.222.272.322.372.422.482.542.602.672.742.812.882.953.023.093.163.243.323.403.483.563.643.723.803.893.984.074.164.254.354.454.554.654.764.885.005.125.245.365.495.625.755.886.026.166.306.456.606.756.917.087.267.457.657.868.088.318.558.809.069.339.619.9010.210.510.911.211.612.012.513.013.514.014.515.015.616.216.817.418.218.919.820.621.622.623.825.026.428.029.731.533.736.038.541.344.047.050.052.955.959.062.165.369.272.876.680.484.288.092.095.6100105110115120126132138145152195166173181189197205];p1=polyfit(B1,H1,6);Y1=polyval(p1,B1);B2=0.4:0.02:1.88;H2=[1.41.461.521.581.641.711.791.871.952.032.122.222.322.422.542.672.812.953.093.243.403.563.723.894.074.254.454.654.885.125.365.625.886.166.456.757.087.457.868.318.809.339.9010.511.212.013.014.015.016.217.418.920.622.625.028.031.536.041.347.052.959.065.372.880.488.095.6105115126138152166181197];p2=polyfit(B2,H2,6);Y2=polyval(p2,B2);B3=0.4:0.04:1.88;H3=[1.41.521.641.791.952.172.322.542.813.093.403.724.074.454.885.366.026.457.087.868.809.9011.213.015.017.420.625.031.541.352.965.380.495.6115138166197];p3=polyfit(B3,H3,6);Y3=polyval(p3,B3);B4=0.4:0.08:1.84;H4=[1.41.641.952.322.813.404.074.886.027.088.8011.215.020.631.552.980.4115166];p4=polyfit(B4,H4,6);Y4=polyval(p4,B4);plot(Y1,B1,'c');holdon;plot(Y2,B2,'m');plot(Y3,B3,'b');plot(Y4,B4,'r');gridonlegend('第一组','第二组','第三组','第四组')axis([-infinf02])五、实验结果1.将word文档中的数据导入Excel表格中：2.将Excel中的数据导入matlab中：选择Matrix，生成矩阵:3.编写M文件，删除此矩阵的第一行、第一列，此时获得磁场强度的矩阵。之后使此矩阵行列互换，即BH(i,j)=BH(j,i)，并将转换后的矩阵赋值给磁场强度H的行矩阵。同时，由于磁感应强度B是步长为0.01的行矩阵，利用实矩阵生成方法，生成B矩阵。4.将其绘制成磁化曲线：图1一次拟合图2二次拟合图3三次拟合图4五次拟合图5七次拟合图6九次拟合由拟合图像可知，对于磁化曲线，仅使用多项式方式进行拟合，得到的曲线与原始数据偏差较大，因此不采用此种方法。调用MATLAB拟合工具箱，利用Interpolant插值方法进行拟合，并得到曲线：图7总拟合此时得到的拟合曲线十分接近于原始数据。并将此函数导出到MATLAB的WORKSPACE中:六、心得体会通过这次实验，我意识到了MATLAB的重要性，以及了解，掌握，精通一门软件的使用方法是一件十分不容易的事情。翻教材自学的时候，有的就看不懂，等到实际操作的时候就更加不清楚了，于是只能在更加细致的看书，理解程序的含义。正所谓磨刀不误砍柴工，通过练习，我的MATLAB越来越熟练，后面的工作也越来越快。由于未来的工作是离不开计算机的，因而熟练的掌握MATLAB的使用方法是十分重要的。实验二一、实验内容及目的1.实验内容基于Matlab的单相变压器电压变化率曲线（额定负载：超前85.0cos2，滞后85.0cos2，0.1cos2）变压器空载和短路实验数据试验名称电压（V）电流（A）功率（W）电源加载侧空载66009.15400低压侧短路324015.159300高压侧2.目的1)了解变压器电压变化率的变化规律2)了解负载性质对电压变化率特性的影响3)了解变压器效率曲线的变化规律4)了解负载性质对效率曲线的影响二、实验要求及要点描述1.实验要求用Matlab绘制出题给单相变压器的电压变化率和效率曲线并加以分析。2.要点描述1)采用屏幕图示方式直观显示2)利用MATLAB或SIMULINK建模均可3)要画出对应阻性，感性，容性三种负载性质的特性曲线，且要通过额定点4)要画出对应不同的cosφ2的效率曲线，且通过额定点5)要给出特征性结论三、基本知识及实验方法描述1.基本知识1）单相变压器的电压变化率曲线变压器一次侧接额定电压，二次测空载时的电压就是额定电压。当二次侧接入负载后，即使一次侧电压不变，二次侧的电压也不再是额定值，变压后的电压大小与负载电流，负载性质和短路阻抗参数有关。表征该变化的物理量就是电压变化率Δu。根据电机学理论，电压变化率为：)sincos(1'2*2**2*2121222kkNNNNxrIUUUUUUUu式中*2I——负载电流的标幺值；**kkxr，——短路电阻，短路电抗的标幺值；2——负载的功率因素角。根据上式，即使负载电流和变压器短路参数不变，负载性质发生变化，那么电压变化率也会发生变化，进而影响输出电压的大小。一般地，该变化规律为：（1）对阻性负载，02，必然有1,0*2Uu；（2）对感性负载，02，也必然有0u，而且数值比阻性的要大，1*2U；（3）对容性负载，02，则可能出现1,0*2Uu；2）单相变压器的效率曲线在所有种类的电机中，变压器的效率是最高的，而且高效率工作区间很宽。一般地，电压变压器的效率都在95%~99%之间。电机学中的变压器的效率表示为：KNNKNPIPSIPIPPPPPP2*202*22*20212cos110P——额定电压时的空载损耗；KNP——额定电压时的空载损耗；*2I——负载电流的标幺值；NS——变压器的额定容量；2cos——负载的功率因素根据上式，就可以求出对应不同的cosφ2,当负载电流的标幺值在[0,1.2]区间内变化时，变压器的效率曲线了。2.实验方法1)单相变压器的电压变化率曲线由题给，可知单相变压器的0.0093kR，0.0482kX，同样对于要求的容性，阻性，感性负载分别对应的2cos，2sin同样可以求出，只需要对于不同的2I连续赋值即可求出电压变化率对应曲线。2)单相变压器的