哈工大基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真实验报告

基于MATLAB的电机学计算机辅助分析与仿真实验报告班级：0906106班学号：1093710508姓名：刘悦完成时间：2011.12.7２一、实验内容(0.25分)4.1.2单向变压器的空载电流波形(编号为《指导书》中的题目编号，下同)已知一变压器的空载特性数据为：I00.71.52.53.54.55.56.58.211.715.220U102250100150195226245264281290298假定电压为u=260sinwt，取wt=[0,pi]，计算空载电流的波形，并分析谐波含量。4.2.1并励直流发电机的自励过程已知一并励直流发电机的空载特性数据为：I00.71.52.53.54.55.56.58.211.715.220U102250100150195226245264281290298通过MATLAB编程显示其自励过程及励磁电阻的影响。二、实验要求(0.25分)4.1.2单向变压器的空载电流波形(1)采用屏幕图形的方式直观显示；(2)利用编程方法或MATLAB的函数调用；(3)输入磁化曲线数据并显示曲线；(4)假定电压正弦变化，利用数值插值求得磁化电流的对应值并显示曲线；(5)利用傅里叶分解，求得磁化电流的谐波含量。4.2.1并励直流发电机的自励过程(1)采用屏幕图形方式直观显示；(2)利用MATLAB编程实现；(3)自励过程动态演示和励磁电阻的影响可以独立分析；(4)要给出定性的结论。三、实验方法描述(2.5分)4.1.2单向变压器的空载电流波形由于题中没有给出线圈的匝数以及电压的频率，故首先设定这两项参数，通过fNE44.4和)sin(2600tU可以得到磁通和时间的变化关系，同时应有插值法和所提供的表格可以得到磁通和磁化电流之间的关系。最后通过对拟合后的磁化电流插值，再进行傅里叶分解，就可以得到各个谐波的图像。３4.2.1并励直流发电机的自励过程并励直流发电机完成启动和电压建立的过程叫自励过程。完成这个自励过程需要满足三个条件，即——电机的主磁通有剩磁；励磁绕组连接极性要正确；励磁回路的总电阻小于临界电阻。首先，选择合适的励磁电阻。出现的可能性有：励磁电阻太大，则稳态电压只是在剩磁电压附近，太小不能用；励磁电阻太小，则需要很大的励磁电流才能建立稳态点，不合理；如果两条曲线相切，则交点不唯一，工作点不稳定。用三次样条插值函数spline画出空载特性曲线，然后分别用几个电阻值画励磁回路电阻线，确定合适的励磁电阻。接着，画并励直流发电机的自励过程图像。在这个图像中，需要画出空载特性曲线和励磁回路电阻线，这个在上一步中已经画过了，方法是一样的。关键是自励过程。自励的过程就是发电机的端电压从剩磁电压rU逐渐增加到稳态电压0U的过程，实际上就是空载特性和励磁回路电阻线求交点问题。运用一个二重循环，在空载特性和励磁回路电阻线之间反复迭代，最后得到稳态交点。四、实验源程序(1分)4.1.2单向变压器的空载电流波形%单向变压器的空载电流波形——by刘悦，黄博，宋瑞，李广厦I=[00.71.52.53.54.55.56.58.211.715.220];U=[102250100150195226245264281290298];M=8;f=50;N=10;U0=260;wt=0:pi/10:pi;df1=(U0*sin(wt))./(4.44*f*N);figure(1)%第一张图，磁通随时间变化波形plot(wt,df1);title('磁通随时间变化波形'),xlabel('相位(wt/度)'),ylabel('磁通（Wb）');fori=1:12Y(i)=U(i)/(4.44*N*f);endxz=linspace(0,20);yz=spline(I,Y,xz);figure(2)%第二张图，磁通随磁化电流变化波形图plot(I,Y,'o',xz,yz);df=U./(4.44*f*N);title('磁通随磁化电流变化波形'),xlabel('磁化电流（i/A）'),ylabel('磁通（Wb）');４p=polyfit(I,df,M);fork=1:11p71=p(7)-df1(k);x=[p(1)p(2)p(3)p(4)p(5)p(6)p71];r=roots(x);endR=[02.1083.5374.9896.5777.6486.5774.9893.5372.1080];xi=0:0.01:pi;yi_spline=interp1(wt,R,xi,'spline');yi_spline2=[yi_spline,-yi_spline];yi=0:0.01:2*pi;xii=[0,yi];XK=2*fft(yi_spline2,630)/630;%傅里叶分解t=0:0.01:2*pi;y1=abs(XK(2))*sin(t+pi/2+angle(XK(2)));y3=abs(XK(4))*sin(3*t+pi/2+angle(XK(4)));y5=abs(XK(6))*sin(5*t+pi/2+angle(XK(6)));y7=abs(XK(8))*sin(7*t+pi/2+angle(XK(8)));figure(3)%第三张图，磁通电流和主要谐波含量的分析holdon;plot(t*180/(pi),y1,t*180/(pi),y3,t*180/(pi),y5,t*180/(pi),y7);plot(xii*180/pi,yi_spline2,'-black');axis([0180-210]);fuzhi=struct('fundamentalwave',max(y1),'thirdhumornic',max(y3),'fifthhumornic',max(y5),'seventhhumornic',max(y7));text(120,7,'磁化电流','Fontsize',11);text(150,4.5,'基波','Fontsize',11);text(80,1,'三次谐波','Fontsize',11);text(20,0.8,'五次谐波','Fontsize',11);text(80,-1,'七次谐波','Fontsize',11);title('磁化电流与主要谐波含量的分析'),xlabel('相位(wt/度)'),ylabel('磁化电流（i/A）');gridon4.2.1并励直流发电机的自励过程functionDC_motor_2%动态绘制并励直流发电机自励过程,by黄博，刘悦，宋瑞，李广厦clear;clc;I=[0,0.7,1.5,2.5,3.5,4.5,5.5,6.5,8.2,11.7,15.2,20,25];U=[13,30.3,65,108.3,152,192,218,237,255,275,285,292,298];５figure(1)%第一个图像，励磁电阻对自励过程的影响I_fit=0:0.2:25;U_fit=spline(I,U,I_fit);N=length(I_fit);fori=2:N;plot(I_fit(1:i),U_fit(1:i),'r-.');%根据给出的空载特性数据和三次样条插值画出空载特性曲线axis([0250350]);pause(0.002);endtext(20,293,'空载特性曲线','Fontsize',8);holdon;pause(1);Rf=80;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;plot(If,Uf,'g');%励磁电阻为80欧姆text(8.5,145,'励磁回路电阻线','Fontsize',8);axis([0250350]);holdon;pause(1);Rf=43.7;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;%励磁电阻为43.7欧姆plot(If,Uf,'g');holdon;pause(1);Rf=17;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;%励磁电阻为17欧姆plot(If,Uf,'g');holdon;pause(1);Rf=10;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;%励磁电阻为10欧姆plot(If,Uf,'g');holdon;gridon;axis([0200350]);title('励磁电阻的影响')xlabel('If,by黄博，刘悦，宋瑞，李广厦');ylabel('U');figure(2)%第二个图像，并励直流发电机的自励过程Rf=17;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;plot(If,Uf,'g');%画励磁回路电阻线text(8.5,145,'励磁回路电阻线','Fontsize',8);axis([0250350]);holdon;pause(1);６I_fit=0:0.2:25;U_fit=spline(I,U,I_fit);N=length(I_fit)fori=2:N;plot(I_fit(1:i),U_fit(1:i),'r-.');%画空载特性曲线axis([0250350]);pause(0.002);endtext(20,293,'空载特性曲线','Fontsize',8);I_tx=I_fit(1);U_tx=U_fit(1);If_tx=0;Uf_tx=0;k=1;fori=1:N;Uf_tx(k)=U_tx(k);If_tx(k)=Uf_tx(k)/Rf;forj=i:N;if(abs(If_tx(k)-If(j))=0.1)k=k+1;U_tx(k)=U_fit(j);I_tx(k)=If(j);breakendendend%画励磁过程变化线fori=1:k;plot([I_tx(i),If_tx(i)],[U_tx(i),Uf_tx(i)],'LineStyle','-');axis([0250350]);%画水平自励线holdonpause(0.2);plot([If_tx(i),I_tx(i+1)],[Uf_tx(i),U_tx(i+1)],'LineStyle','-');axis([0250350]);%画垂直自励线holdonpause(0.2);if((abs(Uf_tx(i)-Uf_tx(i+1))0.001))%到达平衡点后退出循环break;endendtext(8.5,211,'自励过程','Fontsize',8);gridon;axis([0250350]);title('并励直流发电机的自励过程')７xlabel('If,by黄博，刘悦，宋瑞，李广厦');ylabel('U');五、实验结果(2.5分)4.1.2单向变压器的空载电流波形图1磁通随相位变化的图像图2磁通随磁化电流变化的图像８图3磁化电流和谐波随相位的变化图像4.2.1并励直流发电机的自励过程图4励磁电阻对自励过程的影响９图5并励直流发电机的自励过程六、心得体会(3.5分)通过这次的仿真实验，学习到了许多，也成长了许多。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”！我参加过“全美大学生数学建模大赛”，曾经学过一些MATLAB软件的使用，自以为自己做这么一个“小仿真”应该是小菜一叠。但是，在实践的过程中，发现自己对许多问题的理解并不深刻，经常遇到“拿不准”的情况，还是需要反复地翻书，反复地实验，看看波形有没有预期的结果，这个过程其实挺痛苦的。特别是“holdon”这条命令，一开始我毫无察觉，经常发现波形不对，就反复地看程序，检查是不是哪里出现了语法错误或者更加隐蔽的逻辑错误，可费了九牛二虎之力还是没有发现错误，我组的全体成员都出动，最终发现，原来没有“holdon”。我想，以后我这一辈子都不会忘记“holdon”了。但是，当看到预期的波形时，也真的很激动，这也许就是科学的魅力吧！还有另我感动的就是“团队精神”！我们在选择题目之前，曾经做过“预研”。比如“单向变压器的空载电流波形”实验完全是在“磁化曲线的曲线拟合”基础上进行的。我们很顺利的就完成了前2问，以为只差一个简单的傅里叶分解了。可是在题目报上去，我们开始做第3问的时候，