电机学课程设计

_______级课程设计电机学学号：___________姓名：___________班级：___________日期：___________电气学科大类1目录1、课程设计目的………………………………………………………22、课程设计题目及分析………………………………………………22.1题目及要求………………………………………………………………22.2题目分析…………………………………………………………………33、设计过程……………………………………………………………33.1P2=0时的V型曲线……………………………………………………33.1.1计算过程……………………………………………………………33.1.2列点举例……………………………………………………………43.1.3V型曲线……………………………………………………………43.2P2=22500kW时的V型曲线……………………………………………53.2.1计算过程……………………………………………………………53.2.2列点举例……………………………………………………………63.2.3V型曲线……………………………………………………………63.3P2=52500kW时的V型曲线……………………………………………73.3.1计算过程……………………………………………………………73.3.2列点举例……………………………………………………………83.3.3V型曲线……………………………………………………………83.4P2=62500kW时的V型曲线……………………………………………93.4.1计算过程……………………………………………………………93.4.2列点举例……………………………………………………………103.4.3V型曲线……………………………………………………………103.5总的V型曲线……………………………………………………………114、分析与小结…………………………………………………………125、参考文献……………………………………………………………1221、课程设计目的本次课程设计旨在考查同学们对同步电机相关特性的理解和掌握。通过求解不同输出功率下的水轮发电机的V型曲线，进一步了解凸极同步电机的特点和相关特性，熟悉不同类型的同步电机的相量图的区别，掌握不同参数之间的关系。同时借此课程设计巩固课堂上的理论知识并加深理解，学习和掌握分析问题、解决问题的方法和能力。2、课程设计题目及分析2.1题目及要求一台50000kW、13800V（Y联接）、额定功率因数cos0.8N(滞后)的水轮发电机并联于一无穷大电网上，其参数为0,1.15,0.7aqdRXX，并假定其空载特性为一直线，试求：1)输出功率为0时的V型曲线；2)输出功率为22500kW时的V型曲线；3)输出功率为52500kW时的V型曲线；4)输出功率为62500kW时的V型曲线。要求：①20P时的V型曲线每人必须完成；②在2(0,1]P中任取三个值（必须包含21P），作3条V型曲线；③每条V型曲线中cos1的点要给出计算过程；④每条V型曲线中欠励和过励情况下也各至少给出一个点的计算过程；⑤每条V型曲线上至少要有七个点。32.2题目分析水轮发电机属于凸极同步电机，并联于一一无穷大电网上，说明端电压U恒定，由于本题的参数均以标幺值形式给出，故可以设1U，然后进行分析和计算。所谓“V型曲线”，是指发电机输出功率2P恒定时，同步电机定子电流I与励磁电流fI之间的内在联系，以关系曲线()fIfI表示，所得曲线形似字母“V”,故称之为同步电机的V型曲线。由题意有0aR，所以下面计算可能用到的公式有：cosNNNPS,22NPPS,2coscosPUII，sinarctancosqIXUU，，0cossindEUIX，000fffIEIEIU。3、设计过程3.120P时的V型曲线（20P）3.1.1计算过程首先，我们可以设1U。根据题意有，50000NPkW。由cosNNNPS得：5000062500cos0.8NNNPSkVA正常励磁情况下，由于20P，所以有：20P420cosPIsinarctanarctan(tan)cosqIXUU00cossincos1dEUIX0001fffIEIEIU3.1.2列点举例（1）欠励举例：取U滞后I90计算，即90。此时90。00cossin11.15fdIEUIXI（2）过励举例：取U超前I90计算，即90。此时90。00cossin11.15fdIEUIXI3.1.3V型曲线计算数据如下表：5欠励正常过励I0.870.60.200.20.60.8fI00.310.7711.231.691.92所以，根据计算数据可以作20P时的V型曲线如下：图1P2*=0时的V形曲线00.20.40.60.8100.511.522.5If*I*3.2222500PkW时的V型曲线（20.36P）3.2.1计算过程由于222500PkW，所以有：22225000.3662500NPPS取cos1，即0，得：20.36cosPI0.360.71014.1411sinarctanarctan()cosqIXUU14.14014.14014.140.361.15sin14.14cossin1cos1.07dEUIX60001.07fffIEIEIU3.2.2列点举例（1）欠励举例：取U滞后I60计算，即60。此时20.72cosPI。0.720.713/235.910.5arctan()6035.924.10cossin0.43fdIEUIX（2）过励举例：取U超前I60计算，即60。此时20.72cosPI。0.720.713/269.9510.5arctan()39.950cossin1.54fdIEUIX3.2.3V型曲线计算数据如下表：欠励正常过励cos0.40.50.810.80.50.4I0.90.720.450.360.450.720.9fI0.260.430.781.071.371.541.997所以，根据计算数据可以作222500PkW时的V型曲线如下：图2P2*=0.36时的V形曲线00.20.40.60.8100.511.522.5If*I*3.3252500PkW时的V型曲线（20.84P）3.3.1计算过程由于252500PkW，所以有：22525000.8462500NPPS取cos1，即0，得：20.84cosPI0.840.71030.4611sinarctanarctan()cosqIXUU30.46030.46030.460.841.15sin30.46cossin1cos1.35dEUIX0001.35fffIEIEIU83.3.2列点举例（1）欠励举例：取U滞后I60计算，即60。此时21.68cosPI。1.680.713/231.810.5arctan()6031.891.80cossin0.99fdIEUIX（2）过励举例：取U超前I60计算，即60。此时21.68cosPI。1.680.713/276.2410.5arctan()16.240cossin2.84fdIEUIX3.3.3V型曲线计算数据如下表：欠励正常过励cos0.50.60.810.80.60.5I1.681.41.050.841.051.41.68fI0.990.810.891.351.962.482.84所以，根据计算数据可以作252500PkW时的V型曲线如下：9图3P2*=0.84时的V形曲线00.20.40.60.811.21.41.61.800.511.522.53If*I*3.4262500PkW时的V型曲线（21P）3.4.1计算过程由于262500PkW，所以有：2262500162500NPPS取cos1，即0，得：21cosPI10.71034.9911sinarctanarctan()cosqIXUU34.99034.99034.9911.15sin34.99cossin1cos1.48dEUIX0001.48fffIEIEIU103.4.2列点举例（1）欠励举例：取U滞后I60计算，即60。此时22cosPI。20.713/246.8810.5arctan()46.8860106.880cossin1.39fdIEUIX（2）过励举例：取U超前I60计算，即60。此时22cosPI。20.713/277.5610.5arctan()17.560cossin3.2fdIEUIX3.4.3V型曲线计算数据如下表：欠励正常过励cos0.40.50.810.80.50.4I2.521.2511.2522.5fI1.941.391.031.482.173.23.81所以，根据计算数据可以作262500PkW时的V型曲线如下：11图4P2*=1时的V形曲线00.511.522.53012345If*I*3.5总的V型曲线将不同输出功率下的V型曲线置于同一坐标系下可得到下图：图5同一坐标系下的V形曲线00.511.522.5300.511.522.533.544.5If*I*P2*=0P2*=0.36P2*=0.84P2*=1124、分析与小结由图5可以看出，在同一坐标系下，不同输出功率情况下凸极同步发电机的V形曲线，存在一定规律：功率值越大，曲线位置越上移。每一条曲线左方，发电机处于欠励状态，功率因数是超前的，发电机从电网吸收滞后的无功功率；曲线右方，发电机处于过励状态，功率因数是滞后的，发电机向电网输出滞后的无功功率。在作图过程中，有几组数据并不符合V形曲线，原因在于此时的90，这几个点已经处在V形曲线左侧与欠励状态相连的不稳定区。因此，同步发电机不宜在欠励状态下运行。5、参考文献[1]辜承林，陈乔夫，熊永前编著,电机学（第三版），武汉：华中科技大学出版社；[2]熊永前编著，电机学习题解答，武汉：华中科技大学出版社。