matlab电机仿真设计计算实习实训.docx
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matlab电机仿真设计计算实习实训
电气2013级“卓班”
企业课程（电机学）实习与实训报告
评语：
考勤
（10）
守纪
（10）
实习报告
（20）
实训过程
（20）
实训报告（30分）
小组答辩
（10）
总成绩
（100）
专业：
电气工程及其自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2015年7月25日
1实习报告
1.1实习项目
1.1.1实习项目1
时间：
2015-7-22，上午8：
00至12:
00地点：
北车集团兰州机车厂
指导教师：
张红生
实习内容：
了解电机拆解、维修、组装、调试以及参观电器车间
今天，我们在张红生老师的带领下，再次来到了北车兰州机车厂进行认识实习，这次我们主要参观的内容有机车电机的维修工艺，以及电器车间等一系列机车设备，进行认识实习。
在进入厂区前，工作人员给我们详细地介绍了相关的注意事项，我们了解到厂区内部的设备大多都是处于工作状态，不能触摸，以免发生危险，同时介绍到兰州机车厂是中国北车集团下属的分公司，主要承担机车的保养和修理任务。
当机车运行到120万公里时就必须要进厂检修。
检修是按照工序完成的，他们厂里的各个车间分别承担着不同的检修任务。
进入车间，我们在一个老师的带领下，从外向里开始参观。
首先我们参观了电机车间，观看了，电机的拆卸及组装。
进入车间后，我们看到了正在检修的内燃机车主发电机的定转子，在发电机的转子上，绕着一系列的励磁绕组，励磁绕组是可以产生磁场的线圈绕组，有串励和并励之分的，发电机内用励磁绕组，可以替代永磁体，可以产生永磁体无法产生的强大的磁通密度，且可以方便调节，从而调节功率发电。
在发电机的定子绕组上，绕的是发电机的电枢绕组电枢绕组由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。
线圈用绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成，分上下两层嵌放在电枢铁心槽内，上下层以及线圈与电枢铁心之间都要妥善地绝缘，并用槽楔压紧。
接下来，工作人员又带我们了解了机车上的电压互感器，电压互感器的实质就是一个带铁芯的变压器，它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。
当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ和磁路，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。
改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。
最后，我们又参观了电器车间，进去后就可以看到组成机车电气系统的分立元件的生产和检修，车间分为了两部分，一部分用于机车电气系统中一些较大部件的检修，生产和加工；另一部分是一些机车电气小部件及控制开关的检修生产。
通过今天的参观实习，我对电机的检修与生产的工艺流程有了进一步的认识，虽然上一次来过一次，但是没有什么理论基础，这次不仅学到了理论课上学不到的知识，还让我深刻的认识将理论转换为实践的重要意义，理论和实际相结合的学习，对理论和以后的实践能力都是一次大幅度的提高。
所以我要不断的充实和丰富自己的理论知识，抓住任何能够锻炼自己的实践能力机会，让自己能够将理论和实际相结合，做到以后成为一名合格的工程师。
图1内燃机车发电机转子
图2牵引直流电机电刷、换向器
1.1.2实习项目2
时间：
2015-7-22，下午2：
15至16:
30地点：
甘肃宏宇变压器有限公司
指导教师：
张红生
实习内容：
了解变压器生产总装的工艺流程
今天，我们在张红生老师的带领下来到了兰州宏宇变压器有限公司进行参观实习，参观了解变压器生产的一系列的工艺流程，变压器是用来改变电压大小的电气设备。
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。
变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。
首先，我们大致参观了解了变压器的各个组成部分，它是由铁芯，绕组，附件，温控装置组成的。
铁芯：
由硅钢片叠成，是完成电能--磁能--电能的转换的主体，也是变压器的骨架，还是变压器的磁路。
绕组：
包含初级线圈和次级线圈，一次线圈是将原边电能引进变压器中完成励磁作用，二次线圈是将磁能转换成电能并传送出去，线圈通常是依靠三角或星形连接的。
附件：
绝缘体，包括初次级绝缘，匝间绝缘和与铁芯和外壳之间的绝缘。
温控装置：
变压器均有温度过热保护装置，过热保护装置主要是通过在低压线圈中的热敏电阻实现的变压器温度检测与控制。
变压器铁芯的叠装是最重要的一道工序，叠装的好坏会直接影响到变压器铁芯的性能，我们所参观的是采用三柱式交叠的一种叠片方式，变压器铁芯的铁轭多采用的是多级圆截面。
并且为了减小消除涡流，硅钢片都是涂以绝缘漆制成，还可以达到防锈的目的。
接下来，我们又了解到了变压器的绕组工艺，变压器的绕组工艺分为高压绕组的分段圆筒式绕制和低压绕组箔式绕制。
变压器的绕组构成设备的内部电路，它与外界的电网直接相连，是变压器最重要的部件之一。
高压绕组通常套在最外面，引出分接头比较方便，高压侧的电流较小，引出的分接引线和分接开关的载流部分截面小，开关接触部分比较容易解决。
低压绕组在绕制过程中要注意匝数校对，通过匝数记录仪来记录匝数，并且还用人工进行纸包绝缘，绝缘性能很大程度决定了变压器的使用寿命。
通过今天的认识实习，加深了我对变压器构造以及参数方面的了解，因为我的设计任务是变压器，所以我对变压器不仅有了理论认识，还有具体的感性认识。
在参观实习的过程中，我们有不明白的地方就会向工作人员提问时，他们都能够为我们详细讲解分析，让我对变压器有了更广泛丰富的认识，对我所进行的变压器设计收益颇丰。
图3硅钢片、铁心组装
图4变压器组装
1.2体会
认识实习结束了，在认识实习中通过对变压器和电机生产和检修等进行参观了解，加之在书本理论的学习后使得我对电机学有了更高层次的了解和认识。
在生产实习中我对此有深刻的认识和体会。
首先我作为学生，实习实训是学生对专业理论知识的深度巩固和认识，是我们平稳进入工作岗位的有利措施。
学生是在学校就是学习知识的，工程实践的机会相对较少。
但对于我们来讲，工程能力是我们能适应工作的关键。
参观实践，可以在这之间架起一座桥梁，更好地适应工作岗位。
而后学校作为国家企业人才的培养单位，应该为学生提供学习和实践的条件。
实习实践作为学校人才培养的重要环节之一，是建立与企业社会的桥梁。
生产实习过程中学生必须遵守学校企业生产实习规定和要求，并能够按时完成老师布置的任务和要求，如做好笔记，完成实习报告等。
大学给我们将来工作学习提供了平台，因此我们才能顺利成人成才走进社会，成为对企业社会国家有用的人才。
其次公司企业可以利用实习实践这一安排，培养和选择日后公司发展的后备人才。
拥有具有生产实践经验的员工，是企业发展的人力资源储备。
任用具有实践经验的员工可以降低公司和企业的培训成本。
最后我认为实习对我们理论的提高，实践能力的提高是不可或缺的，必须拥有理论和实际的双重认识，才能更快更好的成为一名合格的卓越工程师，实现人生的目标和价值。
2实训报告
2.1设计题目及具体任务分工
设计一台三相配电变压器，与该变压器相匹配的数据如下所示：
容量：
80KW；额定电压：
10±5%/0.4kV；
额定频率：
50Hz；相数：
3
联接组别：
Y,yn12；冷却方式：
ONAN
短路阻抗：
4%短路损耗：
1700W
空载损耗：
470W绝缘等级：
H级
效率：
在功率因数cosφ为0.8（滞后）的满负载时为95%
2.1设计思路分析
变压器设计主要包括电磁计算和结构设计两部分，我们主要是进行电磁计算。
电磁方案计算指根据相关国家标准及用户需求（如容量、电压、短路阻抗、损耗、温升等），运用有关的理论和计算方法进行参数计算，确定变压器铁芯直径、线圈匝数、导线规格、导线缠绕方式等主要参数，并计算变压器主要结构尺寸及性能指标，使变压器性能指标满足设计要求。
具体设计思路如下。
（1）额定电压和额定电流的计算：
三相变压器的联结组别的不同，线电压
、相电压
及线电流
、相电流
之间的关系也不同。
根据已知参数，该变压器高低压均为y联结，因此由
可以分别算出高低压侧线电压、线电流和相电压、相电流。
（2）铁芯直径的确定：
选取合适的铁芯直径，可以在符合其性能参数（短路阻抗、负载损耗、空载损耗等）和满足制造工艺的情况下，做到用铜、用铁量均衡，主材成本最少。
铁芯直径一般根据公式计算。
（3）绕组数据计算：
本设计产品为小型配电变压器，低压绕组结构选择为偶数层圆筒式线圈，高压绕组结构选择为多层圆筒式线圈，并确定高低压绕组匝数，选择导线线规，计算线圈尺寸及绝缘半径、绕组直流电阻及导线重量。
（4）铁芯数据计算：
铁芯数据主要是窗高和铁芯重，根据前面算出来的数据根据公式便可确定窗高和铁芯重。
（5）变压器短路阻抗核算：
将算出的短路阻抗值同短路阻抗标准值进行比较，若在误差允许范围内，则说明设计方案符合规定，否则回到
（2）重新计算，直到符合要求为止。
（6）变压器其它参数核算：
根据已算出的数据计算负载损耗、空载损耗和绕组对油温升。
（7）最后对变压器计算数据进行检验，若不符合题目要求标准，则需返回计算过程，调整可变参数，直到计算结果达到要求为止。
2.1.3计算流程图
如图五所示。
图5计算流程图
2.1.4设计计算程序
三相配电变压器的电磁优化计算与设计程序如附录一所示。
2.1.5设计计算结果
如表1所示。
表1三相配电变压器设计计算结果
硅钢片牌号
高压侧匝数
低压侧匝数
短路阻抗（%）
DQ137G-35
1601/1525/1449
61
4.3
铁芯直径（mm）
高压侧层数
低压侧层数
空载损耗P0（w）
Φ122
14（4/9）
4
261
磁通密度（T）
高压侧每层匝数
低压侧线规（mm）
负载损耗Pk（w）
1.72
130
4*9.
1339
硅钢片重（kg）
高压侧线规（mm）
低压侧电流密度（A/mm²）
低压侧绕组温升（℃）
154
Φ1.6
3.271
17.3
窗高（mm）
高压侧电流密度（A/mm²）
低压侧线重（kg）
高压侧绕组温升（℃）
272
2.203
27.2
23.6
中心距（mm）
高压侧线重（kg）
主空道（mm）
245
60.3
86.8
3总结
在这短短的三周内，我们班进行了电机设计和企业的认识实习，收获颇丰。
电机课程设计会比起以前的课程设计难度要大的多，因为其中很多参数都需要我们去找资料，查表查数据，有些数据还很难找到，要查阅很多书才能找到，费了不少劲。
我做的是变压器的设计，在设计过程中，总会遇到不少问题，令我纠结不已，我总是花了不少时间精力来努力解决，这次次电机课程设计中，我锻炼了自己翻阅文献书本等资料的能力以及自我丰富学习的能力，因为在设计中，需要用到很多的公式和参数，需要去理解并且加以计算，计算的结果如果与给额定参数和要求相差太大，就必须调整所有相应的参数直到结果满足要求为止。
在计算调整的过程中，是很费力的，必须经过反反复复的计算查找选择参数，我们的设计最终达到了相应的要求，非常开心。
这次的课程设计锻炼了我们的学习能力和动手动脑的能力，收获多多。
4参考文献
[1]杨莉.电机设计理论与基础[M].北京：
清华大学出版社，2013
[2]姜宏伟.计算机辅助电机设计[M].北京：
中国电力出版社，2009
[3]卡西（美）.电机原理与设计的MATLAB分析[M].北京：
电子工业出版社，2006
附录一（三相配电变压器的电磁计算与设计）MATLAB程序
1源程序代码
%%%%%%第一部分额定数据%%%%%%
Sn=80000;
f=50;
cos_phi=0.8;
xl=0.95;
m=3;
U1N=10000;
U1N_x=U1N/sqrt（3）;
I1N=Sn/（sqrt（3）*U1N）;
I1N_x=I1N;
U2N=400;
U2N_x=U2N/sqrt（3）;
I2N=Sn/（sqrt（3）*U2N）;
I2N_x=I2N;
Sz=Sn/m;
fprintf（'计算出来的高低侧电流参数为：
%c%c\n',I1N_x,I2N_x）;
%%%%%%第二部分铁芯直径数据%%%%%%
D=9.6*sqrt（sqrt（Sz））;
D=floor（D）;
At=98.6;%查表%
G0=18.58;%查表%
B=1.7;
Et=B*At/45;
Wd=U2N_x/Et;
Wd=floor（Wd）;
Et=U2N_x/Wd;
B=45*Et/At;
Wgmax=1.05*U1N_x/Et;
Wg=U1N_x/Et;
Wgmin=0.95*U1N_x/Et;
Wgmax=round（Wgmax）;
Wg=round（Wg）;
Wgmin=round（Wgmin）;
Cd=4;
Cgn=4;
Cgw=9;
Zd=Wd/Cd;
Zg=130;
fprintf（'计算出来的铁芯直径为:
%d\n',D）;
fprintf（'计算出来的磁通密度为:
%c\n',B）;
fprintf（'计算出来的高压匝数为:
%d%d%d\n',Wgmax,Wg,Wgmin）;
fprintf（'计算出来的低压匝数为：
%d\n',Wd）;
%%%%%%第三部分导线选择及线圈尺寸数据%%%%%%
Jd=3.271;
Jg=2.203;
Ad=I2N_x/Jd;
Ag=I1N_x/Jg;
GQQ=1.60;%查表%
GQQ1=1.72;
DZBk=9;
DZBk1=9.45;
DZBh=4;
DZBh1=4.45;
jd=0.9;
jg=0.06;
Fd=DZBh1*Cd+0.08*3*3;
ZXd=DZBk1*Zd+jd*（Zd+1）;
Fgn=GQQ1*Cgn+0.08*3*（Cgn-1）;
Fgw=GQQ1*Cgw+0.08*3*（Cgw-1）;
ZXg=GQQ1*Zg+（Zg+1）*jg;
fprintf（'计算出来的高低压侧截面积为:
%c%c\n',Ad,Ag）;
fprintf（'计算出来的高低压侧电密为:
%c%c\n',Jg,Jd）;
%%%%%%第四部分绝缘半径数据%%%%%%
Det1=3.5;
Det2=7.5;
Det3=3.5;
Det4=7;
r=D/2;
b1=Fd;
b2_=Fgn;
b2=Fgw;
rdn=r+Det1;
rdw=rdn+b1;
rgn1=rdw+Det2;
rgw1=rgn1+b2_;
rgn2=rgw1+Det3;
rgw2=rgn2+b2;
M0=2*rgw2+Det4;
M0=round（M0）;
R1=（rdn+rdw）/2;
R12=（rdw+rgn1）/2;
R2_=（rgn1+rgw1）/2;
R2=（rgn2+rgw2）/2;
fprintf（'计算出来的中心距为：
%d\n',M0）;
fprintf（'计算出来的主空道为:
%c\n',R12）;
%%%%%%第五部分绕组电阻及导线重量数据%%%%%%
Lpd=2*pi*R1/1000;
Ld=Lpd*Wd;
Lpg1=2*pi*R2_/1000;
Lpg2=2*pi*R2/1000;
Lgn=Zg*Cgn*Lpg1+（Wg-Zg*Cgn）*Lpg2;
Lg_=Zg*Cgn*Lpg1+（Wgmax-Zg*Cgn）*Lpg2;
Gxd=3*Ld*Ad*8.9/1000;
Gxg=3*Lg_*Ag*8.9/1000;
Gxd_=Gxd*1.02;
Gxg_=Gxg*1.0183;
Gdx=Gxd_+Gxg_;
Ru75=0.02135;
Rd75=Ru75*Ld/Ad;
Rg75=Ru75*Lgn/Ag;
fprintf（'计算出来的高低压侧线重为：
%c%c\n',Gxg_,Gxd_）;
%%%%%%第六部分铁芯数据%%%%%%
H0=ZXg+41;
H0=round（H0）;
Rug=7650;
Gz=3*Rug*H0*At/10000000;
Ge=4*Rug*M0*At/10000000+G0;
G=Gz+Ge;
fprintf（'计算出来的铁芯窗高为：
%d\n',H0）;
fprintf（'计算出来的硅钢片重为:
%c\n',G）;
H=（（ZXg-GQQ1）+（ZXd-DZBk1））/2;
r1=rdn+b1/2;
r2=rgw1+（b2_+b2+Det3）/2;
r12=rgn1+Det2/2;
r22=rgn2+Det3/2;
w=（Wg-4*130）/Wg;
cgmD=（（b1*r1+（b2_+b2）*r2）/3+Det2*r12+Det3*w^2*r22）/100;
Lmt=rgw2-rdn;
HL=H/Lmt;
Ru=0.8;%查表%
k=0.9;
ux=（49.6*f*I1N_x*Wg*cgmD*Ru*k）/Et/H/100000/100;
Prg=m*I1N_x^2*Rg75;
Prd=m*I2N_x^2*Rd75;
Pr=Prg+Prd;
fprintf（'计算出的负载损耗为：
%c\n',Pr）;
ur=（Pr/（10*Sn/1000））/100;
uk=sqrt（ux^2+ur^2）;
fprintf（'计算出的短路阻抗为：
%c\n',uk）;
Kp0=1.4;
Phex=1.21;
Phee=1.21;
P0=Kp0*（Phex*Gz+Phee*Ge）;
fprintf（'计算出的空载损耗为：
%c\n',P0）;
I01=P0/10/Sn;
GF=Gz+Ge;
I02=1.3*（20.25*GF+3.25*8*At）/10/Sn;
I0=sqrt（I01^2+I02^2）;
fprintf（'计算出的空载电流为：
%c\n',I0）;
%%%%%%第七部分绕组对油温升数据%%%%%%
K=0.065;
N=0.8;
Sg=6.28*（rdn+rdw+rgn1+rgw2）*ZXg/1000000;
Sd=3.14*（rdn+rdw+rgn1+2*rgw2）*ZXd/1000000;
Qg=1.032*（Prg+P0）/3/Sg;
K4g=0.12*2*1.012;
K5g=2*（Cgn+Cgw-2*4）;
Tao_g=K*（Qg^N）+（Cgn+Cgw）*K4g*1.012*Qg/1000+（K4g+0.45*1.07）*K5g*Qg/1000;
Qd=1.032*（Prd+P0）/4/Sd;
K4d=0.12*2*1.012;
K5d=2*（4*2*1）;
Tao_d=K*（Qd^N）+4*K4g*1.012*Qd/1000+（K4g+0.11*1.07）*K5d*Qd/1000;
L=（Sn-（Pr+P0））/Sn;
fprintf（'计算出的高压绕组温升为：
%c\n',Tao_g）;
fprintf（'计算出的低压绕组温升为：
%c\n',Tao_d）;
fprintf（'计算出的效率为：
%c\n',L）;
2程序运行结果
计算出来的高低侧电流参数为：
4.618802e+001.154701e+02
计算出来的铁芯直径为:
122
计算出来的磁通密度为:
1.727846e+00
计算出来的高压匝数为:
160115251449
计算出来的低压匝数为：
61
计算出来的高低压侧电密为:
2.203000e+003.271000e+00
计算出来的中心距为：
245
计算出来的主空道为:
8.677000e+01
计算出来的高低压侧线重为：
6.027980e+012.717884e+01
计算出来的铁芯窗高为：
272
计算出来的硅钢片重为:
1.540505e+02
计算出的负载损耗为：
1.338759e+03
计算出的短路阻抗为：
4.294044e-02
计算出的空载损耗为：
2.609615e+02
计算出的空载电流为：
9.240833e-03
计算出的高压绕组温升为：
1.728774e+01
计算出的低压绕组温升为：
2.361999e+01
计算出的效率为：
9.800035e-01
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