PAGE２基于MATLAB的電機學計算機輔助分析與仿真實驗報告班級：0906106班學號：1093710508姓名：劉悅完成時間：2011.12.7

一、實驗內(nèi)容(0.25分)4.1.2單向變壓器的空載電流波形(編號為《指導書》中的題目編號，下同)已知一變壓器的空載特性數(shù)據(jù)為：I00.71.52.53.54.55.56.58.211.715.220U102250100150195226245264281290298假定電壓為u=260sinwt，取wt=[0,pi]，計算空載電流的波形，并分析諧波含量。4.2.1并勵直流發(fā)電機的自勵過程已知一并勵直流發(fā)電機的空載特性數(shù)據(jù)為：I00.71.52.53.54.55.56.58.211.715.220U102250100150195226245264281290298通過MATLAB編程顯示其自勵過程及勵磁電阻的影響。二、實驗要求(0.25分)4.1.2單向變壓器的空載電流波形(1)采用屏幕圖形的方式直觀顯示；(2)利用編程方法或MATLAB的函數(shù)調(diào)用；(3)輸入磁化曲線數(shù)據(jù)并顯示曲線；(4)假定電壓正弦變化，利用數(shù)值插值求得磁化電流的對應值并顯示曲線；(5)利用傅里葉分解，求得磁化電流的諧波含量。4.2.1并勵直流發(fā)電機的自勵過程(1)采用屏幕圖形方式直觀顯示；(2)利用MATLAB編程實現(xiàn)；(3)自勵過程動態(tài)演示和勵磁電阻的影響可以獨立分析；(4)要給出定性的結(jié)論。三、實驗方法描述(2.5分)4.1.2單向變壓器的空載電流波形由于題中沒有給出線圈的匝數(shù)以及電壓的頻率，故首先設定這兩項參數(shù)，通過和可以得到磁通和時間的變化關系，同時應有插值法和所提供的表格可以得到磁通和磁化電流之間的關系。最后通過對擬合后的磁化電流插值，再進行傅里葉分解，就可以得到各個諧波的圖像。4.2.1并勵直流發(fā)電機的自勵過程并勵直流發(fā)電機完成啟動和電壓建立的過程叫自勵過程。完成這個自勵過程需要滿足三個條件，即——電機的主磁通有剩磁；勵磁繞組連接極性要正確；勵磁回路的總電阻小于臨界電阻。首先，選擇合適的勵磁電阻。出現(xiàn)的可能性有：勵磁電阻太大，則穩(wěn)態(tài)電壓只是在剩磁電壓附近，太小不能用；勵磁電阻太小，則需要很大的勵磁電流才能建立穩(wěn)態(tài)點，不合理；如果兩條曲線相切，則交點不唯一，工作點不穩(wěn)定。用三次樣條插值函數(shù)spline畫出空載特性曲線，然后分別用幾個電阻值畫勵磁回路電阻線，確定合適的勵磁電阻。接著，畫并勵直流發(fā)電機的自勵過程圖像。在這個圖像中，需要畫出空載特性曲線和勵磁回路電阻線，這個在上一步中已經(jīng)畫過了，方法是一樣的。關鍵是自勵過程。自勵的過程就是發(fā)電機的端電壓從剩磁電壓逐漸增加到穩(wěn)態(tài)電壓的過程，實際上就是空載特性和勵磁回路電阻線求交點問題。運用一個二重循環(huán)，在空載特性和勵磁回路電阻線之間反復迭代，最后得到穩(wěn)態(tài)交點。四、實驗源程序(1分)4.1.2單向變壓器的空載電流波形%單向變壓器的空載電流波形——by劉悅，黃博，宋瑞，李廣廈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)%第一張圖，磁通隨時間變化波形plot(wt,df1);title('磁通隨時間變化波形'),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)%第二張圖，磁通隨磁化電流變化波形圖plot(I,Y,'o',xz,yz);df=U./(4.44*f*N);title('磁通隨磁化電流變化波形'),xlabel('磁化電流（i/A）'),ylabel('磁通（Wb）');p=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;%傅里葉分解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)%第三張圖，磁通電流和主要諧波含量的分析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,'磁化電流','Fontsize',11);text(150,4.5,'基波','Fontsize',11);text(80,1,'三次諧波','Fontsize',11);text(20,0.8,'五次諧波','Fontsize',11);text(80,-1,'七次諧波','Fontsize',11);title('磁化電流與主要諧波含量的分析'),xlabel('相位(wt/度)'),ylabel('磁化電流（i/A）');gridon4.2.1并勵直流發(fā)電機的自勵過程functionDC_motor_2%動態(tài)繪制并勵直流發(fā)電機自勵過程,by黃博，劉悅，宋瑞，李廣廈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];figure(1)%第一個圖像，勵磁電阻對自勵過程的影響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-.');%根據(jù)給出的空載特性數(shù)據(jù)和三次樣條插值畫出空載特性曲線axis([0250350]);pause(0.002);endtext(20,293,'空載特性曲線','Fontsize',8);holdon;pause(1);Rf=80;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;plot(If,Uf,'g');%勵磁電阻為80歐姆text(8.5,145,'勵磁回路電阻線','Fontsize',8);axis([0250350]);holdon;pause(1);Rf=43.7;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;%勵磁電阻為43.7歐姆plot(If,Uf,'g');holdon;pause(1);Rf=17;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;%勵磁電阻為17歐姆plot(If,Uf,'g');holdon;pause(1);Rf=10;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;%勵磁電阻為10歐姆plot(If,Uf,'g');holdon;gridon;axis([0200350]);title('勵磁電阻的影響')xlabel('If,by黃博，劉悅，宋瑞，李廣廈');ylabel('U');figure(2)%第二個圖像，并勵直流發(fā)電機的自勵過程Rf=17;If=0:0.2:25;Uf=Rf*If;plot(If,Uf,'g');%畫勵磁回路電阻線text(8.5,145,'勵磁回路電阻線','Fontsize',8);axis([0250350]);holdon;pause(1);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-.');%畫空載特性曲線axis([0250350]);pause(0.002);endtext(20,293,'空載特性曲線','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%畫勵磁過程變化線fori=1:k;plot([I_tx(i),If_tx(i)],[U_tx(i),Uf_tx(i)],'LineStyle','-');axis([0250350]);%畫水平自勵線holdonpause(0.2);plot([If_tx(i),I_tx(i+1)],[Uf_tx(i),U_tx(i+1)],'LineStyle','-');axis([0250350]);%畫垂直自勵線holdonpause(0.2);if((abs(Uf_tx(i)-Uf_tx(i+1))<0.001))%到達平衡點后退出循環(huán)break;endendtext(8.5,211,'自勵過程','Fontsize',8);gridon;axis([0250350]);title('并勵直流發(fā)電機的自勵過程')xlabel('If,by黃博，劉悅，宋瑞，李廣廈');ylabel('U');實驗結(jié)果(2.5分)4.1.2單向變壓器的空載電流波形圖1磁通隨相位變化的圖像圖2磁通隨磁化電流變化的圖像圖3磁化電流和諧波隨相位的變化圖像4.2.1并勵直流發(fā)電機的自勵過程 圖4勵磁電阻對自勵過程的影響圖5并勵直流發(fā)電機的自勵過程六、心得體會(3.5分)通過這次的仿真實驗，學習到了許多，也成長了許多?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”！我參加過“全美大學生數(shù)學建模大賽”，曾經(jīng)學過一些MATLAB軟件的使用，自以為自己做這么一個“小仿真”應該是小菜一疊。但是，在實踐的過程中，發(fā)現(xiàn)自己對許多問題的理解并不深刻，經(jīng)常遇到“拿不準”的情況，還是需要反復地翻書，反復地實驗，看看波形有沒有預期的結(jié)果，這個過程其實挺痛苦的。特別是“holdon”這條命令，一開始我毫無察覺，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)波形不對，就反復地看程序，檢查是不是哪里出現(xiàn)了語法錯誤或者更加隱蔽的邏輯錯誤，可費了九牛二虎之力還是沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，我組的全體成員都出動，最終發(fā)現(xiàn)，原來沒有“holdon”。我想，以后我這一輩子都不會忘記“holdon”了。但是，當看到預期的波形時，也真的很激動，這也許就是科學的魅力吧！還有另我感動的