基于MATLAB平台的交流绕组磁势分析及动画CAI设计研究

摘要

电机学是电气工程专业的一门重要专业基础课，集理论性、实践性、综合性及应用性于一体，普遍认为是一门比较难教和难学的课程。究其原因是其内容涉及到电、磁、机械及热等多学科知识，既要阐述基础理论，又有综合应用特点;且很多现象不能被精确描述，更难以直观显示。为此，本文在交流绕组理论分析的基础上，就绕组磁势的表达式、分析方法及磁势波形和空间矢量的动画演示等问题，进行了较深入和系统的研究。 首先，本文就《电机学》中的绕组磁势教学内容及动画演示的必要性进行了阐述，并就绕组磁势动画CAI研究现状进行了综述。然后，较全面和系统的推导了不同情形的绕组磁势表达式，包括单相绕组和三相绕组、三相绕组对称或不对称、三相电流对称或不对称，并就不对称绕组磁势谐波进行了编程分析。最后，就磁势空间分布诸多表述形式，如空间阶梯波、基波和谐波、正弦波的矢量表示;圆形旋转磁势或椭圆形旋转磁势，三相绕组Y接或△接一相电源断线或一相绕组断线后的磁势，同步电机转子励磁磁势及电枢绕组磁势等，进行了基于MATLAB-GUI的动画演示。 本文的特点（创新点）在于:1）绕组磁势解析表达式的推导，概念清晰、层次分明、内容丰富。单个线圈磁势在空间呈矩形波分布、波形脉振，多个线圈或一相绕组或三相绕组磁势的阶梯波特点;单相绕组磁势的脉振及三相绕组磁势的圆形旋转或椭圆形旋转等诸多内容，都做了较详细的阐述，且通俗易懂。特别是，关于三相绕组Y接或△接一相电源断线或一相绕组断线后的磁势，用了两种方法进行分析，即一是根据“断线”后三相绕组电流的关系直接进行磁势表达式的推导;二是应用对称分量法将断线后的三相不对称电流分解为三个序分量，然后，分别求取磁势表达式。2）磁势的动画演示，形式多样、形象逼真、操作简便。磁势动画演示包括:空间阶梯波（实际波形）、基波及主要谐波;正弦波的空间矢量表示、空间矢量运动的圆形轨迹（圆形旋转磁势）或椭圆形轨迹（椭圆形旋转磁势）;三相绕组Y接或△接一相电源断线或一相绕组断线后的磁势;同步电机的励磁磁势及基于双反应理论分解后的电枢反应磁势的两个分量等。给出的动画演示操作界面简洁明了，人机互动性良好。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2交流绕组磁势分析方法综述

1．3交流绕组磁势计算机辅助教学软件(CAI)研究现状

1．4本文完成的主要内容

第二章交流绕组磁势分析

2．1单相绕组磁势

2．1．1单个整距线圈磁势

2．1．2 q个整距线圈(极相组)磁势

2．1．3双层短距分布绕组磁势(一相绕组磁势)

2．2三相对称绕组通入三相对称电流产生的磁势

2．2．1磁势基波

2．2．2磁势谐波

2．2．3实例分析

2．3三相对称绕组通入三相不对称电流产生的磁势

2．3．1磁势表达式

2．3．2相关结论

2．4三相不对称绕组通入三相对称电流产生的磁势

2．4．1短距线圈的磁势

2．4．2定子绕组磁势

2．4．3实例分析

2．5异步电机Y接或△型接绕组—相断线磁势

2．5．2△接绕组—相断线

2．5．3用对称分量法分析绕组—相断线时的磁势

2．6凸极同步电机励磁磁势和电枢反应磁势

第三章基于MATLAB-GUI的磁势动画CAI设计

3．2磁势动画CAI

3．2．1操作界面的设计

3．2．2磁势动画演示编程思路

4．1概述

4．2单相绕组脉振磁势

4．2．1动画设计简介

4．2．2动画演示

4．3三相对称绕组通入三相对称电流

4．3．1动画设计简介

4．3．2动画演示

4．4三相对称绕组通入三相不对称电流

4．4．1动画设计简介

4．4．2动画演示

4．5三相不对称绕组通入三相对称电流

4．6异步电机绕组—相断线磁势

4．6．1 Y接绕组—相断线磁势

4．6．2△接绕组—相电源断线磁势

4．6．3△接绕组—相绕组断线磁势

4．7凸极同步电机励磁磁势和电枢反应磁势

第五章全文总结与展望

参考文献

致谢

附录