摘 要：變壓器、直流電機和感應(yīng)電機是電機學(xué)課程學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。利用MATLAB編程對電機學(xué)課程中難重點問題進行分析和求解，加深對電機學(xué)課程中難重點的理解和掌握。既可以實現(xiàn)電機學(xué)課程教學(xué)目的，又可以提高學(xué)生對電機學(xué)課程學(xué)習(xí)的興趣。

關(guān)鍵詞：MATLAB 電機學(xué) 編程

中圖分類號：TM32 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）01（a）-0135-02

在MATLAB軟件平臺上，通過編制各種語句來實現(xiàn)所需要的計算機輔助分析工作，所有的復(fù)雜工作需要編程者自己完成。如進行動畫演示，需要編程者通過各種語句自己設(shè)計演示方案，畫出演示目標，完成演示過程。如果是進行數(shù)值積分，那需要編程者根據(jù)標準算法自己編制相應(yīng)的子程序來完成。在電機學(xué)中，編程方式適用于進行所有的計算機輔助分析和仿真。以單相變壓器外特性分析、并勵直流發(fā)電機的自勵過程和感應(yīng)電機的起動過程為例進行分析。

1 單相變壓器外特性分析

變壓器一次側(cè)接額定電壓，二次側(cè)空載時的電壓就是額定電壓。當二次側(cè)接入負載后，即使一次側(cè)電壓不變，二次側(cè)的電壓也不再是額定值，變化后的電壓大小與負載電流、負載性質(zhì)和短路阻抗參數(shù)有關(guān)。表征該變化的物理量就是電壓變化率。根據(jù)電機學(xué)理論，電壓變化率為：

式中為 負載電流的標么值；

為 短路電阻、短路電抗的標么值；

為 負載的功率因數(shù)角。

根據(jù)上式，即使負載電流和變壓器短路參數(shù)不變，負載性質(zhì)發(fā)生變化，那么電壓變化率也會發(fā)生變化，進而影響輸出電壓的大小。一般地，該變化規(guī)律為：對阻性負載，=0，必然有>0，<1；對感性負載，>0，也必然有>0，而且數(shù)值比阻性的要大，<1；對容性負載，<0，則可能出現(xiàn)<0，>1。

一臺單相變壓器，已知短路阻抗參數(shù)為。圖1所示為該變壓器不同負載性質(zhì)時輸出特性的變化規(guī)律。

2 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：電機的主磁路有剩磁；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。

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。動態(tài)的過程就是在空載特性和勵磁回路電阻線之間反復(fù)迭代，最后得到穩(wěn)態(tài)交點。

并勵直流發(fā)電機的空載特性數(shù)據(jù)如表1所示。

通過MATLAB編程可以顯示其自勵過程及勵磁電阻的影響，如圖2所示。

3 感應(yīng)電機的起動過程

感應(yīng)電機的定子是三相對稱交流繞組，形成同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的多極對稱磁場。感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子上是無源結(jié)構(gòu)，通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于其原理的特殊性，感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一定是小于同步轉(zhuǎn)速，其差值就是轉(zhuǎn)差率。

感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子上用得最多的是籠型結(jié)構(gòu)，本質(zhì)也是多相對稱交流繞組。通過屏幕圖形的直觀顯示，可以加深對感應(yīng)電機原理的理解。

有一臺感應(yīng)電機，定子繞組4極，轉(zhuǎn)子籠條24根。其起動過程原理演示如圖3所示。

4 結(jié)語

利用MATLAB強大的計算編程功能，通過對單相變壓器外特性分析、并勵直流發(fā)電機的自勵過程和感應(yīng)電機的起動過程的分析，對電機學(xué)課程中的難重點問題進行分析和求解，既簡化了分析和求解的過程，又加深了學(xué)生對難重點的掌握和理解。同時，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)電機學(xué)課程的主動性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)電機學(xué)的興趣，實現(xiàn)了電機學(xué)課程學(xué)習(xí)的目的。

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