编者按:该文件被选为MATLAB中央本周精选
简介
现代电力系统是一个现代工程奇迹，为广泛的工业、商业和私人客户提供精确电压和频率要求的瞬时电力。
电力系统包括发电、输电和配电系统。
传输线是这些系统之间的连接纽带。
三相到单相电路将发电过程中的电能传输给最终用户。
电力课程向工程专业的学生介绍了解电力系统所需的概念。
通常涵盖的主题有:
- 三相电路和电力系统
- 单、三相变压器
- 直流电机和发电机
- 同步电机和发电机
- 感应电动机
电源课程的目标是提供对电机物理结构的理解，控制其运行的基本规律，外部特性，以及性能与等效电路模型之间的关系。
动力课程也有一个参加实验室，在那里工程专业的学生在电机和系统的实际操作中获得经验和直觉。
典型的实验要求学生连接电源电路，运行并记录不同参数的数据，减少数据并进行计算，然后写实验报告。
此文件交换包含8个虚拟动力实验室和相应的实验室作业。
实验室和实验室作业是模拟实际的硬件实验室操作和所需的任务。
每个实验室的设计都是为了让学生积极地研究当他们改变参数时会发生什么。
每个实验室都允许学生改变某些参数并查看结果数据。
实验作业提供了实验目标、模型描述、实验任务和分析任务。
虚拟功率实验室摘要
下面总结了虚拟实验室的描述、实验和分析任务:
三相电路实验室
描述:平衡三相电源、传输线和WYE/Delta负载
实验任务:分别运行WYE和Delta以及WYE/Delta组合变化传输线长度的负载阻抗范围模型
分析任务:使用等效电路模型来验证模型的性能，计算电路的效率，并比较交付给WYE和Delta负载的功率
三相电源实验室
描述:平衡WYE源与升压和降压变压器连接三线传输线和串联和并行RLC负载
实验任务:在真实和复杂的功率负载下，运行单独串联RLC负载和并联RLC负载的模型
分析任务:使用三相复杂功率关系来验证模型中预测的电压、电流和功率
单相变压器实验室
描述:单相交流电源，非理想变压器，负载阻抗，断路器短路和开路变压器
实验任务:运行模型的范围，真实的，反应的，和复杂的负载阻抗，并执行开和短测试
分析任务:计算每个负载的效率和电压调节，利用开/短路测试结果制定等效电路参数，使用等效电路模型验证模型的性能
三相变压器实验室
说明:平衡wye连接的三相源、三相非理想变压器和wye连接的并联RLC负载
实验任务:使用WYE-Connected和Delta-connected并联RLC负载运行模型，用于真实、无功和复杂负载，运行wye -真实负载模型，用于WYE-WYE、Delta-Delta、WYE-Delta和Delta- wye变压器连接，重复使用Delta负载
分析任务:使用手工计算和变压器等效电路模型验证模型的性能，讨论各种变压器连接如何影响效率和总输出功率
直流系列电机实验室
描述:10马力/ 1750转直流系列电机，直流端子电压和机械负载转矩可调
实验任务:调节直流电压，使其在1750 RPM下输出10hp，然后改变机械负载转矩，在改变负载转矩的同时将直流电压调整为高于或低于初始直流电压的值
分析任务:绘制转矩-速度、转矩-电枢电流和功率-速度曲线，使用电机的等效电路模型验证模型的性能，并将其与直流并联电机的曲线进行比较
直流并联电机实验室
描述:10马力/ 1750转直流分流电机，可调直流端子电压和机械负载转矩
实验任务:调节直流电压，使其在1750 RPM下输出10hp，然后改变机械负载转矩，在改变负载转矩的同时将直流电压调整为高于或低于初始直流电压的值
分析任务:绘制转矩-转速、转矩-电枢电流和功率-转速曲线，使用电机的等效电路模型验证模型的性能，并将其与直流串联电机开发的曲线进行比较
同步发电机的实验室
描述:WYE-Connected, 10.2 kVA, 460 V rms, 60 Hz, 1800 RPM发电机，可调直流场电压和发电机转速，三相并联RLC负载阻抗，三相断路器
实验任务:进行开路和短路测试，运行感性复负载和容性复负载模型
分析任务:绘制开、短路特性图，确定同步电抗，利用发电机等效电路和潮流模型验证模型性能
同步电机实验室
描述:
wye连接，10.2 kVA, 762 V rms, 60 Hz, 1800 RPM，凸极转子电机，平衡三相源，可调直流场电压和机械负载
实验任务:设置恒定的直流电场电压和变化的机械负载，记录感应转矩、电枢电流和转矩角，设置恒定的机械负载
分析任务:绘制表示三种负载条件的相量图，以确定负载变化的影响，绘制具有不同场电流的恒定机械负载的相量图，以确定场电流变化的影响，绘制电机的v曲线和功率因数与场电流的关系
请注意
- 如果Delta连接将传感器隔离在不接地的网络之间，则三相电源实验室将出错。变压器和负载使用接地的WYE连接
- 直流电机实验室可以运行超过电机失速转矩，导致负功率和转速。
- 电机和发电机型号不考虑摩擦和风力损失
致谢
感谢MathWorks的Chad Allie、欧洲经济学院毕业生Britney Baxter和欧洲经济学院研究生Thomas Reid的贡献
引用作为
道格拉斯Jusssaume(2022)。电气工程虚拟电机与动力实验室“，(//www.ru-cchi.com/matlabcentral/fileexchange/97027-electrical-engineering-virtual-electric-machine-power-labs)， MATLAB中央文件交换。检索．
Bhag S. Guru和Huseyin R. Hiziroglu:电机和变压器，第三版，牛津大学出版社，牛津，2001年。Prabha Kindur:电力系统稳定性和控制，McGraw-Hill，纽约，1994年
1 -三相电路实验室
2 -单相变压器实验室
3 -直流并联电机实验室
4 -同步发电机实验室
5 -直流系列电机实验室
6 -三相变压器实验室
7 -同步电机实验室
8 -三相电源实验室
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