中南大学电气工程基础课程设计

前言：电力电子课程设计的意义：电力电子课程设计是电气工程及其自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，复习巩固本课程及其他课程的有关内容，对学生的实践能力的培养和实践技能的训练具有相当重要的意义。

通过设计获得电力电子技术必要的基本理论、基本分析方法以及基本技能的培养和训练，为学习后续课程以及从事与电气工程及其自动化专业有关的技术工作和科学研究打下一定的基础，也便于学生加深理解和灵活运用所学的理论，提高学生独立分析问题、解决问题的能力，为毕业后的工程实践打下良好的基础。

直流斩波可逆调速系统简介：自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器----直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统或直流PWM调速系统。

与V—M系统相比，PWM系统在很多方面有较大的优越性：1.主电路简单，需用的功率器件少；2.开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都比较小；3.低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；4.若是与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强；5.功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率高；6.直流电流采用不控整流，电网功率因素比相控整流器高。

由于以上优点直流PWM系统应用日益广泛，特别是在中小容量的高动态性能系统中，已完全取代了V—M系统。

为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行，且经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。

目录：一、课程设计内容与要求 (3)二、主电路 (4)2.1 主电路的设计 (4)2.2主电路器件选择与参数计算 (7)2.2.1电动机参数计算 (7)2.2.2整流电路变压器的选择 (8)2.2.3电力二极管参数 (9)2.2.4滤波电容选择 (9)2.2.5 MOSFET的选择 (9)2.2.6续流二极管的选择 (10)2.2.7主电路电感的选择 (10)三、缓冲电路与保护电路 (11)3.1 缓冲电路 (11)3.11缓冲电路设计 (11)3.1.2缓冲电路元件选择 (13)3.2保护电路 (14)四、驱动电路 (16)五、控制策略的选择 (20)5.1系统的控制方式 (20)5.2 H型变换器的控制方式选择 (22)5.3控制电路设计 (24)5.3.1转速调节器， (24)5.3.2电流调节器 (25)5.3.3PWM波发生器 (26)六、系统工作原理分析 (27)七、波形分析与MATLAB 仿真 (28)八、总结 (33)九、参考文献 (34)十、附图 (35)一、课程设计内容与要求题目：直流斩波可逆调速系统的设计1.直流电动机的参数：P=1.5KW, U=220V, I=8.7A, N=1500; 他逆，励磁电压U=200V, 电动机最大起动电流倍数1.52.设计内容①主回路设计，参数计算，开关器件选择；②缓冲电路及保护电路的设计和元件的选择；③驱动电路的设计；④控制策略选择；⑤系统工作原理分析及波形分析。

前言《电气工程基础》是我校电气自动化专业新开设的专业基础课程之一，而本次课程设计是在学习完《电气工程基础》这门课程后一个重要性的实践性教学环节。

目的是让我们更多的接近实践。

在大三第一学期的《电气工程基础》理论课程中，我们学习了工厂电力负荷及其计算，短路电流及其计算，工厂变配电所及其一次系统，工厂的电力线路，二次回路和电力装置等方面的知识。

通过该课程设计可以进一步对所学知识的掌握，了解变电所的基本原理和设计方法，培养独立分析问题和解决问题的能力。

并对电力行业中的相关常识得到了解，同时对电力行业的各种绘图工具有所了解，训练作为一名电气工程师在各个方面的综合能力，为今后在工作岗位上奠定扎实的基础。

本次课程设计是对某轧钢车间降压变电所的电气设计，根据本车间所取得的电源及本车间用电负荷实际情况，并适当考虑到车间生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求。

确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定机电保护装置，确定防雷和接地装置等。

按照国家标准进行该降压变电所的电气设计。

要求做到安全、可靠、优质、经济的基本要求。

并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要。

在设备及材料的选择上还要注意电能和有色金属的节约等问题。

由于对专业知识还是刚接触，学得也还不扎实，设计当中不免存在各种未考虑实际情况的问题，敬请老师和读者理解并批评指正，本人不胜感激。

目录前言第一章设计任务 (3)1.1 设计题目 (3)1.2 设计目的与要求 (3)第二章负荷计算和无功功率补偿 (5)2.1负荷计算和无功功率计算 (5)2.2全厂负荷计算 (7)2.3无功功率补偿 (8)2.4 全厂年耗电量计算 (10)第三章变电所主变压器及主接线方案的设计 (11)3.1 变电所主变压器的选择 (11)3.1 变电所主接线方案的选择 (12)3.1 主接线方案的技术经济比较.......................................................... 错误！未定义书签。

电气工程工程基础上册课程设计1. 简介本课程设计旨在帮助学生巩固电气工程上册所学的基础知识，提高其自主设计和解决实际问题的能力。

设计内容涵盖了电路分析、电机原理、电力系统、电力电子等方面的知识点。

学生将会利用这些知识点，完成一个完整的电气系统设计项目，包括设计计算、电路仿真、元器件选型等方面。

2. 设计目标本课程设计的目标是：1.帮助学生巩固电气工程上册所学知识点。

2.提高学生的系统设计和分析能力。

3.培养学生实践操作、问题解决和团队合作的能力。

3. 设计内容本课程设计分为三个部分：3.1. 第一部分：电路分析设计学生将利用课堂上学到的基本电路分析方法，设计一组系列电路，并对其进行仿真。

设计内容包括：1.串联电路和并联电路的组合。

2.电流和电压的计算。

3.电路中元器件的选型。

4.仿真电路的建模和分析。

通过这个环节，学生将熟悉基础电路分析方法，并学会使用仿真软件进行电路的建模和分析。

3.2. 第二部分：电路实验设计学生将通过实验室实践，对电路仿真结果进行验证。

实验内容包括：1.电源的选型。

2.电路元器件的连线和焊接。

3.电路电流和电压的测量。

4.快速电路保护电路的设计。

通过实验操作，学生将掌握电路实验操作技能和错误排除方法，加深对电路元器件的了解和选型。

3.3. 第三部分：项目设计学生将选择一个具体的电气系统设计项目，并完成设计、仿真和实验。

具体内容包括：1.项目的背景和需求分析。

2.项目的具体设计方案。

3.仿真和验证设计的正确性。

4.选用合适的元器件并进行立体布局。

5.完成实验并进行对比分析。

通过这个项目设计，学生将深化对电气系统的理解和应用，培养解决实际问题的能力，并提高团队合作和沟通的能力。

4. 教学方法本课程设计采用教师主导和学生自主合作的教学方法。

在教师引领下，学生自主分组完成设计任务。

课堂教学将主要包括以下方面：1.理论讲解：通过讲授相关电气工程知识，帮助学生理解和掌握设计的相关知识点。

电气工程基础课程设计实验报告学院：课题：某小型轧钢车间供电系统设计班级：学号：姓名：指导老师：目录第一章设计题目与原始资料 (3)第二章负荷和无功功率的计算与补偿 (7)第三章变电所主变压器台数、容量类型的选择 (15)第四章变电所主接线方案的设计 (17)第五章高、低压电力网导线型号及截面的选择 (24)第六章短路电流的计算 (29)第七章变电所一次设备的选择与校验 (33)第八章低压干线、支线上的熔丝及型号的选择 (34)课设感悟 (36)参考文献 (37)第一章设计题目与原始资料1.1 设计题目某小型轧钢车间供电系统设计1.2 原始资料（1）小型轧钢车间用电设备一览表小型轧钢300型车间用电设备一览表（2）小型轧钢车间平面图（附图3）全部为二级负荷（3）该车间年最大有功负荷利用小时数T max=6500小时（4）电源条件该车间由本厂总降压变电所提供两回电源，总降压由地区变电所提供电源，电气接线图及主要参数如图一所示：轧钢车间变电所距总降压变电所电气距离按1.5km考虑。

地区变电所35kV 侧母线发生三相短路时（5） 该厂所在地区的气象及其他有关资料：a. 要求车间变电所低压侧的功率因数为0.85。

高压侧功率因数为0.95。

b. 年平均温度及最高温度1.3 要求设计内容（1） 计算小型轧钢车间总负荷及确定为提高功率因数所需的补偿容量。

（2） 选择小型轧钢车间变压器的台数和容量。

MVAsd P 400)3( 最热月平均最高温度 年平均温度 最热月土壤平均温度 35℃18℃30℃地区变电所U p =35KV 总降压变电所 U =10KV 去轧钢车间轧钢图一 电力系统结构图（3）选择和确定小型轧钢车间供电系统（包括高、低压供电电压，高、低压供电系统图，车间低压电力网接线）。

（4）选择该车间高低压电力网的导线型号及截面。

（5）选择高低压供电系统一次元件（包括校验）。

（6）选择低压干线、支线的熔丝及型号。

电气工程学校课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握电气工程基础理论知识，包括电路分析、电磁场、电机原理等。

2. 使学生了解电气设备的工作原理，如变压器、发电机、电力线路等。

3. 帮助学生掌握电气工程相关领域的专业知识，如电力系统、电力电子、自动控制等。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决电气工程实际问题的能力。

2. 提高学生动手实践能力，能熟练操作电气设备，进行简单故障排查与维修。

3. 培养学生团队协作和沟通能力，能在项目中与他人有效配合。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对电气工程的兴趣，培养其热爱科学、追求创新的精神。

2. 培养学生具备良好的职业道德，遵循电气工程领域的规范和标准。

3. 增强学生的环保意识，使其关注电气工程领域对环境的影响，并积极采取相应措施。

课程性质：本课程为电气工程专业核心课程，旨在培养学生具备扎实的电气工程理论基础和较强的实践能力。

学生特点：学生具备一定的物理和数学基础，对电气工程有一定了解，但对实际应用和新技术感兴趣。

教学要求：结合课程性质、学生特点和教学目标，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。

通过课程学习，使学生能够达到上述具体的学习成果。

后续教学设计和评估将以此为基础，确保教学目标的实现。

二、教学内容1. 电路分析：包括基本电路元件、电路定律、交流电路分析、瞬态分析等，以教材第一章至第三章内容为基础。

2. 电磁场：涉及电磁场基本理论、麦克斯韦方程、电磁波传播等，对应教材第四章。

3. 电机原理：介绍电机的基本结构、工作原理、特性分析等，以教材第五章内容为主。

4. 电气设备：包括变压器、发电机、电力线路等设备的工作原理、结构及运行维护，参考教材第六章。

5. 电力系统：讲解电力系统的基本概念、组成、稳定性分析等，对应教材第七章。

6. 电力电子：涵盖电力电子器件、变换器、控制技术等，以教材第八章内容为参考。

7. 自动控制：介绍自动控制原理、控制系统设计、控制器应用等，对应教材第九章。

电气工程的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电气工程的基本概念、原理和常用术语；2. 掌握电路分析方法，如欧姆定律、基尔霍夫定律等；3. 了解电气设备的工作原理和电气系统的组成；4. 熟悉电气安全知识和电磁兼容性原理。

技能目标：1. 能够运用所学知识分析、设计简单的电路图；2. 能够使用常用电工工具和仪器进行简单电气设备的安装与调试；3. 能够解决实际电气工程问题，具备一定的故障排查能力；4. 能够阅读和理解电气工程图纸，具备一定的工程实践能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电气工程的兴趣和热爱，激发其学习积极性；2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力，提高其解决实际问题的能力；3. 增强学生的安全意识，使其养成良好的工程伦理道德观念；4. 培养学生的创新意识，鼓励其敢于尝试，勇于实践。

本课程针对高中年级学生，结合电气工程学科特点，注重理论知识与实践技能的结合，旨在提高学生的电气工程素养，为未来进一步学习和从事相关领域工作打下坚实基础。

在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探索，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。

二、教学内容1. 电气工程基本概念：包括电流、电压、电阻、电路等基本术语，以及电路的类别和电气元件的介绍。

教材章节：第一章 电气工程基础2. 电路分析方法：讲解欧姆定律、基尔霍夫定律，以及串并联电路的分析方法。

教材章节：第二章 电路分析方法3. 电气设备与系统：介绍常用电气设备的工作原理、电气系统的组成，如发电机、变压器、电动机等。

教材章节：第三章 电气设备与系统4. 电气安全与电磁兼容：讲解电气安全知识、电磁兼容性原理及相关防护措施。

教材章节：第四章 电气安全与电磁兼容5. 实践操作：组织学生进行简单电路图的绘制、电气设备的安装与调试，以及故障排查等实践活动。

教材章节：第五章 实践操作6. 电气工程图纸阅读：培养学生阅读和理解电气工程图纸的能力，包括电路图、安装图等。

电气工程基础课程设计题目：110kV降压变电站电气系统初步设计学生姓名：林俊杰专业：电气工程及其自动化班级：电气0906班学号：200911914指导教师：罗毅目录变电站电气系统课程设计说明书一、概述1、设计目的————————————————————————————2、设计内容3、设计要求二、设计基础资料1、待建变电站的建设规模2、电力系统与待建变电站的连接情况3、待建变电站负荷三、主变压器与主接线设计1、各电压等级的合计负载及类型2、主变压器的选择四、短路电流计算1、基准值的选择2、一、概述1、设计目的（1）复习和巩固《电气工程基础》课程所学知识。

（2）培养和分析解决电力系统问题的能力。

（3）学习和掌握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法。

2、设计内容本课程设计只作电气系统的初步设计，不作施工设计和土建设计。

（1）主变压器选择：根据负荷主变压器的容量、型式、电压等级等。

（2）电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性。

（3）短路电流计算：电力系统侧按无限大容量系统供电处理；用于设备选择时，按变电所最终规模考虑；用于保护整定计算时，按本期工程考虑；举例列出某点短路电流的详细计算过程，列表给出各点的短路电流计算结果S k、I”、I∞、I sh、T eq（其余点的详细计算过程在附录中列出）。

（4）选择主要电气设备：断路器、隔离开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈。

每类设备举例列出一种设备的详细选择过程，列表对比给出选出的所有设备的参数及使用条件。

（5）编写“××变电所电气部分设计”说明书，绘制电气主接线图（＃2图纸）3、设计要求（1）通过经济技术比较，确定电气主接线；（2）短路电流计算；（3）主变压器选择；（4）断路器和隔离开关选择；（5）导线（母线及出线）选择；（6）限流电抗器的选择（必要时）。

（7）完成上述设计的最低要求；（8）选择电压互感器；（9）选择电流互感器；（10）选择高压熔断器（必要时）；（11）选择支持绝缘子和穿墙套管；（12）选择消弧线圈（必要时）；（13）选择避雷器。

1 引言1.1 设计目的通过本课程设计，巩固和加深在《电力系统基础》和《电力系统分析》课程中所学的理论知识，基本掌握变电所电气部分设计的一般方法，提高电气设计的设计能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。

1.2 设计要求设计要要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求、确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

1.3 设计依据1）工厂总平面图如图1.1所示图1.1 XX机械工厂总平面图2）工厂负荷情况厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时数为4500h，日最大负荷持续时间为6h。

该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。

低压动力设备均为三相，额定电压为380V。

电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。

本厂的负荷统计资料如表1-1所示。

表1.1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/KW需要系数Kd功率因数cos1 铸造车间动力360 0.3 0.65 照明7 0.8 1.02 锻压车间动力300 0.3 0.65 照明 6 0.8 1.03 金工车间动力300 0.2 0.60 照明8 0.7 1.04 工具车间动力240 0.3 0.65 照明 6 0.7 1.05 电镀车间动力230 0.6 0.80 照明7 0.7 1.06 热处理车间动力160 0.6 0.70 照明 6 0.7 1.07 装配车间动力140 0.4 0.70 照明7 0.7 1.08 机修车间动力150 0.2 0.65 照明 5 0.9 1.09 锅炉房动力70 0.6 0.75照明 2 0.8 1.0 10 仓库动力25 0.4 0.85照明 1 0.8 1.0 生活区照明300 0.8 0.953）供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10KV 的干线取得工作电源。