電機學課程設計

1、精選文檔電機與拖動課程設計報告課程名稱：電機與拖動課程設計 設計題目：三相異步電動機調速計算與仿真 院 系：電氣工程系 班 級：1202303 設 計 者：孫兆晉 學 號：120230318 同 組 人：李雷 李煊紅 指導教師：任倩 設計時間：2015.11.262015.12.5 課程設計（論文）任務書專 業(yè)電氣工程及其自動化班 級1202303學 生孫兆晉指導教師任倩題 目三相異步電動機調速計算與仿真子 題設計時間年 月 日 至 年 月 日 共 周設計要求一臺繞線式異步電動機，Y/y連接，已知數據為：額定功率PN = 120kW，f = 50 Hz，2p =4，Un = 380 V，nN

2、= 1440r/min，R1 =0.02，R2 =0.04 ，x1 = x2=0.06，xm = 3.6，ki = ke = 2，忽略鐵耗。試求：設計內容：1. 若維持轉軸上的負載轉矩為額定轉矩，使轉速下降到1000r/min，采用調壓調速方式并計算其參數，做出機械特性圖，分析能量的傳遞。用SIMULK設計調壓調速仿真模型。2. 若維持轉軸上的負載轉矩為額定轉矩，使轉速下降到900r/min，采用變頻調速方式并計算其參數，做出機械特性圖，分析能量的傳遞。用SIMULK設計調壓調速仿真模型。3. 若維持轉軸上的負載轉矩為額定轉矩，采用串電阻調速，轉速下降到1000r/min，分析能量的傳遞。用S

3、IMULK設計調壓調速仿真模型。1 原理描述1.1 三相異步電動機的調速三相異步電動機的轉子轉速可由下式子給出： （1-1）根據上式，三相異步電動機的調速方法通常采取以下三種：（1） 改變定子電壓的調壓調速，屬于改變轉差率的調速；（2） 變頻調速；（3） 轉子串電阻調速，也屬于改變轉差率的調速。1.2 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性是指在定子電壓、頻率以及參數固定的條件下，機械軸上的轉子轉速和電磁轉矩之間的關系。利用等效電路可以很方便地獲得各種形式的機械特性表達式。機械特性參數表達式如下： （1-2）上式給出了電磁轉矩與轉差率之間的關系，若將電磁轉矩作為橫坐標軸，轉子轉速作為

4、縱坐標軸，并考慮到轉子轉速，則可得到三相異步電動機的機械特性曲線，如下圖所示： 圖1.1 三相異步電動機的機械特性曲線1.3 改變定子電壓的調壓調速由式（1-2）可知，僅降低定子電壓時，由于同步速不變，故不同電壓下的人工機械特性均通過同步運行點?？紤]到最大電磁轉矩和啟動轉矩皆與定子電壓的平方成正比，而產生所對應的臨界轉差率與無關。根據這些特點繪出不同定子電壓下的人工機械如下所示： 圖1.2 改變定子電壓時的人工機械特性1.4 變頻調速的原理由可知，要想確保主磁通不變即恒磁通調速，在變頻過程中，必須采用常數控制?？紤]到三相異步電動機的定子電勢難以直接測量。因此，對于實際調速系統(tǒng)，通常采用常數代替

5、常數實現變頻調速。將式（1-2）變形可得： （1-3）根據式（1-3）繪出保持常數時變頻調速的典型機械特性如下圖所示， 圖1-3 三相異步電動機變頻調速時的機械特性（常數）1.5 異步電動機串電阻調速三相繞線式異步電動機轉子串電阻的人工機械特性如下所示： 圖1-4 異步電動機轉子串電阻的人工機械特性考慮到，由于電源電壓保持不變，故主磁通為定值。調速過程中，為了充分利用電動機繞組，要保持，于是有 （1-4）由上式可得 常數 （1-5）2 參數計算轉子電感 =0.000191H定子電感 =0.000191H額定電感 =0.0115H額定負載轉矩 =795.84N·m同步轉速 =1500r

6、/min額定轉差率 =0.04電磁轉矩 =876.04N·m3 調壓調速設計與仿真目的速度=1000，轉差率=0.33，由 =1 （3-1） 得到N·m再由 =0.0591 （3-2）得定子相電壓應調整為 =121.75V3.1 能量的傳遞 圖3-1 能量流向3.2 機械特性曲線和SIMULINK仿真用m文件繪制調壓調速機械特性曲線如下： 圖3-2 調壓調速機械特性曲線用SIMULINK仿真圖形如下： 圖3-3 調壓調速仿真模型額定情況下的仿真結果： 圖3-4 額定下的仿真結果 圖3-5 定子電壓降低后的仿真結果分析：由電機原理可知，當轉差率s基本保持不變時，電動機的電磁轉

7、矩與定子電壓的平方成正比。因此，改變定子電壓就可以得到不同的人為機械特性，從而達到調節(jié)電動機轉速的目的。降壓調速需要使電機的定子電壓慢慢降低，這樣能使電機穩(wěn)定地調速到目的轉速，以上就是使用該方法仿真出來的波形。4 變頻調速設計與仿真4.1 參數計算由于轉速降，變頻調速前后不變，因此變頻后的同步速=900+60=960r/min，由得=32Hz；根據常數，解得=140V4.2 變頻調速的仿真用m文件畫出的變頻調速機械特性曲線如圖所示： 圖4-1 調壓調速機械特性曲線SIMULINK仿真模型和前面調壓調速一樣；得到的仿真波形結果如下： 圖4-1 調壓調速機械特性曲線分析：變頻調速可以保證機械特性的

8、硬度基本不變，同時其轉差率s較小，轉速穩(wěn)定性高，調速范圍大，所以其效率較高。且由電機原理可知，變頻調速時，基頻以下為恒轉矩調速方式，基頻以上為恒功率調速方式。5 轉子串電阻調速設計與仿真5.1 參數計算調速后的轉差率為 ，由=0.04，根據式子（1-5）常數 ，解得，5.2 SIMULINK仿真用m文件畫出的變頻調速機械特性曲線如圖所示： 圖4-1 串電阻調速機械特性曲線SIMULINK仿真模型和得到的仿真波形結果如下： 圖4-1 串電阻仿真模型及其仿真波形分析：異步電動機轉子串入附加電阻調速，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行。串入的電阻越大，電動機的轉速越低。此方法設備簡單，控

9、制方便，但轉差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬于有級調速，機械特性較軟。6 總結為期兩周的電機學課程設計終于告一段落了，在這段時間中，我學到了很多東西，有些表面上看起來比較簡單的東西，實際做起來的就不像那么簡單了，要考慮諸多參數的配合。對于整個系統(tǒng)，因為課題要求是調壓調速、變頻調速和轉子串電阻調速，所以首先從查資料入手。在我看來，其實這一部分也是最關鍵的，俗話說“好的開始是成功的一半”，而這屬于初期的準備工作，是一個課程設計的切入口，所以這將會覺得我的設計思路和設計角度，因此我花了大量的時間來查詢手中現有的資料，并且運用網絡數據，搜索了相關的文獻。然后，我復習了Matlab/Simulink的

10、相關知識和使用方法，由于很久沒有使用類似的軟件，所以我花費了一段時間熟悉了Matlab/Simulink的相關使用。最后，我就進入了真正的設計階段，我先在紙上用所知道的點擊數據進行相關計算，分別算出了調壓調速、變頻調速和轉子串電阻調速的相應變量的具體參數，再依照資料中的模型搭建了一個三相異步電動機，然后分別通過改變電壓，改變頻率，改變轉子電阻大小的方法實現了調速，但是我發(fā)現使用計算的參數仿真出來的波形與預計的不相符，會出現達不到理論轉速或者超過理論轉速的情況，因此我不斷修改變量的大小，使其最后達到理論轉速。這種情況讓我意識到理論數據與實際仿真的出入，也讓我知道，在今后的學習中，一定要理論與實際相結合才能真正的搞明白所學的知識。通過這次的電機學課程設計，讓我對Matlab/Simulink模塊有了更深入的了解，對調壓調速、變頻調速和轉子串電阻調速的各自