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1、精選文檔電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱:電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目:三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速計(jì)算與仿真 院 系:電氣工程系 班 級(jí):1202303 設(shè) 計(jì) 者:孫兆晉 學(xué) 號(hào):120230318 同 組 人:李雷 李煊紅 指導(dǎo)教師:任倩 設(shè)計(jì)時(shí)間:2015.11.262015.12.5 課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)1202303學(xué) 生孫兆晉指導(dǎo)教師任倩題 目三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速計(jì)算與仿真子 題設(shè)計(jì)時(shí)間年 月 日 至 年 月 日 共 周設(shè)計(jì)要求一臺(tái)繞線式異步電動(dòng)機(jī),Y/y連接,已知數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)內(nèi)容:1. 若維持轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)速下降到1000r/min,采用調(diào)壓調(diào)速方式并計(jì)算其參數(shù),做出機(jī)械特性圖,分析能量的傳遞。用SIMULK設(shè)計(jì)調(diào)壓調(diào)速仿真模型。2. 若維持轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)速下降到900r/min,采用變頻調(diào)速方式并計(jì)算其參數(shù),做出機(jī)械特性圖,分析能量的傳遞。用SIMULK設(shè)計(jì)調(diào)壓調(diào)速仿真模型。3. 若維持轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩,采用串電阻調(diào)速,轉(zhuǎn)速下降到1000r/min,分析能量的傳遞。用S

3、IMULK設(shè)計(jì)調(diào)壓調(diào)速仿真模型。1 原理描述1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可由下式子給出: (1-1)根據(jù)上式,三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法通常采取以下三種:(1) 改變定子電壓的調(diào)壓調(diào)速,屬于改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速;(2) 變頻調(diào)速;(3) 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,也屬于改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速。1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在定子電壓、頻率以及參數(shù)固定的條件下,機(jī)械軸上的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。利用等效電路可以很方便地獲得各種形式的機(jī)械特性表達(dá)式。機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式如下: (1-2)上式給出了電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系,若將電磁轉(zhuǎn)矩作為橫坐標(biāo)軸,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速作為

4、縱坐標(biāo)軸,并考慮到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,則可得到三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線,如下圖所示: 圖1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線1.3 改變定子電壓的調(diào)壓調(diào)速由式(1-2)可知,僅降低定子電壓時(shí),由于同步速不變,故不同電壓下的人工機(jī)械特性均通過(guò)同步運(yùn)行點(diǎn)??紤]到最大電磁轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩皆與定子電壓的平方成正比,而產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率與無(wú)關(guān)。根據(jù)這些特點(diǎn)繪出不同定子電壓下的人工機(jī)械如下所示: 圖1.2 改變定子電壓時(shí)的人工機(jī)械特性1.4 變頻調(diào)速的原理由可知,要想確保主磁通不變即恒磁通調(diào)速,在變頻過(guò)程中,必須采用常數(shù)控制??紤]到三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電勢(shì)難以直接測(cè)量。因此,對(duì)于實(shí)際調(diào)速系統(tǒng),通常采用常數(shù)代替

5、常數(shù)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。將式(1-2)變形可得: (1-3)根據(jù)式(1-3)繪出保持常數(shù)時(shí)變頻調(diào)速的典型機(jī)械特性如下圖所示, 圖1-3 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性(常數(shù))1.5 異步電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的人工機(jī)械特性如下所示: 圖1-4 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的人工機(jī)械特性考慮到,由于電源電壓保持不變,故主磁通為定值。調(diào)速過(guò)程中,為了充分利用電動(dòng)機(jī)繞組,要保持,于是有 (1-4)由上式可得 常數(shù) (1-5)2 參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)子電感 =0.000191H定子電感 =0.000191H額定電感 =0.0115H額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩 =795.84N·m同步轉(zhuǎn)速 =1500r

6、/min額定轉(zhuǎn)差率 =0.04電磁轉(zhuǎn)矩 =876.04N·m3 調(diào)壓調(diào)速設(shè)計(jì)與仿真目的速度=1000,轉(zhuǎn)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(yīng)調(diào)整為 =121.75V3.1 能量的傳遞 圖3-1 能量流向3.2 機(jī)械特性曲線和SIMULINK仿真用m文件繪制調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性曲線如下: 圖3-2 調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性曲線用SIMULINK仿真圖形如下: 圖3-3 調(diào)壓調(diào)速仿真模型額定情況下的仿真結(jié)果: 圖3-4 額定下的仿真結(jié)果 圖3-5 定子電壓降低后的仿真結(jié)果分析:由電機(jī)原理可知,當(dāng)轉(zhuǎn)差率s基本保持不變時(shí),電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)

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(jī)械特性,從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。降壓調(diào)速需要使電機(jī)的定子電壓慢慢降低,這樣能使電機(jī)穩(wěn)定地調(diào)速到目的轉(zhuǎn)速,以上就是使用該方法仿真出來(lái)的波形。4 變頻調(diào)速設(shè)計(jì)與仿真4.1 參數(shù)計(jì)算由于轉(zhuǎn)速降,變頻調(diào)速前后不變,因此變頻后的同步速=900+60=960r/min,由得=32Hz;根據(jù)常數(shù),解得=140V4.2 變頻調(diào)速的仿真用m文件畫(huà)出的變頻調(diào)速機(jī)械特性曲線如圖所示: 圖4-1 調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性曲線SIMULINK仿真模型和前面調(diào)壓調(diào)速一樣;得到的仿真波形結(jié)果如下: 圖4-1 調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性曲線分析:變頻調(diào)速可以保證機(jī)械特性的

8、硬度基本不變,同時(shí)其轉(zhuǎn)差率s較小,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性高,調(diào)速范圍大,所以其效率較高。且由電機(jī)原理可知,變頻調(diào)速時(shí),基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式,基頻以上為恒功率調(diào)速方式。5 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速設(shè)計(jì)與仿真5.1 參數(shù)計(jì)算調(diào)速后的轉(zhuǎn)差率為 ,由=0.04,根據(jù)式子(1-5)常數(shù) ,解得,5.2 SIMULINK仿真用m文件畫(huà)出的變頻調(diào)速機(jī)械特性曲線如圖所示: 圖4-1 串電阻調(diào)速機(jī)械特性曲線SIMULINK仿真模型和得到的仿真波形結(jié)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻調(diào)速,使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大,電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。串入的電阻越大,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單,控

9、制方便,但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬于有級(jí)調(diào)速,機(jī)械特性較軟。6 總結(jié)為期兩周的電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì)終于告一段落了,在這段時(shí)間中,我學(xué)到了很多東西,有些表面上看起來(lái)比較簡(jiǎn)單的東西,實(shí)際做起來(lái)的就不像那么簡(jiǎn)單了,要考慮諸多參數(shù)的配合。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng),因?yàn)檎n題要求是調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,所以首先從查資料入手。在我看來(lái),其實(shí)這一部分也是最關(guān)鍵的,俗話說(shuō)“好的開(kāi)始是成功的一半”,而這屬于初期的準(zhǔn)備工作,是一個(gè)課程設(shè)計(jì)的切入口,所以這將會(huì)覺(jué)得我的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)角度,因此我花了大量的時(shí)間來(lái)查詢手中現(xiàn)有的資料,并且運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),搜索了相關(guān)的文獻(xiàn)。然后,我復(fù)習(xí)了Matlab/Simulink的

10、相關(guān)知識(shí)和使用方法,由于很久沒(méi)有使用類(lèi)似的軟件,所以我花費(fèi)了一段時(shí)間熟悉了Matlab/Simulink的相關(guān)使用。最后,我就進(jìn)入了真正的設(shè)計(jì)階段,我先在紙上用所知道的點(diǎn)擊數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算,分別算出了調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的相應(yīng)變量的具體參數(shù),再依照資料中的模型搭建了一個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī),然后分別通過(guò)改變電壓,改變頻率,改變轉(zhuǎn)子電阻大小的方法實(shí)現(xiàn)了調(diào)速,但是我發(fā)現(xiàn)使用計(jì)算的參數(shù)仿真出來(lái)的波形與預(yù)計(jì)的不相符,會(huì)出現(xiàn)達(dá)不到理論轉(zhuǎn)速或者超過(guò)理論轉(zhuǎn)速的情況,因此我不斷修改變量的大小,使其最后達(dá)到理論轉(zhuǎn)速。這種情況讓我意識(shí)到理論數(shù)據(jù)與實(shí)際仿真的出入,也讓我知道,在今后的學(xué)習(xí)中,一定要理論與實(shí)際相結(jié)合才能真正的搞明白所學(xué)的知識(shí)。通過(guò)這次的電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì),讓我對(duì)Matlab/Simulink模塊有了更深入的了解,對(duì)調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速和轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的各自

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