電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì)

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