電力拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書學(xué)生姓名：謝海椿學(xué)號(hào)：學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化題目：交流電動(dòng)機(jī)工作特性仿真轉(zhuǎn)速特性指導(dǎo)教師： 王建萍職稱 : 工程師2011年 12 月 31日中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書11/12 學(xué)年第 1 學(xué)期學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)生姓名：謝海椿學(xué)號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目：交流電動(dòng)機(jī)工作特性仿真分析轉(zhuǎn)速特性起迄日期： 12 月 31 日 01 月 06 日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：校內(nèi)指導(dǎo)教師：王建萍系主任：王忠慶下達(dá)任務(wù)書日期:2011 年 12 月 31 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1設(shè)計(jì)目的：掌握交流電動(dòng)機(jī)的工作特性，對(duì)其中的轉(zhuǎn)速特性進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，并用MATLAB進(jìn)行轉(zhuǎn)速特性的仿真，并

2、得出仿真結(jié)論。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1. 對(duì)所學(xué)交流電動(dòng)機(jī)的知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)，重點(diǎn)掌握交流電動(dòng)機(jī)的工作特性中的轉(zhuǎn)速特性。2. 學(xué)習(xí) MATLAB 語(yǔ)言，運(yùn)行 M 文件的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)速特性的仿真。3. 得出仿真的結(jié)果。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(論文 )、圖紙、實(shí)物樣品等：1. 查閱資歷料，掌握原理。2. 說(shuō)明原理，編寫程序進(jìn)行仿真，得出結(jié)果。3. 撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。4主要參考文獻(xiàn)：1 趙耀霞 . 電機(jī)學(xué)與電力拖動(dòng)技術(shù) . 北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2009.2 王中鮮 .MATLAB建模與仿真應(yīng)用 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2010.

3、3 潘曉晟 .MATLAB電機(jī)仿真精華 50 例 . 北京：電子工業(yè)出版社， 2007.5設(shè)計(jì)成果形式及要求：課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1 份設(shè)計(jì)原理分析 1 份仿真結(jié)果 1 份.6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2011 年 12 月 31 日 2012 年 01 月 02 日收集整理資料 , 學(xué)習(xí) MATLAB確定方案2012 年 01 月 03 日 2012 年 01 月 05 日設(shè)計(jì)并完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書.2012 年 01 月 06 日答辯系主任審查意見：簽字：年月日一、原理闡述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是一類重要的交流電機(jī)。它在正常電動(dòng)運(yùn)行時(shí)主要是通過(guò)定子對(duì)轉(zhuǎn)子之間的電磁感應(yīng)，使轉(zhuǎn)子獲得進(jìn)行正常運(yùn)行所需的電流和轉(zhuǎn)矩。眾所周知，交流

4、電的一個(gè)重要指標(biāo)是交流電的頻率，一般來(lái)講，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與供給它進(jìn)行工作的交流電的頻率不保持同步的關(guān)系。因此，從這個(gè)意義上講，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又常常被稱作異步電動(dòng)機(jī)。三相異步電機(jī)是重要的異步電動(dòng)機(jī)。三相定子繞組通過(guò)三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)電流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n1 。隨著負(fù)載的增大，必須輸出較大的轉(zhuǎn)矩以維持電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，這樣，就會(huì)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速度略有降低。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試和分析后，可以得出輸出功率P2 的增大與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n 的降低近似為線性關(guān)系nf （ P2）。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度(

5、 又稱同步轉(zhuǎn)速 )n 1 為：60fn1r/minf 三相交流電的頻率；P三相電動(dòng)機(jī)的定子極對(duì)數(shù)。磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 n 1 和轉(zhuǎn)子速度 n 之差與 n 1 的比值稱為轉(zhuǎn)差率S：異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)n=0，s=1； n=n0 時(shí)， s=0；額定工況下一般s=1.56%轉(zhuǎn)子角速度 ?為：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 T 為：轉(zhuǎn)子端電磁功率 Pm 為：轉(zhuǎn)子端電磁功率與輸出功率之間的關(guān)系為：所以輸出功率P2 為：由以上式子可以得輸出功率P2 與轉(zhuǎn)速 n 的關(guān)系 nf （ P2）。選定參數(shù)為額定電壓 U1=380V，定子連接，定子電阻 R1=1.375，漏抗 X1=2.43，轉(zhuǎn)子電阻 R2=1.047，漏抗 X2=4.4，設(shè)額定負(fù)載

6、時(shí)，有轉(zhuǎn)差率 s=0.028 。計(jì)算得額定轉(zhuǎn)速 nN =1458r/min;輸出功率P2 =10027W二、程序n 與 P2 的關(guān)系：clearU1=220*sqrt(3);% 輸入電機(jī)參數(shù)Nphase=3;P=2;%極對(duì)數(shù)為 2fN=50;%交流電頻率R1=1.375;%定子端電阻X1=2.43;%定子漏抗R2=1.047;%轉(zhuǎn)子電阻X2=4.4;%轉(zhuǎn)子漏抗Xm=8.34;%勵(lì)磁漏抗omegas=2*pi*fN;% 計(jì)算電機(jī)同步速度n1=60*fN/P;forN=1:10000%轉(zhuǎn)差率計(jì)算s=N/10000;T=(Nphase*P*U12*R2/s)/(omegas*(R1+R2/s)2+(

7、X1+X2)2);%轉(zhuǎn)矩計(jì)算n=(1-s)*n1;% 轉(zhuǎn)速計(jì)算Pm=(T*2*pi*n)/60;% 轉(zhuǎn)子端功率計(jì)算P2=(1-s)*Pm;%輸出功率計(jì)算plot(P2,n)% 繪圖holdonendtitle('交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性 ')xlabel('P2/W')ylabel('n（r/min ） ')三、仿真結(jié)果仿真所得圖：n 與 P2 的關(guān)系圖n 和 T 的關(guān)系：將 n 與 P2 的關(guān)系程序中plot(P2,n)% 繪圖holdonendtitle('交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性 ')xlabel('P2/W')ylabel

8、('n（r/min ） ')改成plot(T,n)% 繪圖holdonendtitle('交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性 ')xlabel('T/N.m')ylabel('n（r/min ） ')仿真所得圖：n 與 T 的關(guān)系圖T 和 P2關(guān)系將 n 與 P2 的關(guān)系程序中plot(P2,n)% 繪圖holdonendtitle('交流電機(jī)轉(zhuǎn)速特性 ')xlabel('P2/W')ylabel('n（r/min ） ')改成plot(T,P2)% 繪圖holdonendtitle('交流電

9、機(jī)轉(zhuǎn)速特性 ')xlabel('T/N.m')ylabel('P2/W')所得仿真圖：P2和 T 的關(guān)系圖分析：1. 由 n 與 P2 的關(guān)系圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速n 為 1458r/min 時(shí)，輸出功率 P2 為 10020W，這與計(jì)算值10027W很接近，證明所得特性圖是正確的。2. 由 n 與 P2 的關(guān)系圖可知， n 從 1500r/min 降低到 1337/min 區(qū)間中，輸出功率P2 近似線性增大，這與課本結(jié)論“輸出功率P2 的增大與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 的降低近似呈線性關(guān)系”相符合。3.四、所遇問題及解決方案1. 剛拿到課程設(shè)計(jì)題目時(shí)， 打算用 SIMULI

10、NK連圖做仿真，連好圖后發(fā)現(xiàn)仿真中沒有輸出功率這一結(jié)果，遂決定用M文件做程序仿真。2. 編寫程序時(shí)不能確定轉(zhuǎn)速特性是轉(zhuǎn)速和哪個(gè)變量之間的關(guān)系，聯(lián)想到直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，套用過(guò)來(lái)便得到轉(zhuǎn)速n 和轉(zhuǎn)矩 T 的關(guān)系圖，后來(lái)發(fā)現(xiàn)課本上轉(zhuǎn)速特性是轉(zhuǎn)速與輸出功率的關(guān)系，將n 和 T 的關(guān)系程序改動(dòng)便得到n 和 P2 的關(guān)系， n 和 P2 的關(guān)系圖驗(yàn)證了 “輸出功率 P2 的增大與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 的降低近似呈線性關(guān)系” ，但圖中遞減部分是書中沒有提到的，于是建立了轉(zhuǎn)矩T 和輸出功率 P2 之間的關(guān)系，從轉(zhuǎn)矩T 和輸出功率 P2 關(guān)系圖解釋了 n 和 P2 關(guān)系圖中遞減部分。五、實(shí)驗(yàn)心得本次電拖課程設(shè)計(jì)我的研究對(duì)象交流電動(dòng)機(jī)工作特性仿真分析轉(zhuǎn)速特性，對(duì)此我結(jié)合課本知識(shí)與網(wǎng)上搜索的資料，對(duì)其原理及實(shí)現(xiàn)做出了深刻的研究和分析。我平時(shí)沒有在學(xué)習(xí)仿真軟件方面下功夫，只是在實(shí)驗(yàn)時(shí)才偶爾使用一兩次，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)開始時(shí)不知如何使用軟件，通過(guò)問同學(xué)和上網(wǎng)查資料才知道如何使用MATLAB研究我們的課程設(shè)計(jì)。在網(wǎng)上搜索資料時(shí)，查出的信息往往不是自己最想要的，所以如何在復(fù)雜浩瀚的網(wǎng)上資料中找到對(duì)自己有用的信息是一門