三相異步電動(dòng)機(jī)Matlab仿真

1、中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告題 目：三相異步電機(jī)直接啟動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯W(xué)生姓名： 潘偉鵬 系 別： 機(jī)械與電氣工程系 專業(yè)年級(jí)： 2012級(jí)電氣工程專業(yè)專升本2班 指導(dǎo)教師： 王 銘 2013年 6 月 27日中國(guó)石油大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求普通異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電流達(dá)到額定電流的6-7倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的1.25倍以上。過(guò)高的溫度、過(guò)快的加熱速度、過(guò)大的溫度梯度和電磁力，產(chǎn)生了極大的破壞力，縮短了定子線圈和轉(zhuǎn)子銅條的使用壽命。但在電網(wǎng)條件和工藝條件允許的情況下，異步電動(dòng)機(jī)也可以直接啟動(dòng)。本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)MATLAB軟件建模模擬三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的各個(gè)元器件上

2、的電量變化。參考：電力系統(tǒng)matlab仿真類書籍電機(jī)類教材二、方案設(shè)計(jì)與論證三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)就是利用開關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接到具有額定電壓的電網(wǎng)上。由電機(jī)學(xué)知三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M與直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩有相似的表達(dá)形式。它們都與電機(jī)結(jié)構(gòu)（表現(xiàn)為轉(zhuǎn)矩常數(shù)）和每級(jí)下磁通有關(guān)，只不過(guò)在三相異步電動(dòng)機(jī)中不再是通過(guò)電樞的全部電流，而是點(diǎn)數(shù)電流的有功分量。三相異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為： （1-1）式中轉(zhuǎn)矩常數(shù)每級(jí)下磁通轉(zhuǎn)子功率因數(shù)式(1-1)表明，轉(zhuǎn)子通入電流后，與氣隙磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力，因此，反映了電機(jī)中電流、磁場(chǎng)和作用力之間符合左手定則的物理關(guān)系，故稱為機(jī)械特性的物理表達(dá)式

3、。該表達(dá)式在分析電磁轉(zhuǎn)矩與磁通、電流之間的關(guān)系時(shí)非常方便。從三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子等值電路可知， （1-2） （1-3）將式(1-2)、(1-3)代入(1-1)得：1中國(guó)石油大學(xué)綜合課程設(shè)計(jì) （1-4）一：我們做如下分析：1. 當(dāng)s=0時(shí)，M=0，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速。2. 當(dāng)s很小時(shí)，有，說(shuō)明電磁轉(zhuǎn)矩T近似與s呈線性關(guān)系，即隨著M的增加，略有下降。因而，類似直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，是一條下傾的直線。M0n圖1-1 三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性3. 當(dāng)s很大時(shí)，有，說(shuō)明電磁轉(zhuǎn)矩M近似與s成反比，即M增加時(shí)n反而升高。4. 當(dāng)s=1時(shí)，n=0，=常數(shù)，此即三相異步電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。從上述可見(jiàn)，

4、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性由兩段組成：當(dāng)s較?。╪較高）時(shí)，n與M近似呈線性關(guān)系；當(dāng)s較大（n較低）時(shí)，n隨M增大而升高。將兩部分機(jī)械特性圓滑連接，既得三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性，如圖1-1所示。 5.由上述公式可得三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流較大，可達(dá)額定電流的 57 倍，同時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，該方法只適合于小容量輕負(fù)載的異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。二：異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的電路圖如圖1-2：圖1-2三、電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算MATLAB簡(jiǎn)介 八十年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)仿真成為交流電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)分析，研究和設(shè)計(jì)的有利工具。應(yīng)用計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)，我們可以用軟件建立起電機(jī)及其傳動(dòng)、控制的仿真模型，再以這個(gè)模型在計(jì)

5、算機(jī)內(nèi)人為模擬的環(huán)境或條件下的運(yùn)行研究， 替代真實(shí)電機(jī)在實(shí)際場(chǎng)合下的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，既可得到可靠的數(shù)據(jù)，又節(jié)約了研究的時(shí)間及費(fèi)用。MATLAB 語(yǔ)言具有以下特點(diǎn)： 1功能強(qiáng)大、2界面友好、編程效率高 3擴(kuò)展性強(qiáng)啟動(dòng)SIMULINK只需在MATLAB的命令窗口鍵人“SIMULNIK”命令，此時(shí)出現(xiàn)一個(gè)SIMULINK窗口。這個(gè)窗口包含7個(gè)模塊庫(kù)，它們分別是信號(hào)源模塊庫(kù)(sources)、輸出模塊庫(kù)(Sinks)、離散模塊庫(kù)(Diserete)、線性模塊庫(kù)(Linear)、非線性模塊庫(kù)(Nonlinear)、連接與接口模塊庫(kù)(Connections)和擴(kuò)展模塊庫(kù)(Extrax)。 1、仿真電路設(shè)計(jì)和參數(shù)

6、應(yīng)用MatLab/simulink 建立三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)仿真模型如圖1 所示。主要包括三相異步電動(dòng)機(jī)模塊（Asynchronous Machine）、電源模塊（Power Source）、選擇器模塊（Selector）和測(cè)量模塊（Machinemeasurement）等 。其中，異步電機(jī)模塊參數(shù)設(shè)置如下：Pn =110 KW，Un =400 V，fn =50 Hz, Un =1 487 r/min, 定子電阻 Rs=0.02155，定子電感 Ls=0.000 226H，轉(zhuǎn)子電阻 Rr=0.012 31，轉(zhuǎn)子電感 Ls=0.000 226H，漏抗X1+X2=0.254,勵(lì)磁互感 L m=0

7、.010 38H，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=2.3kg·m，摩擦系數(shù)F=0.05421N·m·s，極對(duì)數(shù) p=2。2、原理圖（含仿真模塊名稱與型號(hào)）圖2三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)模型3、元件清單元件序號(hào)元件符號(hào)元件型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注1U3-Phase Programmable Voltage Source400v12MAsynchronous MachineSI Units110kw 400v13VVoltage Measurement14Constant50015MachinesMeasurementDemux16Selectoria27Scope28Gain10四、仿真過(guò)程

8、與仿真結(jié)果轉(zhuǎn)子電流定子電流轉(zhuǎn)速機(jī)械轉(zhuǎn)矩根據(jù)原件清單使用matalab6.5連線仿真結(jié)果如下五、調(diào)試優(yōu)化轉(zhuǎn)子電流定子電流轉(zhuǎn)速機(jī)械轉(zhuǎn)矩（1）靜態(tài)調(diào)試圖如下，負(fù)載為零時(shí)。（2）動(dòng)態(tài)調(diào)試圖，帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電流定子電流轉(zhuǎn)速機(jī)械轉(zhuǎn)矩六、仿真正確性驗(yàn)證(1)轉(zhuǎn)子電流驗(yàn)證帶入上述已知參數(shù)，利用M語(yǔ)言程序畫出如下的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子電流特性圖；可得電流與轉(zhuǎn)速的曲線關(guān)系Y/X(轉(zhuǎn)子電流（A）/轉(zhuǎn)速（r/min）)： 由上圖曲線變化可得知電流隨轉(zhuǎn)速的增加而下降，異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)電流達(dá)到額定電流的6-7倍，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min時(shí)電流大約為300A,經(jīng)過(guò)驗(yàn)證所得結(jié)果與理論值相同。（2）機(jī)械轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證將電機(jī)參數(shù)和數(shù)據(jù)代

9、入電磁轉(zhuǎn)矩公式，利用M語(yǔ)言程序畫出如下的轉(zhuǎn)速與機(jī)械轉(zhuǎn)矩特性圖；Y/X(轉(zhuǎn)速/機(jī)械轉(zhuǎn)矩)由圖可知電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的1.25倍以上，與仿真圖相符。七、 結(jié)論與心得經(jīng)過(guò)兩個(gè)個(gè)星期的學(xué)習(xí)與仿真，使我在整個(gè)電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)到了不少東西，更深一步掌握了MatLab在電機(jī)電路設(shè)計(jì)的原理，深入了解了我們專業(yè)的基礎(chǔ)課程。本次的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^(guò)解決比較簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，鞏固和加深在電機(jī)學(xué)課程中所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)，在教師指導(dǎo)下完成查找資料，選擇、論證方案，科學(xué)實(shí)驗(yàn)，分析結(jié)果等工作，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際提高和培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)后的工作打下一定的基礎(chǔ)。加強(qiáng)了理論知識(shí)與實(shí)踐統(tǒng)一的能力，加強(qiáng)了自己動(dòng)手操作的能力。與此同時(shí)，也培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)精神，有助于我們更快的適應(yīng)社會(huì)，適應(yīng)工作。我相信通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)會(huì)給我以后的學(xué)習(xí)生活中更大的幫助。最后感謝在這次訓(xùn)練中給予我?guī)椭牡睦蠋熀屯瑢W(xué)。八、參考文獻(xiàn)1 顧繩谷.電機(jī)