電機學課程設(shè)計華中科技大學

1、電機學課程設(shè)計繞線式異步電動機串電阻調(diào)速學 號 U200912039 專業(yè)班號 電氣0910 姓 名 劉浩田 指導教師 楊凱 日 期 2011年12月30日 報告成績 一、設(shè)計題目一臺繞線式異步電動機，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 = 1440r/min，R1 =0.02，R2 =0.04 ，x1 = x2=0.06，xm = 3.6，ki = ke = 0.02，忽略鐵耗。試求：若維持轉(zhuǎn)軸上的負載為額定轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速下降到1000 r/min，采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻調(diào)速，計算電阻及其它參數(shù)，做出機械特性圖，分析能量

2、的傳遞。用Matlab中的SIMULINK設(shè)計調(diào)速仿真模型(其余仿真參數(shù)可自行設(shè)定)，并仿真調(diào)速前后定子電流與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波形。二、設(shè)計過程1.原理描述交流電動機調(diào)速的主要理論依據(jù)是： 式中： f ： 電源頻率 P ： 電動機的極對致 s ： 轉(zhuǎn)差率 要實現(xiàn)調(diào)速主要就是通過改變上述三個參量f 、 p 、 s ，本次設(shè)計要闡述的串電阻調(diào)速屬于改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速中的一種。該方案主要原理就是在電動機轉(zhuǎn)子側(cè)串接不同阻值的電阻，使得電動機運行在不同的給定特性曲線上（如下圖1）。其主要優(yōu)缺點在于： 1 對電網(wǎng)的容量、電壓波動等要求不高； 2 起動特性較好，可以控制起動電流，但不影響起動轉(zhuǎn)矩； 3 控制方案簡便易行

3、，系統(tǒng)造價較低，前期投入??； 4 有級調(diào)速。電阻設(shè)計一旦確定，則速度檔不易改變； 5 低速時，機械特性較軟。轉(zhuǎn)速受轉(zhuǎn)矩變化影響很大，效率較低。 圖1 繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的機械特性2.參數(shù)計算 繞線式異步電動機T形等效電路如下圖2繞線式異步電動機T形等效電路圖轉(zhuǎn)子電感 定子電感 勵磁電感 額定負載轉(zhuǎn)矩 同步轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)差率 調(diào)速前的電磁轉(zhuǎn)矩 876.3調(diào)速后的轉(zhuǎn)差 要求為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，則有：由上式可得 轉(zhuǎn)子串電阻過程中，只要負載轉(zhuǎn)矩不變，電機的定、轉(zhuǎn)子電流也不變，在串電阻調(diào)速過程中，電機電流均為額定電流。轉(zhuǎn)子電流：；定子電流： 3.機械特性圖 下面用matlab畫出其機械特性圖： 編程

4、如下：>> s=0.01:0.01:0.99;>> p=2;m1=3;>> u=380/sqrt(3);>> f=50;>> R1=0.02;>> R2=0.04;>> X1=0.06;>> X2=0.06;>> Tem=p.*m1.*u.2.*R2./s./2./pi./f./(R1+R2./s).2+(X1+X2).2);>> plot(Tem,s);>> ylabel('轉(zhuǎn)差率s');>> xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩Tem/

5、N*m');>> Tem1=p.*m1.*u.2.*(R2+0.29)./s./2./pi./f1./(R1+(R2+0.29)./s).2+(X1+X2).2);>> hold on;>> legend('調(diào)速前','調(diào)速后'); 圖3 調(diào)速前后的機械特性4.能量傳遞分析：調(diào)速前的電磁功率 損耗為 調(diào)速后電磁功率不變，輸出功率 調(diào)速后損耗 下面分析損耗去向：l 調(diào)速前：定子銅耗： 轉(zhuǎn)子銅耗： 電磁功率： ；總機械功率：；忽略鐵耗，總輸入功率：；空載損耗： l 調(diào)速后：、定子電流、定子銅耗、電磁功率都不變定子銅耗不變：

6、 電磁功率不變：；轉(zhuǎn)子銅耗增加：；總機械功率減少：；忽略鐵耗，總輸入功率不變：；空載損耗減少： 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，由于等效電路不變，從定子傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功率不變，但機械功率和銅耗卻發(fā)生了變化： 轉(zhuǎn)速越低時s越大，那么機械功率部分變小，而轉(zhuǎn)子銅耗增大。所以這種調(diào)速方法在低速運行時，損耗大，效率低，不宜長期運行。5Simulink仿真： 圖3 繞線式異步電機串電阻調(diào)速模型圖中封裝模塊為圖4 繞線式異步電機串電阻調(diào)速模型圖中封裝模塊為圖5封裝模塊圖電機參數(shù)設(shè)置如下圖6 電機參數(shù)設(shè)置仿真后示波器結(jié)果為：圖7 仿真結(jié)果從上到下，依次為轉(zhuǎn)子電流、定子電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的波形圖。放大圖如下：圖8 轉(zhuǎn)子電流和定

7、子電流放大圖我們可以從上圖8得到, A圖9轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩放大圖從上圖可知，在t=1.0s時，轉(zhuǎn)速從1440r/min下降到1020r/min，轉(zhuǎn)矩保持在801N*m。6.結(jié)果 由仿真結(jié)果可知，轉(zhuǎn)子串入電阻后，轉(zhuǎn)速從1440r/min下降到1020r/min，轉(zhuǎn)子電流先變小再增大，周期變小，頻率升高；定子電流大小不變，頻率不變；電磁轉(zhuǎn)矩先下降再上升，穩(wěn)定在原電磁轉(zhuǎn)矩大小，實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。三、設(shè)計總結(jié)本次設(shè)計采用繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子電路外串電阻的調(diào)速方法，不可否認，其在運輸起重機械、冶金機械和鼓風機等場合有很廣泛的應(yīng)用，這種調(diào)速方法具有調(diào)速線路簡單, 初投資小的優(yōu)點,但其一個很大的缺點是經(jīng)濟性不高,轉(zhuǎn)子外串電阻的能耗大, 轉(zhuǎn)速越低,外串電阻的數(shù)值就越大, 電機效率也越低。如果能夠找到降低能耗的方法其應(yīng)用必將更廣泛。這次課程設(shè)計距上電機課過了一個寒假，如果沒有這次課程設(shè)計，所學的電機知識可能很快就會忘掉很多。通過做這個課程設(shè)計，課本知識得以鞏固和加強，我對繞線式異步電動機的調(diào)速方法、異步電動機的能量傳遞了解進一步加深。在做這個設(shè)計中，由于要用Simulink仿真，對matlab中各元器件的名稱