電機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、*電氣與電子工程學(xué)院.電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速學(xué)號(hào)專業(yè)班號(hào)姓名指導(dǎo)教師日期 20報(bào)告成績(jī)目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 一、設(shè)計(jì)題目3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 二、設(shè)計(jì)過程4三、實(shí)驗(yàn)小結(jié)13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 心得體會(huì)14參考文獻(xiàn)16一、設(shè)計(jì)題目一臺(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= 5kW, f= 50 Hz, 2p = 4, Un= 380 V,

2、 nN = 1470 r/niiii, Ri=R=0.53 Q , xla = x2a=1.06Q , n=42.4Q , &=虬=0.02,忽略鐵耗。試求：若維持轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載為額定轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速下降到1410r/niiii,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Matlab中的SIMULINK設(shè)計(jì)調(diào)壓調(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(jì)過程1 .原理描述異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但 是在調(diào)速性能上比不上直流電動(dòng)機(jī)。同時(shí)，直到現(xiàn)在還沒有研制出調(diào) 速性能好、價(jià)格便宜、能完全取代直流電動(dòng)

3、機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系 統(tǒng)。但是人們已經(jīng)研制出各種各樣的異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式，并廣泛 應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：W = （1 = 7（1 一 s）P式中：f:電源頻率P :電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)S :轉(zhuǎn)差率要實(shí)現(xiàn)調(diào)速主要就是通過改變上述三個(gè)參量f、P、S,即變 極調(diào)速、變頻調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。本次設(shè)計(jì)要闡述的調(diào)壓調(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通過改變電壓源幅 值的大小，使得電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在不同的給定特性曲線上（如下圖1）。00.64 TmTmT圖礙步電動(dòng)機(jī)降低功時(shí)的人為機(jī)械符性10.25 Tm其主要優(yōu)缺點(diǎn)在于：優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)較為容易，對(duì)于風(fēng)機(jī)型負(fù)載以及水泵等應(yīng)

4、 用也比較多。缺點(diǎn)：對(duì)于普通異步電動(dòng)機(jī)帶恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由圖1可知其 調(diào)壓范圍很小，實(shí)用價(jià)值很小。同時(shí)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩接近額定，降低電 源電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是極為不利的。因?yàn)楫?dāng)負(fù)載為額定值不變時(shí)如 果電源電壓因故降低，氣隙主磁通減小，但轉(zhuǎn)速變化不多，其功率因 數(shù)8S啊變化不大，則從公式丁皿=?璀3舟泌可知，轉(zhuǎn)子電流 也要增大，使定子電流h相應(yīng)增大。從電機(jī)的損耗看，雖然。的減 小能降低鐵耗，但銅耗與電流的平方成正比，若電機(jī)長(zhǎng)期低壓運(yùn)行, 會(huì)使電機(jī)過熱甚至燒壞。2.參數(shù)計(jì)算繞線式異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化等效電路如下X1。 R1X2b R2 /s+U1R1X1。Xm圖2繞線式異步電動(dòng)機(jī)T形等效電路圖定、轉(zhuǎn)子電感

5、婦=L2 = 烏=337x 10-3H2nfi勵(lì)磁電感Lm =球產(chǎn)0.135HTT r R- n】ipU s調(diào)速前的電磁轉(zhuǎn)矩Lm =:= 2(R1+)2+(Xla+X2J2同步轉(zhuǎn)速 ho = = 1500r/min 額定轉(zhuǎn)差率Sn =蛙0.02”oTn =華-3.14N.in 負(fù)載轉(zhuǎn)矩由于要求為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在忽略T0的情況下，可近似認(rèn)為了皿不變, 因此由調(diào)速后S=0.06,可以求出電壓應(yīng)降為原來的0.6133倍。調(diào)速前轉(zhuǎn)子電流：J & +處 | +(% +X,)2 -H 70 A：=J Z：+Zm定子電流：+ 緒=8.127.j5.683A 即有效值為9.92A調(diào)速后轉(zhuǎn)子電流:S2+K + X

6、盤=可知調(diào)速前后轉(zhuǎn)子電流也增大/；=凌 z = 定子電流：+緒即有效值為15.04A可知調(diào)壓調(diào)速前后定子電流增大了，可以在之后的仿真結(jié)果中得到 驗(yàn)證。3 .機(jī)械特性圖下面用matlab畫出其機(jī)械特性圖：編程如下： P=2；ml=3,u=380/sqrt(3);U50,Rl=0.53,R2=0.53,Xl=1.06,X2=1.06,s=0.01:0.01:l;Tem亍 *ml *u 八2.*R2./s /2./pi./f./(CRl+R2./s)八2+CX1+X2)八2);plotCTem,s,F),ylabelC轉(zhuǎn)差率 s);xlabelC電磁轉(zhuǎn)矩 Tem/N*nT), hold on,Tem

7、l=p.*ml.*(u*0.6133)八 2*R2./s./2./pi./f/(Rl+RZ/s)八 2+(Xl+X2)八 2), piotCrei-nl/g);legendC調(diào)速前：調(diào)速后，)9 8o.o.7o.6 5 4 3o.o.o.o.2o.1o.50100電磁轉(zhuǎn)矩Te m/N*m1504 .能量傳遞分析：調(diào)速前：電磁功率：乙抽=幾抽X警二5102WDmDm60定子銅耗：Pcui=mi/Ri=L56.5W轉(zhuǎn)子銅耗：PCu2=m2/22=101.7W總機(jī)械功率：pmec = Pem Pg? = 5000.3W忽略鐵耗，總輸入功率：Pi = PemN + Pg = 5258.5W電機(jī)效率：X

8、 = ： = 95.08%空載損耗：Po = %ec - 2=0. 3W調(diào)速后：由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，P2二Pn = 4795可知調(diào)速后輸出功率減小電磁功率：Pem =n】2最孚=534W定子銅耗：PCui=mi/ii=357. 75W轉(zhuǎn)子銅耗：=n】2好也二311.64W總機(jī)械功率：pmec = Pem Pg2 = 4882.4W忽略鐵耗，總輸入功率：Pl = Rm + Pcui = 5551.8W電機(jī)效率：n = = 86.37%P1空載損耗：PQ = Pmec - P2=87. 4W能量傳遞圖：異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖由上可知恒轉(zhuǎn)矩調(diào)壓調(diào)速使得定、轉(zhuǎn)子電流增大，電機(jī)輸出功率減?。ǖ秦?fù)載轉(zhuǎn)矩不變

9、），定、轉(zhuǎn)子損耗都增加，電機(jī)效率降低，電機(jī)溫升高，長(zhǎng)時(shí)間處于這種狀態(tài)可能導(dǎo)致電機(jī)被燒毀。5. Simulink 仿真:圖5繞線式異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速模型可變電壓源設(shè)置如下:電機(jī)參數(shù)設(shè)置如下Configuration j Parameters i AdvancedNominal powervoltage (line-line), and frequency Pn(VA), Vn(Vrjns), fn(Hz)5000, 380, 50 Stator resistance and inductance Rs (ohm) Lis (H):0.53 1.06/314Rotor resistance and

10、inductance Rr? (ohm) Llr? (H):0.53 1.06/314Mutual inductance Lm (H);42.4/314Inertiij friction factor pole pairs J (kg.m2) F (N. in. s) p ():0.462 0 2 Initial conditions1 0 0 0 0 0 0 0仿真后示波器結(jié)果為: 電壓波形:輪(0定子電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩Tem的波形圖圖7彷真結(jié)果我們可以看出調(diào)速前定子電流幅值大約為14A （理論值為9.92X V2A=14.02A）,調(diào)速后定子電流大約為20A （理論值為15.04X J2A=

11、21.27A）,比較符合。圖9轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩放大圖從上圖可知,在t=30s時(shí)，轉(zhuǎn)速從1467r/min下降到1410i7min, （理論值為從1470i7niiii卜降到1410i7niiii）轉(zhuǎn)矩Tem保持不變（除了在電壓變化瞬間有些波動(dòng)外）。6 .結(jié)果由仿真結(jié)果可知，進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速之后，轉(zhuǎn)速從1467r/nmi下降到 1410r/iiiiib定子電流增大（直到電壓恢復(fù)才減?。?，電磁轉(zhuǎn)矩在降壓 瞬間先下降再上升，穩(wěn)定在原電磁轉(zhuǎn)矩大小，電壓恢復(fù)瞬間，電磁轉(zhuǎn) 矩先增大再下降，最終也穩(wěn)定在原電磁轉(zhuǎn)矩大小，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。心得體會(huì)本次設(shè)計(jì)采用繞線式異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速方法來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,降壓調(diào)速在風(fēng)機(jī)以及水

12、泵等方面還是有一定的運(yùn)用，但是其調(diào)壓 范圍很小，實(shí)用價(jià)值比較小。同時(shí)在接近額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩是，降低電源 電壓而負(fù)載為額定值不變時(shí)也會(huì)導(dǎo)致氣隙主磁通減小，但轉(zhuǎn)速變化不 多，其功率因數(shù)8S啊變化不大，則從公式7皿可 知，轉(zhuǎn)子電流匕要增大，使定子電流I】相應(yīng)增大。從電機(jī)的損耗看， 雖然中。的減小能降低鐵耗，但銅耗與電流的平方成正比，若電機(jī)長(zhǎng) 期低壓運(yùn)行，會(huì)使電機(jī)過熱甚至燒壞。同時(shí)電機(jī)效率大大降低，大量 的能量耗費(fèi)在各種損耗上，很不經(jīng)濟(jì)。我覺得為了使恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下調(diào)壓調(diào)速能夠有較大調(diào)速范圍，并使 電機(jī)能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而不致過熱，應(yīng)該使電機(jī)轉(zhuǎn)子有較高的電阻 值，從而增大Sm,下圖為這樣的電機(jī)在變電壓時(shí)的機(jī)械特性這種電機(jī)又叫交流力矩電機(jī)，其轉(zhuǎn)子電阻較大。帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí) 的變壓調(diào)速范圍增大了，堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機(jī)。同時(shí)盡管調(diào)壓調(diào)速有這樣或那樣的問題，但是利用調(diào)壓調(diào)速成本 較低，不想變頻器那么昂貴。因此對(duì)于調(diào)速要求不太高的場(chǎng)合，調(diào)壓 調(diào)速還是有它的應(yīng)用范圍的。本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用Siimiliiik仿真，自 己以前并沒有接觸很多這方面的知識(shí)，通過做這個(gè)課程設(shè)計(jì)，一方面 自己學(xué)會(huì)Sumiluik仿真這個(gè)很好用的工具，同時(shí)也使自己對(duì)于繞線 式異步電動(dòng)機(jī)的幾種調(diào)速方法（變極、變頻、變轉(zhuǎn)差）以及異步電動(dòng) 機(jī)的能量傳輸及轉(zhuǎn)化有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，同時(shí)