電力拖動課程設(shè)計---交流電動機工作特性仿真

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 說 明 書</p><p>　　學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 自動化 </p><p>　　題 目： 交流電動機工作特性仿真 </p><p>　　——轉(zhuǎn)速特性

2、 </p><p>　　2011 年 12 月 31 日</p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p><b>　　原理闡述 </b></p><p>　　感應(yīng)電動機是一類重要的交流電機。它在正常電動運行時主要是通過定子對轉(zhuǎn)子之間的電磁感應(yīng)，使轉(zhuǎn)子獲得進(jìn)行正常運行所需的電

3、流和轉(zhuǎn)矩。眾所周知，交流電的一個重要指標(biāo)是交流電的頻率，一般來講，感應(yīng)電動機的轉(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，從這個意義上講，交流感應(yīng)電動機又常常被稱作異步電動機。</p><p>　　三相異步電機是重要的異步電動機。三相定子繞組通過三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　三相感應(yīng)電動機

4、在空載運行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于電機同步轉(zhuǎn)速n。隨著負(fù)載的增大，必須輸出較大的轉(zhuǎn)矩以維持電機的穩(wěn)定運行，這樣，就會使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速度略有降低。經(jīng)試驗測試和分析后，可以得出輸出功率的增大與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n的降低近似為線性關(guān)系。</p><p>　　三相感應(yīng)電動機的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度(又稱同步轉(zhuǎn)速) n為：</p><p><b>　　r/min </b></p>

5、<p>　　f—三相交流電的頻率；</p><p>　　P—三相電動機的定子極對數(shù)。</p><p>　　磁場轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子速度n之差與n的比值稱為轉(zhuǎn)差率S：</p><p>　　異步電動機啟動時n=0，s=1；n=n時，s=0；</p><p>　　額定工況下一般s=1.5~6%</p><p><b&

6、gt;　　轉(zhuǎn)子角速度?為：</b></p><p><b>　　電動機轉(zhuǎn)矩為：</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)子端電磁功率為：</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子端電磁功率與輸出功率之間的關(guān)系為：</p><p><b>　　所以輸出功率為：</b></

7、p><p>　　由以上式子可以得輸出功率與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系。</p><p>　　選定參數(shù)為額定電壓U1=380V，定子△連接，定子電阻R1=1.375Ω，漏抗X1=2.43Ω，轉(zhuǎn)子電阻R2=1.047Ω，漏抗X2=4.4Ω，設(shè)額定負(fù)載時，有轉(zhuǎn)差率s=0.028。</p><p>　　計算得額定轉(zhuǎn)速=1458r/min;</p><p>　　輸出功率

8、=10027W</p><p><b>　　程序</b></p><p><b>　　與的關(guān)系：</b></p><p><b>　　clear</b></p><p>　　U1=220*sqrt(3); %輸入電機參數(shù)</p><p&g

9、t;　　Nphase=3; </p><p>　　P=2; %極對數(shù)為2</p><p>　　fN=50; %交流電頻率</p><p>　　R1=1.375; %定子端電阻</p><p>　　X1=2.43;

10、 %定子漏抗</p><p>　　R2=1.047; %轉(zhuǎn)子電阻</p><p>　　X2=4.4; %轉(zhuǎn)子漏抗</p><p>　　Xm=8.34; %勵磁漏抗</p><p>　　omegas=2*pi*fN;

11、 %計算電機同步速度</p><p>　　n1=60*fN/P;</p><p>　　for N=1:10000 % 轉(zhuǎn)差率計算</p><p>　　s=N/10000;</p><p>　　T=(Nphase*P*U1^2*R2/s)/(omegas*[(R1+R2/s)^2+(X1+X2)^2]); %轉(zhuǎn)矩計算

12、</p><p>　　n=(1-s)*n1; % 轉(zhuǎn)速計算 </p><p>　　Pm=(T*2*pi*n)/60; %轉(zhuǎn)子端功率計算</p><p>　　P2=(1-s)*Pm; %輸出功率計算</p><p>　　plot(P2,n) %

13、繪圖</p><p><b>　　hold on</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　title('交流電機轉(zhuǎn)速特性')</p><p>　　xlabel('P2/W')</p><p>　　ylabel(&

14、#39;n（r/min）')</p><p><b>　　三、仿真結(jié)果</b></p><p><b>　　仿真所得圖：</b></p><p><b>　　與的關(guān)系圖</b></p><p><b>　　和的關(guān)系：</b></p>

15、<p><b>　　將與的關(guān)系程序中</b></p><p>　　plot(P2,n) % 繪圖</p><p><b>　　hold on</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　title('交

16、流電機轉(zhuǎn)速特性')</p><p>　　xlabel('P2/W')</p><p>　　ylabel('n（r/min）')</p><p><b>　　改成</b></p><p>　　plot(T,n) % 繪圖</p><p

17、><b>　　hold on</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　title('交流電機轉(zhuǎn)速特性')</p><p>　　xlabel('T/N.m')</p><p>　　ylabel('n（r/min）')

18、</p><p><b>　　仿真所得圖：</b></p><p><b>　　與的關(guān)系圖</b></p><p><b>　　和關(guān)系</b></p><p><b>　　將與的關(guān)系程序中</b></p><p>　　plot(P2

19、,n) % 繪圖</p><p><b>　　hold on</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　title('交流電機轉(zhuǎn)速特性')</p><p>　　xlabel('P2/W')</p>

20、<p>　　ylabel('n（r/min）')</p><p><b>　　改成</b></p><p>　　plot(T,P2) % 繪圖</p><p><b>　　hold on</b></p><p><b>　　end

21、</b></p><p>　　title('交流電機轉(zhuǎn)速特性')</p><p>　　xlabel('T/N.m')</p><p>　　ylabel('P2/W')</p><p><b>　　所得仿真圖：</b></p><p>&l

22、t;b>　　P2和T的關(guān)系圖</b></p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　1.由與的關(guān)系圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速n為1458r/min時，輸出功率為10020W，這與計算值10027W很接近，證明所得特性圖是正確的。</p><p>　　2.由與的關(guān)系圖可知，n從1500r/min降低到1337/min區(qū)間中

23、，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。</p><p>　　3.n從1337r/min降低到0區(qū)間中，從n和T關(guān)系途中可知，轉(zhuǎn)矩T從166.1N.m降低到0，從P2和T的關(guān)系圖中可知，此時輸出功率P2從最大值降低到0，這與n與P2的關(guān)系圖中P遞減相符合。</p><p>　　四、所遇問題及解決方案</p><

24、;p>　　1.剛拿到課程設(shè)計題目時，打算用SIMULINK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。</p><p>　　2.編寫程序時不能確定轉(zhuǎn)速特性是轉(zhuǎn)速和哪個變量之間的關(guān)系，聯(lián)想到直流電機的轉(zhuǎn)速特性是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，套用過來便得到轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系圖，后來發(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)系程序改動便得到n和P2的關(guān)系，n和P2的關(guān)系圖驗證了

25、“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。</p><p><b>　　五、實驗心得</b></p><p>　　本次電拖課程設(shè)計我的研究對象交流電動機工作特性仿真分析——轉(zhuǎn)速特性，對此我結(jié)合課本知識與網(wǎng)上搜索的資料，對其

26、原理及實現(xiàn)做出了深刻的研究和分析。</p><p>　　我平時沒有在學(xué)習(xí)仿真軟件方面下功夫，只是在實驗時才偶爾使用一兩次，導(dǎo)致實驗開始時不知如何使用軟件，通過問同學(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。</p><p>　　在網(wǎng)上搜索資料時，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)上資料中找到對自己有用的信息是一門技術(shù)，這在以后的學(xué)習(xí)中應(yīng)該多總結(jié)，多學(xué)習(xí)，