電力拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)---交流電動(dòng)機(jī)工作特性仿真

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)</p><p>　　學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　題 目： 交流電動(dòng)機(jī)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(jì) 任 務(wù) 書(shū)</p><p><b>　　原理闡述 </b></p><p>　　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

3、流和轉(zhuǎn)矩。眾所周知，交流電的一個(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)。</p><p>　　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)。</p><p>　　三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

4、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n。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(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)的定子極對(duì)數(shù)。</p><p>　　磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)n=0，s=1；n=n時(shí)，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(dòng)機(jī)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(shí)，有轉(zhuǎn)差率s=0.028。</p><p>　　計(jì)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(jī)參數(shù)</p><p&g

9、t;　　Nphase=3; </p><p>　　P=2; %極對(duì)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(lì)磁漏抗</p><p>　　omegas=2*pi*fN;

11、 %計(jì)算電機(jī)同步速度</p><p>　　n1=60*fN/P;</p><p>　　for N=1:10000 % 轉(zhuǎn)差率計(jì)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(jì)算

12、</p><p>　　n=(1-s)*n1; % 轉(zhuǎn)速計(jì)算 </p><p>　　Pm=(T*2*pi*n)/60; %轉(zhuǎn)子端功率計(jì)算</p><p>　　P2=(1-s)*Pm; %輸出功率計(jì)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(shí)，輸出功率為10020W，這與計(jì)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(shí)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(wèn)題及解決方案</p><

24、;p>　　1.剛拿到課程設(shè)計(jì)題目時(shí)，打算用SIMULINK連圖做仿真，連好圖后發(fā)現(xiàn)仿真中沒(méi)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(xiě)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

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(shū)中沒(méi)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(shí)驗(yàn)心得</b></p><p>　　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

26、原理及實(shí)現(xiàn)做出了深刻的研究和分析。</p><p>　　我平時(shí)沒(méi)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(kāi)始時(shí)不知如何使用軟件，通過(guò)問(wèn)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)。</p><p>　　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(mén)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)，