异步电动机拖动性能计算课程设计报告

1、电气与电子工程学院电机学课程设计异步电动机拖动性能计算姓 名 丁 苏 阳 学 号 U201011978 班 级 气实1001班 指导教师 孙 剑 波 2013年2月25日目录一、设计题目 3二、设计思路 3三、具体设计 3四、设计感想与总结 8五、参考文献 8一、设计题目已知一台三相笼型异步电动机铭牌数据：额定功率PN、额定转速nN、转矩过载倍数KM，如下表所示。请利用计算机编程计算当电动机带不同性质负载时的工作点，（推荐使用Matlab），具体要求如下：（1）利用铭牌数据推出异步电动机电磁转矩的实用表达式，并作出TS曲线，求出Tmax、sm、Tst；（2）当电动机带恒转矩负载TN时，求出运行

2、工作点的转速；（3）当电动机带风机负载，风机的负载转矩与转速的平方成正比，且负载特性曲线经过（0，0）点和（25%nN，TN）点，求出此时的运行工作点的转速和电机的输出转矩；（4）判断以上两种情况下运行点是否稳定？而我领到的设计题目要求为额定功率PN=3.7kW,额定转速nN=2850，转矩过载倍数Km=2.5。二、设计思路阅读题目的要求以后，对设计任务的思想有如下概括：首先，此次课程设计并没有像过去的电机题目一样给定电机的内部参数来进行计算，而是给定的铭牌参数。相对于以前而言，更具有实际应用价值。同时，在设计的过程中应当更多考虑实际情况而不是理论性计算。其次，给定的额定功率表明该电机属于功率

3、比较小的异步电机，其转矩也比较小。因此在计算的过程中，由于诸如转子的铜耗，机械损耗等量值都会很小，几乎不影响设计，故可以忽略不计。最后，由于电机所带为实际风机负载，其转矩特性于恒转矩有所不同，故根据恒转矩负载推导的一些结论需要适当修改。三、具体设计根据上面所述的设计思路，我们对设计指标逐条进行实践。（1）利用铭牌数据推出异步电动机电磁转矩的实用表达式，并作出TS曲线，求出Tmax、sm、Tst；在进行设计之前，先要将所给的技术指标转化成为设计常用的指标。我们已经知道额定功率PN=3.7kW,额定转速nN=2850，转矩过载倍数Km=2.5。那么根据公式：TN=30×PN×n

4、N可以计算得出TN=12.397N·m 。注意到此处所求的额定转矩为额定负载转矩，并不等于额定电磁转矩。但是如同上文所述，对于小功率电机而言，可以近似认为额定输出转矩就等于额定电磁转矩。知道了额定电磁转矩，则可以求出最大转矩：Tmax=Km×TN可得Tmax=30.993N·m 。除了转矩参数之外，还需要求出转差率相应参数。利用转矩经验公式：TemTmax=2ssm+sms由额定转速求出转差率sN=0.05。再代入额定转矩和最大转矩数值，可以求出最大转矩时转差率sm=0.24。再有上面所述经验公式，并且用转差率作为自变量，转矩作为因变量，可以得到转矩公式为：Tem

5、=61.986s0.24+0.24s根据上述公式，不难求出启动转矩。当s=1时，Tst=14.066N·m。可以利用matlab绘制出电磁转矩的图像如下：图1 异步电机转矩特性图（2）当电动机带恒转矩负载TN时，求出运行工作点的转速；根据以上分析易知，当电动机带恒转矩负载TN时，其必然运行在额定工作点，因此转速也为额定转速。即此时转速为2850转/min。转矩图上也可以看出：图2 异步电机带恒转矩负载特性图可以看出两条线的交点为s=0.05处。而此时转速即为额定转速2850转/min。（3）当电动机带风机负载，风机的负载转矩与转速的平方成正比，且负载特性曲线经过（0，0）点和（25%

6、nN，TN）点，求出此时的运行工作点的转速和电机的输出转矩；该项要求加入了一个风机负载，负载转矩特性可以由所给定条件求得。风机负载转矩公式为：Tf=219.781-s2原本的转矩公式是使用转速作为自变量。但是为了便于计算和应用，将其表示为异步电机转差率的函数。将风机转矩特性与异步电机转矩特性在同一个图中画出，可得如下图形：图3 异步电机带风机负载特性图由于图形过小不宜进行观察，我们只取关键部分画出。则得到如下图形：图4 异步电机带风机负载特性图（部分）由图我们可以看出，两条特性曲线交点位于s=0.707处，而此时输出转矩约为Tf=18.868N·m。可以求出其转速为n=879转/mi

7、n。（4）判断以上两种情况下运行点是否稳定？利用上述图形可以很容易的判断运行点的稳定性。在第一种情况下，根据课本上的结论可知，恒转矩负载曲线和电机转矩曲线交于上升曲线处的时候工作点稳定，否则不稳定。由图2可以发现，两曲线交点在异步电机转矩曲线的上升段，故可知工作点稳定。在第二种情况下，由于并非恒转矩负载，故上述判断方法不再成立。可以用扰动法分析稳定情况。假设工作点附近，转速突然有一个很小的下降。则可以知道转差率有一个微小的增加。此时，由于风机转矩曲线斜率大于电机转矩曲线，故电机的转矩会略大于风机负载转矩，风机又会加速回到原工作点。分析转速突然有一个很小的增加，结果相同，风机还是可以回到原工作点

8、。故而可以知道在该种情况下工作点依然稳定。我们可以利用程序验证以上观点.首先可以利用matlab精确求取两曲线的交点。利用如下程序：>> fun=(s)219.78*(1-s)2-2*30.993/(0.24/s+s/0.24);>> x=fzero(fun,0.7)x = 0.7070当转差率为0.7070时两曲线相交。再分别求出两条曲线在此时的斜率。利用如下代码：s=0.001:0.001:1;T=2*30.993./(0.24./s+s/0.24);Tn=12.397;Tf=219.78*(1-s).*(1-s);a=(T(708)-T(706)/0.002;b=

9、(Tf(708)-Tf(706)/0.002;从工作空间中可以分别读出a和b的值为：a=-21.171990278318730b=-128.7910800000009a为电机转矩曲线的斜率，b为风机转矩曲线的斜率。根据a>b，可以得知在工作点附近运行稳定。四、设计感想与总结通过这次电机学课程设计，我温习了许多已经有些遗忘的电机学知识，同时也学习了不少电机学在实际应用中的设计知识。（1）学会利用铭牌值计算电机的各种参数。我们在之前的电机课程学习过程中，往往更加重视电机工作原理和运行模型的学习，因此所接触到的主要是电机的内部参数或者等效参数。而在实际应用中，应用者往往不知道电机的内部参数，也

10、不能通过实验直接测得。所以，电机铭牌所记录的参数往往成为计算的依据。而此次设计正好是对现实情况的一种模拟，也是采用铭牌值作为计算依据。在此次设计过程中，我熟悉了使用铭牌值来计算电机的各个参数的方法，这对我以后的学习工作会有较大帮助。（2）与实际情况结合分析。在理论学习中，为了追求准确性会考虑比较精确的计算值。但是在实际工业生产中，许多量值相对于基值而言非常小，而且受到工业生产精度的限制，误差不会很小，再追求设计值的精确没有意义。因此往往会忽略不关键的量值。在本设计中，按照纯理论推导，输出功率并不等于电磁功率，其中还有转子铜耗和机械损耗等。但是在小型电机中，这些量值非常小，可以忽略掉。因此在整个设计过程中都没有考虑这些量值的影响。（3）Matlab在设计中的应用。Matlab在工业和科研上的应用很广泛。在本例中，利用Matla