电机课程设计

1、*电气与电子工程学院.电机学课程设计绕线式异步电动机调压调速学号专业班号姓名指导教师日期 20报告成绩目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 一、设计题目3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 二、设计过程4三、实验小结13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 心得体会14参考文献16一、设计题目一台绕线式异步电动机，Y/y连接，已知数据为：额定功率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,忽略铁耗。试求：若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到1410r/niiii,采 用调压调速方式并计算其参数，做出机械特性图，分析能量的传递。 用Matlab中的SIMULINK设计调压调速仿真模型（其余仿真参数可 自行设定），并仿真调速前后定子电流与转子转速波形。二、设计过程1 .原理描述异步电机具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等优点，但 是在调速性能上比不上直流电动机。同时，直到现在还没有研制出调 速性能好、价格便宜、能完全取代直流电动

3、机的异步电动机的调速系 统。但是人们已经研制出各种各样的异步电动机的调速方式，并广泛 应用于各个领域。根据异步电动机的转速公式：W = （1 = 7（1 一 s）P式中：f:电源频率P :电动机的极对数S :转差率要实现调速主要就是通过改变上述三个参量f、P、S,即变 极调速、变频调速、改变转差率调速。本次设计要阐述的调压调速属 于改变转差率调速中的一种。该方案主要原理就是通过改变电压源幅 值的大小，使得电动机运行在不同的给定特性曲线上（如下图1）。00.64 TmTmT图碍步电动机降低功时的人为机械符性10.25 Tm其主要优缺点在于：优点：操作简单、实现较为容易，对于风机型负载以及水泵等应

4、 用也比较多。缺点：对于普通异步电动机带恒定负载转矩负载，由图1可知其 调压范围很小，实用价值很小。同时如果负载转矩接近额定，降低电 源电压对电动机的运行是极为不利的。因为当负载为额定值不变时如 果电源电压因故降低，气隙主磁通减小，但转速变化不多，其功率因 数8S啊变化不大，则从公式丁皿=?璀3舟泌可知，转子电流 也要增大，使定子电流h相应增大。从电机的损耗看，虽然。的减 小能降低铁耗，但铜耗与电流的平方成正比，若电机长期低压运行, 会使电机过热甚至烧坏。2.参数计算绕线式异步电动机简化等效电路如下X1。 R1X2b R2 /s+U1R1X1。Xm图2绕线式异步电动机T形等效电路图定、转子电感

5、妇=L2 = 乌=337x 10-3H2nfi励磁电感Lm =球产0.135HTT r R- n】ipU s调速前的电磁转矩Lm =:= 2(R1+)2+(Xla+X2J2同步转速 ho = = 1500r/min 额定转差率Sn =蛙0.02”oTn =华-3.14N.in 负载转矩由于要求为恒转矩调速，在忽略T0的情况下，可近似认为了皿不变, 因此由调速后S=0.06,可以求出电压应降为原来的0.6133倍。调速前转子电流：J & +处 | +(% +X,)2 -H 70 A：=J Z：+Zm定子电流：+ 绪=8.127.j5.683A 即有效值为9.92A调速后转子电流:S2+K + X

6、盘=可知调速前后转子电流也增大/；=凌 z = 定子电流：+绪即有效值为15.04A可知调压调速前后定子电流增大了，可以在之后的仿真结果中得到 验证。3 .机械特性图下面用matlab画出其机械特性图：编程如下： 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转差率 s);xlabelC电磁转矩 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调速前：调速后，)9 8o.o.7o.6 5 4 3o.o.o.o.2o.1o.50100电磁转矩Te m/N*m1504 .能量传递分析：调速前：电磁功率：乙抽=几抽X警二5102WDmDm60定子铜耗：Pcui=mi/Ri=L56.5W转子铜耗：PCu2=m2/22=101.7W总机械功率：pmec = Pem Pg? = 5000.3W忽略铁耗，总输入功率：Pi = PemN + Pg = 5258.5W电机效率：X

8、 = ： = 95.08%空载损耗：Po = %ec - 2=0. 3W调速后：由于负载转矩不变，P2二Pn = 4795可知调速后输出功率减小电磁功率：Pem =n】2最孚=534W定子铜耗：PCui=mi/ii=357. 75W转子铜耗：=n】2好也二311.64W总机械功率：pmec = Pem Pg2 = 4882.4W忽略铁耗，总输入功率：Pl = Rm + Pcui = 5551.8W电机效率：n = = 86.37%P1空载损耗：PQ = Pmec - P2=87. 4W能量传递图：异步电动机功率流程图由上可知恒转矩调压调速使得定、转子电流增大，电机输出功率减小（但是负载转矩不变

9、），定、转子损耗都增加，电机效率降低，电机温升高，长时间处于这种状态可能导致电机被烧毁。5. Simulink 仿真:图5绕线式异步电机调压调速模型可变电压源设置如下:电机参数设置如下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仿真后示波器结果为: 电压波形:轮(0定子电流、转速、转矩Tem的波形图图7彷真结果我们可以看出调速前定子电流幅值大约为14A （理论值为9.92X V2A=14.02A）,调速后定子电流大约为20A （理论值为15.04X J2A=

11、21.27A）,比较符合。图9转速和转矩放大图从上图可知,在t=30s时，转速从1467r/min下降到1410i7min, （理论值为从1470i7niiii卜降到1410i7niiii）转矩Tem保持不变（除了在电压变化瞬间有些波动外）。6 .结果由仿真结果可知，进行调压调速之后，转速从1467r/nmi下降到 1410r/iiiiib定子电流增大（直到电压恢复才减小），电磁转矩在降压 瞬间先下降再上升，稳定在原电磁转矩大小，电压恢复瞬间，电磁转 矩先增大再下降，最终也稳定在原电磁转矩大小，实现恒转矩调速。心得体会本次设计采用绕线式异步电动机调压调速方法来改变电机转速,降压调速在风机以及水

12、泵等方面还是有一定的运用，但是其调压 范围很小，实用价值比较小。同时在接近额定负载转矩是，降低电源 电压而负载为额定值不变时也会导致气隙主磁通减小，但转速变化不 多，其功率因数8S啊变化不大，则从公式7皿可 知，转子电流匕要增大，使定子电流I】相应增大。从电机的损耗看， 虽然中。的减小能降低铁耗，但铜耗与电流的平方成正比，若电机长 期低压运行，会使电机过热甚至烧坏。同时电机效率大大降低，大量 的能量耗费在各种损耗上，很不经济。我觉得为了使恒转矩负载下调压调速能够有较大调速范围，并使 电机能在较低转速下运行而不致过热，应该使电机转子有较高的电阻 值，从而增大Sm,下图为这样的电机在变电压时的机械特性这种电机又叫交流力矩电机，其转子电阻较大。带恒转矩负载时 的变压调速范围增大了，堵转工作也不致烧坏电机。同时尽管调压调速有这样或那样的问题，但是利用调压调速成本 较低，不想变频器那么昂贵。因此对于调速要求不太高的场合，调压 调速还是有它的应用范围的。本次课程设计运用Siimiliiik仿真，自 己以前并没有接触很多这方面的知识，通过做这个课程设计，一方面 自己学会Sumiluik仿真这个很好用的工具，同时也使自己对于绕线 式异步电动机的几种调速方法（变极、变频、变转差）以及异步电动 机的能量传输及转化有了进一步认识，同时