电机学课程设计Word下载.docx
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课程设计（论文）任务书
专业
电气工程及其自动化
班级
1202303
学生
孙兆晋
指导教师
任倩
题目
子题
设计时间
年月日至年月日共周
设计要求
一台绕线式异步电动机，Y/y连接，已知数据为：
额定功率Pn=120kW，f=50Hz,2p=4,Un=380V,nN=1440r/min,Ri=0.02QR2=0.04Q,xi=X2a=.06Q,Xm=3.6Q,ki=ke=2，忽略铁耗。
试^求
设计内容：
1.右维持转轴上的负载转矩为额疋转矩，使转速下降到1000r/min，米
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SIMULK设计调压调速仿真模型。
2.右维持转轴上的负载转矩为额疋转矩，使转速下降到900r/min，米
用变频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
SIMULK设计调压调速仿真模型。
3.若维持转轴上的负载转矩为额定转矩，采用串电阻调速，转速下降
到1000r/min，分析能量的传递。
1原理描述
1.1三相异步电动机的调速
三相异步电动机的转子转速可由下式子给出:
根据上式，三相异步电动机的调速方法通常采取以下三种：
（1）改变定子电压的调压调速，属于改变转差率的调速；
（2）变频调速；
（3）转子串电阻调速，也属于改变转差率的调速。
1.2三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率以及参数固定的条件下，机械轴上的转子转速n和电磁转矩Tem之间的关系n=f（Tem）。
利用等效电路可
以很方便地获得各种形式的机械特性表达式
机械特性参数表达式如下：
上式给出了电磁转矩Tem与转差率S之间的关系，若将电磁转矩Tem作为横坐
标轴，转子转速n作为纵坐标轴，并考虑到转子转速n=n1（1-s），则可得到三
1.3改变定子电压的调压调速
由式（1-2）可知，仅降低定子电压时，由于同步速①不变，故不同电压下的人工机械特性均通过同步运行点。
考虑到最大电磁转矩Tem和启动转矩Tst皆与定子电压的平方U；
成正比，而产生Tem所对应的临界转差率Sm与5无关。
根据这些特点绘出不同定子电压Ui下的人工机械如下所示：
图1.2改变定子电压Ui时的人工机械特性
1.4变频调速的原理
由Ei=4.44fiNikwiGm可知，要想确保主磁通不变即恒磁通:
：
Jm调速，在变频
过程中，必须采用Ei/fi二常数控制。
考虑到三相异步电动机的定子电势Ei难以直接测量。
因此，对于实际调速
系统，通常采用Ui/fi=常数代替Ei/fi二常数实现变频调速。
将式（i-2）变形可得：
f「2
Tem晋岸）2—（7
fi[（「i「2）2（Xi；
_X2；
-）2]
s
根据式（1-3）绘出保持Ui/fi二常数时变频调速的典型机械特性如下图所示，
图1-3三相异步电动机变频调速时的机械特性（Ui/fi二常数）
1.5异步电动机串电阻调速
三相绕线式异步电动机转子串电阻的人工机械特性如下所示:
图1-4异步电动机转子串电阻的人工机械特性
m为定值。
考虑到TemrCTfcos，2，由于电源电压保持不变，故主磁通
调速过程中，为了充分利用电动机绕组，要保持12=I2N，于是有
由上式可得
2参数计算
（3-1）
（3-2）
mpU^
电磁转矩Tem'
s=876.04N•m
2巧[（Ri+Rl）2+（X/X2』]
3调压调速设计与仿真
目的速度n=1000,转差率s=0.33,由
Tem2「2[「1..「1（Xi二X2；
J2]
i
TemaxSKA空）2（xi._X2」2]
s=1
得到Temax=Tem=TemN=876.04"
.m
T_gpU
Temax2'
2n
再由
2兀办2[「“hxg+xzj]=0.0592
3.1能量的传递
3.2机械特性曲线和SIMULINK仿真
用m文件绘制调压调速机械特性曲线如下:
囚宦国連VI播舲世
90010001500200D29003COO3S0C
图3-2调压调速机械特性曲线
用SIMULINK仿真图形如下:
795.83
Conslanrt
图3-3调压调速仿真模型
额定情况下的仿真结果：
图3-4额定下的仿真结果
图3-5定子电压降低后的仿真结果
分析：
由电机原理可知，当转差率S基本保持不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比。
因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电动机转速的目的。
降压调速需要使电机的定子电压慢慢降低，这样能使电机稳定地调速到目的转速，以上就是使用该方法仿真出来的波
形。
4变频调速设计与仿真
4.1参数计算
由于转速降■:
n=1500—1440=60r/min，变频调速前后不变，因此变频后
QCf
的同步速nNi=900+60=960r/min，由n=—1得f“=32Hz;
P
根据二常数，解得U1=140V
4.2变频调速的仿真
用m文件画出的变频调速机械特性曲线如图所示:
图4-1调压调速机械特性曲线
SIMULINK仿真模型和前面调压调速一样；
得到的仿真波形结果如下:
变频调速可以保证机械特性的硬度基本不变，同时其转差率S较小,
转速稳定性高，调速范围大，所以其效率较高。
且由电机原理可知，变频调速时，基频以下为恒转矩调速方式，基频以上为恒功率调速方式。
5转子串电阻调速设计与仿真
5.1参数计算
调速后的转差率为s=0.33，由Sn=0.04，
根据式子（1-5）SnSn常数，解得R「°
.29」，尺“1.16」
5.2SIMULINK仿真
a
图4-1串电阻仿真模型及其仿真波形
异步电动机转子串入附加电阻调速，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
串入的电阻越大，电动机的转速越低。
此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。
属于有级调速，机械特性较软。
6总结
为期两周的电机学课程设计终于告一段落了，在这段时间中，我学到了很多东西，有些表面上看起来比较简单的东西，实际做起来的就不像那么简单了，
要考虑诸多参数的配合。
对于整个系统，因为课题要求是调压调速、变频调速和转子串电阻调速，所以首先从查资料入手。
在我看来，其实这一部分也是最关键的，俗话说“好的开始是成功的一半”，而这属于初期的准备工作，是一个课程设计的切入口，所以这将会觉得我的设计思路和设计角度，因此我花了大量的时间来查询手中现有的资料，并且运用网络数据，搜索了相关的文献。
然后，我复习了Matlab/Simulink的相关知识和使用方法，由于很久没有使用类似的软件，所以我花费了一段时间熟悉了Matlab/Simulink的相关使用。
最后，我就进入了真正的设计阶段，我先在纸上用所知道的点击数据进行相关计算，分别算出了调压调速、变频调速和转子串电阻调速的相应变量的具体参数，再依照资料中的模型搭建了一个三相异步电动机，然后分别通过改变电压，改变频率，改变转子电阻大小的方法实现了调速，但是我发现使用计算的参数仿真出来的波形与预计的不相符，会出现达不到理论转速或者超过理论转速的情况，因此我不断修改变量的大小，使其最后达到理论转速。
这种情况让我意识到理论数据与实际仿真的出入，也让我知道，在今后的学习中，一定要理论与实际相结合才能真正的搞明白所学的知识。
通过这次的电机学课程设计，让我对Matlab/Simulink模块有了更深入的了解，对调压调速、变频调速和转子串电阻调速的各自的特性也有了更深层次的认识。
参考文献：
[1]彭鸿才，电机原理及拖动，北京：
机械工业出版社，1994年
[2]李岚等编，电力拖动与控制，北京：
机械工业出版社，
[3]唐介，控制微电机，北京：
高等教育出版社，1987年
[4]杨长能主编，电力拖动基础，重庆：
重庆大学出版社，
[5]
2003年
1989年
李发海等编，电机学，北京：
科学出版社，1991年
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