鼠笼式异步电机matlab仿真实验和计算江苏大学.docx
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鼠笼式异步电机matlab仿真实验和计算江苏大学
(为了方便学弟学妹,我这里贡献一下下,至于每个程序的R1该取什么值,丫的,学了半年电机我也没搞清。
如果有知道的,不吝赐教。
嘿嘿,可以给我的XXID发消息告诉我!
)
四、仿真实验
(1)根据空载、短路试验计算出异步电动机的T型等效电路各参数;
程序部分:
clear;
Uk=68.76;Ik=0.480/sqrt(3);Pk=25.9;%堵转试验,额定电流时数据
U0=220;I0fai=0.1397;P0=23.67;%空载试验,额定电压时数据
R1=44.6;%20.5℃
Pfe=8.9;Pmec=12.3;Pomega=Pmec;
Zk=Uk/Ik;
Rk=Pk/(3*Ik^2);
Xk=sqrt(Zk^2-Rk^2);
R2=Rk-R1;
X2=1/2*Xk;X1=X2;
Z0=U0/I0fai;
R0=P0/(3*I0fai^2);
X0=sqrt(Z0^2-R0^2);
Xm=X0-X1;
Rm=Pfe/(3*I0fai^2);
fprintf('\n');
fprintf('电动机参数:
\n');
fprintf('温度:
20.5℃\n');
fprintf('R1=%5.3fΩX1=%5.3fΩ\n',R1,X1);
fprintf('R2=%5.3fΩX2=%5.3fΩ\n',R2,X2);
fprintf('Rm=%5.3fΩXm=%5.3fΩ\n',Rm,Xm);
fprintf('Pfe=%5.3fWPΩ=%5.3fW\n',Pfe,Pomega);
输出结果:
电动机参数:
温度:
20.5℃
R1=44.600ΩX1=110.595Ω
R2=67.813ΩX2=110.595Ω
Rm=152.011ΩXm=1411.430Ω
Pfe=8.900WPΩ=12.300W
(2)用MATLAB编程计算该电机在额定运行情况下的转速、转差率、定子电流、转子电流、定子功率因数、电磁转矩、输出转矩、输入功率、输出功率及效率;
程序部分:
clear;
Pn=100;m=3;p=2;f=50;Un=220;Pomega=12.3;Pdelta=140.2*0.005;
R1=54.1135;X1=110.595;R2=67.81;X2=110.595;Rm=152.011;Xm=1411.430;
%R1为75度时电阻
Z1=R1+j*X1;Zm=Rm+j*Xm;
fprintf('额定点计算迭代过程:
\n');
s0=0.001;K=0;P2=0;s=s0;
whileabs(P2-Pn)/Pn>1e-6
Z2=R2/s+j*X2;
I11=Un/(Z1+Z2*Zm/(Z2+Zm));
I1=abs(I11);
COSfai=cos(angle(I11));
P1=m*Un*I1*COSfai;
I2=I1*abs(Zm/(Zm+Z2));
Im=I1*abs(Z2/(Zm+Z2));
Pcu1=3*I1^2*R1;
Pfe=3*Im^2*Rm;
Pcu2=3*I2^2*R2;
P2=P1-(Pcu1+Pfe+Pcu2+Pomega+Pdelta);
s=s*(Pn/P2);
K=K+1;
fprintf('K=%d\t',K);
fprintf('P2=%5.2fW\n',P2);
end
Eta=P2/P1*100;
N=(3000/p)*(1-s);
Te=(m*I2^2*((1-s)/s)*R2)/(2*pi*N/60);
T2=P2/(2*pi*N/60);
fprintf('\n额定点数据输出:
\n');
fprintf('转速:
n=%5.2fr/min\n',N);
fprintf('转差率s=%5.3f\n',s);
fprintf('定子电流:
I1=%5.2fA\n',I1);
fprintf('转子电流:
I2=%5.2fA\n',I2);
fprintf('功率因数:
cosΦ=%5.2f\n',COSfai);
fprintf('电磁转矩:
Te=%5.3fN.m\n',Te);
fprintf('输出转矩:
T2=%5.3fN.m\n',T2);
fprintf('输入功率:
P1=%5.2fW\n',P1);
fprintf('输出功率:
P2=%5.2fW\n',P2);
fprintf('效率:
η=%5.2f%%\n',Eta);
输出结果:
额定点计算迭代过程:
K=1P2=-11.18W
K=2P2=-29.71W
K=3P2=37.82W
K=4P2=100.89W
K=5P2=100.18W
K=6P2=100.04W
K=7P2=100.01W
K=8P2=100.00W
K=9P2=100.00W
K=10P2=100.00W
额定点数据输出:
转速:
n=1381.86r/min
转差率s=0.079
定子电流:
I1=0.28A
转子电流:
I2=0.22A
功率因数:
cosΦ=0.77
电磁转矩:
Te=0.781N.m
输出转矩:
T2=0.691N.m
输入功率:
P1=143.55W
输出功率:
P2=100.00W
效率:
η=69.66%
(3)用MATLAB编程计算:
a、固有机械特性;b、降压人工机械特性(至少三组);c、转子电阻增加人工机械特性(至少三组)上对应的临界转差率、最大转矩、起动转矩和起动电流,并输出机械特性图;
(a)
程序部分:
clear;
R1=44.6;X1=110.595;R2=67.813;X2=110.595;Rm=152.001;Xm=1411.430;
U0=220;
%以上根据电机参数输入
m=3;p=2;f=50;
Ns=60*f/p;
c=1+X1/Xm;
sm=c*R2/sqrt(R1^2+(X1+c*X2)^2);
Tmax=m*U0^2/((2*pi*Ns/60)*(2*c*(R1+sqrt(R1^2+(X1+c*X2)^2))));
Tst=m*U0^2*R2/((2*pi*Ns/60)*((R1+c*R2)^2+(X1+c*X2)^2));
Ist=U0/(Xm*(c+X1/X2))+U0/sqrt((R1+c*R2)^2+(X1+c*X2)^2);
s=0:
0.01:
1;
L=length(s);
fork=1:
L;
n(k)=(1-s(k))*Ns;
Te(k)=m*U0^2*R2/s(k)/((2*pi*Ns/60)*((R1+c*R2/s(k))^2+(X1+c*X2)^2));
end
plot(n,Te,'k-');
xlabel('转速n(r/min)');
ylabel('转矩Te(N.m)');
gridon;
fprintf('\n');
fprintf('临界转差率:
sm=%5.3f\n',sm);
fprintf('最大转矩:
Tmax=%5.2fN.m\n',Tmax);
fprintf('起动转矩:
Tst=%5.3fN.m\n',Tst);
fprintf('起动电流:
Ist=%5.2fA\n',Ist);
输出结果:
临界转差率:
sm=0.312
最大转矩:
Tmax=1.54N.m
起动转矩:
Tst=0.940N.m
起动电流:
Ist=0.93A
(b)
程序部分:
clear;
R1=44.6;X1=110.595;R2=67.813;X2=110.595;Rm=152.001;Xm=1411.430;
U0=[100160190220];
%以上根据电机参数输入,电压值由小到大任意选择四个
%若取得电压值是x个,则把最后以后for语句改为i=1:
4即可
L1=length(U0);
fori=1:
L1;
m=3;p=2;f=50;
Ns=60*f/p;
c=1+X1/Xm;
sm(i)=c*R2/sqrt(R1^2+(X1+c*X2)^2);
Tmax(i)=m*U0(i)^2/((2*pi*Ns/60)*(2*c*(R1+sqrt(R1^2+(X1+c*X2)^2))));
Tst(i)=m*U0(i)^2*R2/((2*pi*Ns/60)*((R1+c*R2)^2+(X1+c*X2)^2));
Ist(i)=U0(i)/(Xm*(c+X1/X2))+U0(i)/((R1+c*R2)^2+(X1+c*X2)^2);
s=0:
0.01:
1;
L2=length(s);
fork=1:
L2;
n(k)=(1-s(k))*Ns;
Te(k)=m*U0(i)^2*R2/s(k)/((2*pi*Ns/60)*((R1+c*R2/s(k))^2+(X1+c*X2)^2));
end
plot(n,Te,'K-');
xlabel('转速n(r/min)');
ylabel('转矩Te(N.m)');
gridon;
holdon;
end
fprintf('\n\n');
fprintf('线电压临界转差率最大转矩起动转矩起动电流\n');
fprintf('U0/VsmTmax/N.mTst/N.mIst/A\n');
fori=1:
4;
fprintf('%5.1f%5.3f%5.3f%5.3f%5.3f\n',U0(i),sm(i),Tmax(i),Tst(i),Ist(i));
end
输出结果:
线电压临界转差率最大转矩起动转矩起动电流
U0/VsmTmax/N.mTst/N.mIst/A
100.00.3120.3180.1940.036
160.00.3120.8130.4970.057
190.00.3121.1470.7010.068
220.00.3121.5380.9400.078
(c)
程序部分:
clear;
R1=44.6;X1=110.595;X2=110.595;Xm=1411.430;U0=220;
R2=[67.81385110150];
L3=length(R2);
%以上电阻数据任意输入四个,如果不是四个,修改方式如answer3b相同
fori=1:
L3;
m=3;p=2;f=50;
Ns=60*f/p;
c=1+X1/Xm;
sm(i)=c*R2(i)/sqrt(R1^2+(X1+c*X2)^2);
Tmax(i)=m*U0^2/((2*pi*Ns/60)*(2*c*(R1+sqrt(R1^2+(X1+c*X2)^2))));
Tst(i)=m*U0^2*R2(i)/((2*pi*Ns/60)*((R1+c*R2(i))^2+(X1+c*X2)^2));
Ist(i)=U0/(Xm*(c+X1/X2))+U0/((R1+c*R2(i))^2+(X1+c*X2)^2);
s=0:
0.01:
1;
L4=length(s);
fork=1:
L4;
n(k)=(1-s(k))*Ns;
Te(k)=m*U0^2*R2(i)/s(k)/((2*pi*Ns/60)*((R1+c*R2(i)/s(k))^2+(X1+c*X2)^2));
end
plot(n,Te,'k-');
xlabel('转速n(r/min)');
ylabel('转矩Te(N.m)');
gridon;
holdon;
end
fprintf('\n\n');
fprintf('转子电阻临界转差率最大转矩起动转矩起动电流\n');
fprintf('R2/ΩsmTmax/N.mTst/N.mIst/A\n');
fori=1:
4;
fprintf('%5.3f%5.3f%5.2f%5.3f%5.2f\n',R2(i),sm(i),Tmax(i),Tst(i),Ist(i));
end
输出结果:
转子电阻临界转差率最大转矩起动转矩起动电流
R2/ΩsmTmax/N.mTst/N.mIst/A
67.8130.3121.540.9400.93
85.0000.3911.541.1000.90
110.0000.5071.541.2790.86
150.0000.6911.541.4530.79
(4)绘制异步电机工作特性曲线,即电动机在额定电压、额定频率下输入功率
、定子电流
、效率
、功率因数
及转差率
与输出功率
的关系曲线;
程序部分:
clear;
Pomega=12.3;Pdelta=140.2*0.005;
R1=44.6;X1=110.595;R2=67.813;X2=110.595;Rm=152.001;Xm=1411.430;
U0=220;
%以上依据电机参数输入
Z1=R1+j*X1;Zm=Rm+j*Xm;
m=3;p=2;f=50;Un=220;
Ns=60*f/p;
c=1+X1/Xm;
sm=c*R2/sqrt(R1^2+(X1+c*X2)^2);
s=0:
0.001:
1;
L=length(s);
fork=1:
L;
Z2(k)=R2/s(k)+j*X2;
n(k)=(1-s(k))*Ns;
c=1+X1/Xm;
I11(k)=U0/(Z1+Z2(k)*Zm/(Z2(k)+Zm));
I1(k)=abs(I11(k));
cosfai(k)=cos(angle(I11(k)));
P1(k)=m*U0*I1(k)*cosfai(k);
I2(k)=abs(Zm/(Zm+Z2(k)))*I1(k);
Im(k)=abs(Z2(k)/(Zm+Z2(k)))*I1(k);
Pfe(k)=m*Im(k)*Im(k)*Rm;
Pcu1(k)=m*I1(k)*I1(k)*R1;
Pcu2(k)=m*I2(k)*I2(k)*R2;
P2(k)=P1(k)-(Pcu1(k)+Pcu2(k)+Pfe(k)+Pomega+Pdelta);
Te(k)=m*I2(k)*I2(k)*((1-s(k))/s(k))*R2/(2*pi*n(k)/60);
T2(k)=P2(k)/((2*pi*n(k))/60);
eta(k)=P2(k)/P1(k)*100;
if(s(k)P12(k)=P1(k);%不包含不稳定运行时电机的相关参数值
I12(k)=I1(k);
eta2(k)=eta(k);
cosfai2(k)=cosfai(k);
P22(k)=P2(k);
s2(k)=s(k);
end
end
figure
(1);
plot(P22,P12,'k-');
xlabel('输出功率P2/W');
ylabel('输入功率P1/W');
axis([0,180,0,300]);
gridon;
holdon;
figure
(2);
plot(P22,I12,'k-');
xlabel('输出功率P2/W');
ylabel('定子电流I1/A');
axis([0,180,0,0.6]);
gridon;
holdon;
figure(3);
plot(P22,eta2,'k-');
xlabel('输出功率P2/W');
ylabel('额定效率η/%');
axis([0,180,0,80]);
gridon;
holdon;
figure(4);
plot(P22,cosfai2,'k-');
xlabel('输出功率P2/W');
ylabel('功率因数cosφ');
axis([0,180,0,0.90]);
gridon;
holdon;
figure(5);
plot(P22,s2,'k-');
xlabel('输出功率P2/W');
ylabel('转差率s');
axis([0,180,0,0.25]);
gridon;
holdon;
输出结果:
(5)使用MATLAB中的Simulink工具及SimMechanics工具,绘制起动过程中转速、转差率、转矩、起动电流等参数随时间的变化曲线(普通班选做);
起动:
(6)使用MATLAB中的Simulink工具及SimMechanics工具,绘制调速过程中转速、转矩随时间的变化曲线(普通班选做)。
变频调速:
(仿真图如题5,只改变起动频率)
20HZ起动(上图)
100HZ起动(上图)