电机研究型学习报告.docx
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电机研究型学习报告
感应电动机的机械特性和速度控制方法的研究性学习
1.感应电动机固有机械特性与各种人为机械特性对比。
三相异步电动机的固有机械特性是指在额定电压、额定频率下，按规定的接线方式接线，定、转子无外接电阻（电感或电容）时，电动机转速与电磁转矩的关系，如图所示，其中曲线1为电动机正向旋转时固有机械特性；曲线2为反向旋转时固有特性。
人为机械特性是人为的改变异步电动机的一个参数或电源参数，保持其他参数不变而得到的机械特性。
可供改变的量有：
电源电压、电源频率、极对数p、定子电路电阻或电抗和转子电路电流或电抗。
（1）
降低定子电压时的人为机械特性
电源电压降低时的人为机械特性是一组过同步转速、临界转差率不变、最大转矩和启动转矩均与成比例下降的曲线簇。
机械特性曲线如图所示：
（2）转子电路串对称电阻时的人为机械特性
转子电路串对称电阻的人为特性是一组过同步转速点、最大转矩不变、临界转差率随转子电阻增加而成比例增大的线簇，如下图所示：
Matlab仿真：
算例
一台三相感应电动机：
=17kW，
=380V，
=50Hz,
，定子绕组三角形联结，
=0.715Ω，
=1.74Ω,
=0.416Ω,
=3.03Ω,
=75Ω,
=6.2Ω。
降低电源电压的人为机械特性
源程序如下：
clc
clear
symsU1POLESFNR1R21X1X21RMXMNSS...
TEN2;
FN=50;R1=0.715;R21=0.416;X1=1.74;
X21=3.03;RM=6.2;XM=75;POLES=2;
ZM=RM+j*XM;Z1=R1+j*X1;
NS=60*FN/POLES;
form=1:
4
ifm==1
U1=380;
elseifm==2
U1=300;
elseifm==3
U1=250;
elseifm==4
U1=180;
end
fori=1:
2000;
S=i/2000;
N2=NS*（1-S）;
TE=3*POLES/（2*pi*FN）*（U1^2*R21/S）/（（R1+R21/S）^2+（X1+X21）^2）;
plot（TE,N2）;
holdon;
end
仿真结果：
转子回路串入对称电阻人为机械特性：
源程序：
clc
clear
symsU1POLESFNR1R21X1X21RMXMNSS...
TEN2;
U1=220;FN=50;R1=0.715;X1=1.74;
X21=3.03;RM=6.2;XM=75;POLES=2;
ZM=RM+j*XM;Z1=R1+j*X1;
NS=60*FN/POLES;
form=1:
4
ifm==1
R21=0.416+0.1;
elseifm==2
R21=0.416+0.2;
elseifm==3
R21=0.416+0.3;
elseifm==4
R21=0.416+0.4;
end
fori=1:
2000;
S=i/2000;
N2=NS*（1-S）;
TE=3*POLES/（2*pi*FN）*（U1^2*R21/S）/（（R1+R21/S）^2+（X1+X21）^2）;
plot（TE,N2）;
holdon;
end
仿真结果：
2、通过对算例的分析和研究，分别对感应电动机变频调速的方法中基频之上调速和基频之下调速进行分析，并分析得到相应情况下的感应电动机转矩和转速曲线。
研究基频之下进行恒压频比调速和恒磁通调速时的机械特性。
变频调速原理及其机械特性
改变异步电动机定子绕组供电电源的频率，可以改变同步转速n，从而改变转速。
如果频率连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。
如果改变频率，且保持定子电源电压不变，则气隙每极磁通将增大，会引起电动机铁芯磁路饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机，这是不允许的。
因此，降低电源频率时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通的目的。
（1）基频以下变频调速
如果改变频率，且保持定子电源电压不变，则气隙每极磁通将增大，会引起电动机铁芯磁路饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机，这是不允许的。
因此，降低电源频率时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通的目的。
仿真：
改变电源频率，将其变为50Hz，由于这是基频以下调速，所以为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率时，保持U1/F1为常数，源程序如下：
Clc
Clear
symsU1nNphPolesFe0Fe1Fe2Fe3Fe4NnR1R2pX10X20pRmXm0X1X2p...
Ns0XmZeq1Z1E1nSnE1NsmSNr1Tem1iF1;
U1n=380;Nph=3;Poles=2;Fe0=50;
Nn=1480;R1=0.715;R2p=0.416;X10=1.74;
X20p=4.4;Rm=6.2;Xm0=75;
Ns0=60*Fe0/Poles;
Sn=（Ns0-Nn）/Ns0;
Z1=R1+X10;
Zeq1=（Rm+j*Xm0）*（R2p/Sn+X20p）/（（Rm+j*Xm0）+（R2p/Sn+j*X20p））;
E1n=abs（Zeq1/（Zeq1+Z1）*U1n）;
Fe1=50;Fe2=35;Fe3=25;Fe4=10;
form=1:
4
ifm==1
F1=Fe1;
elseifm==2
F1=Fe2;
elseifm==3
F1=Fe3;
elseifm==4
F1=Fe4;
end
Ns=60*F1/Poles;
X1=X10*（F1/Fe0）;
X2p=X20p*（F1/Fe0）;
Xm=Xm0*（F1/Fe0）;
U1=U1n/50*F1;
fori=1:
2000
S=i/2000;
Nr1=Ns*（1-S）;
Tem1=Nph*Poles/（2*pi）*（U1/F1）^2*（F1*R2p/S/（（R2p/S）^2+（X1+X2p）^2））;
plot（Tem1,Nr1）;
holdon;
end
仿真结果：
（2）基频以上变频调速仿真
从基频向上调节时，升高电源电压是不允许的，所以应该采用恒压控制方式。
源程序如下：
clc
clear
symsU1nNphPolesFe0Fe1Fe2Fe3Fe4Fe5NnR1R2pX10X20pRmXm0X1X2p...
Ns0XmZeq1Z1E1nSnE1NsmSNr1Tem1iF1;
U1n=380;Nph=3;Poles=2;Fe0=50;
Nn=1480;R1=0.715;R2p=0.416;X10=1.74;
X20p=3.03;Rm=6.2;Xm0=75;
Ns0=60*Fe0/Poles;
Sn=（Ns0-Nn）/Ns0;
Z1=R1+X10;
Zeq1=（Rm+j*Xm0）*（R2p/Sn+X20p）/（（Rm+j*Xm0）+（R2p/Sn+j*X20p））;
E1n=abs（Zeq1/（Zeq1+Z1）*U1n）;
Fe1=50;Fe2=60;Fe3=70;Fe4=80;Fe5=100
form=1:
5
ifm==1
F1=Fe1;
elseifm==2
F1=Fe2;
elseifm==3
F1=Fe3;
elseifm==4
F1=Fe4;
elseifm==5
F1=Fe5;
end
Ns=60*F1/Poles;
X1=X10*（F1/Fe0）;
X2p=X20p*（F1/Fe0）;
Xm=Xm0*（F1/Fe0）;
U1=U1n;
fori=1:
2000
S=i/2000;
Nr1=Ns*（1-S）;
Tem1=Nph*Poles/（2*pi）*（U1/F1）^2*（F1*R2p/S/（（R2p/S）^2+（X1+X2p）^2））;
plot（Tem1,Nr1）;
holdon;
end
仿真结果：
综合以上仿真结果，得出三相感应电动机变频调速的特点如下：
（1）从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式。
（2）调速范围广
（3）转速稳定性好
（4）运行时s小，效率高
（5）频率F1可以连续调节，变频调速为无极调速。
结论
本次研究型学习取得的成果主要有：
（1）研究三相异步电动机的机械特性曲线和人为机械特性曲线，在MATLAB中编程，并对异步电动机的机械特性和人为特性进行仿真。
（2）研究三相异步电动机的调速特性曲线，在MATLAB中编程绘制三相异步电动机调速仿真模型，并仿真了基频向下和基频向上调速。
在此次研究型学习过程中，我对感应电动机的机械特性以及调速有了更深刻的认识。
我查阅了关于电动机系统仿真的技术文献，在电动机系统的仿真上做了许多的工作，实现了对三相异步电动机各工作特性的分析与仿真。
在借鉴前人研究的经验和教训的基础上，对三相异步电动机各工作特性的进行了MATLAB仿真。
MATLAB是一个高级的数学分析和运算软件，可用动作系统的建模和仿真。
在分析三相异步电动机物理和数学模型的基础上，应用MATLAB软件进行仿真是一个复杂的过程，由于我水平有限，报告中难免有缺陷，还希望老师提出批评和改正意见。
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