三相異步電機電機拖動課程設計

1、指導教師評定成績： 審定成績： 重 慶 郵 電 大 學 移 通 學 院課程設計報告 設計題目： 三相異步電動機的調速 學 校： 學 生 姓 名： 專 業(yè)： 自動化 班 級： 學 號： 指 導 教 師： 設計時間2014年12月重慶郵電大學移通學院目錄一、 設計報告任務書. 3二、 設計報告正文1. 三相異步電動機的工作原理.42. 固有機械特性.53. 參數(shù)計算.74. Simulink仿真.95. 能量傳遞分析.11三、 設計總結.13四、 參考文獻.14課程設計任務書一臺4級三相異步電動機，已知數(shù)據為：額定功率PN = 50kW， Un = 380 V，nN = 1480r/min，R1

2、=1.03，R2 =1.02，X10=1.03，X20=4.4，R0 =7，X0=90，鐵耗為50W，最大電流為額定電流的2倍，效率為90%。試求：1.若維持轉軸上的負載為額定轉矩，采用恒控制，通過編程，繪制出不同供電頻率下三相異步電機的機械特性。使電機降壓啟動，計算電壓和其它參數(shù)，做出機械特性圖。2.分析能量的傳遞。用Matlab中的SIMULINK設計調速仿真模型(其余仿真參數(shù)可自行設定)，并仿真不同情況下的圖形。3.計算題目為仿真基頻向下調速機械特性圖及計算當要求電機拖動位能性負載勻速以800轉下提升重物時的頻率為多大。設計報告正文1. 原理描述三相異步電機(Triple-phase a

3、synchronous motor)是靠同時接入380V三相交流電源（相位差120度）供電的一類電動機，由于三相異步電機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速成旋轉，存在轉差率，所以叫三相異步電機。額定頻率稱為基頻，變頻調速時，可以從基頻向上調，也可以從基頻向下調。從基頻向上變頻調速：升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調速時，只能保持電壓為UN不變，頻率越高，磁通越低，是一種降低磁通升速的方法，類似他勵直流電動機弱磁升速情況。三相異步電動機變頻調速具有以下幾個特點：（1） 從基頻向下調速，為恒轉矩調速方式；從基頻向上調速，近似為恒功率調速方式；（2） 調速范圍大；（3） 轉速穩(wěn)定性

4、好；（4） 運行時s小。效率高；（5） 頻率f1可以連續(xù)調節(jié)，變頻調速為無級調速。異步電動機變頻調速具有很好的調速性能，可與直流電動機調速相媲美。2. 固有機械特性下面用MATLAB畫出其機械特性圖：編程如下：u=380/sqrt(3);m=3;p=2;R1=1.03;R2=1.02;X10=1.03;X20=4.4;for b=1:2 if b=1 f=50; elseif b=2 f=100; end n1=60*f/p;u1=u;for a=1:1:2000 S=a/2000; n=n1*(1-S); Tem=m*p/(2*pi)*(u1/f)2*f*R2/S/(R1+R2/S)2+(X

5、10+X20)2);plot(Tem,n);hold on;endhold on;endxlabel('Torquen.m');ylabel('Speedr/min');title('Mechanical characterristic with u1=u');xlim(0,105);text(10,1400,'f=50Hz');text(10,2300,'f=100Hz');圖2.固有機械特性圖3. 參數(shù)計算三相異步電動機轉速公式為：n=60f(1-s)/p根據異步電動機定子每相電動勢有效值的公式：額定轉差率sN

6、=1500-14801500=0.013調速后轉差率：s1=n1-nn1=n1-800n1轉差率與頻率的倒數(shù)：s1f額定負載轉矩：TN=PN2nN60=額定轉差率與調速后轉差率之比：SNS1 =1fN1f1同步轉速：n1=60f1np調速后的電壓：Unfn=U1f1 調速前的電磁轉矩：Te=3npUn2R2s2fNR1+R2s2+X10+X202 =340Nm由以上公式可得：U1=115.9V f1=15.5Hz電機拖動位能性負載轉矩不變，所以電機的定子和轉子電流不變。定子電流：I1=UnR1+X10R2SN+jX20R0+X0R2SN+jX20+R0+X0=11A轉子電流：I2=I1+R0+

7、X0R2SN+jX20+R0+X0=9.6A4. Simulink仿真： 圖3.三相異步電動機調速模型電機參數(shù)設置如下：仿真后示波器結果為：5. 能量傳遞分析：調速前電磁功率：Pem=Te2nN60=53407W轉子損耗：P=Pem-PN=3407W調速后電磁功率不變，輸出功率：P2=TN2n60=26975W轉子調速后損耗：P=Pem-P2=26432W下面分析損耗去向：調速前： 定子銅耗：Pcu1=3I12R1=373.89W 轉子銅耗：Pcu2=3I22R2=282.01W電磁功率：Pem=53407W總機械功率：P總=1-sPem=52712.71W總輸入功率：P1=Pcu1+Pem+

8、PFe=53830.89W空載損耗：調速后：I1I2，定子銅耗，電磁功率不變定子銅耗不變：Pcu1=3I12R1=373.89W電磁功率不變：Pem=53407W轉子銅耗增加：Pcu2=sPem=24941.069W總機械功率減少：P總=1-sPem=28465.931W總輸入功率不變：P1=Pcu1+Pem+PFe=53830.89W空載損耗減少:P0=Pem-P2=26432W轉速越低時s越大，那么機械功率部分變小，而轉子銅耗增大。說明變頻調速適用于恒轉矩負載。設計總結異步電動機的起動問題是它在運行中的一個特殊問題。常用的方法有自耦變壓器降壓起動、Y-起動、軟起動、定子串電阻降壓起動等。在

9、電網和負載兩方面都允許全壓直接起動的情況下，鼠籠式異步電動機仍以直接起動為宜，因為操縱控制方便，而且比較經濟。自耦降壓起動器是經常被用來起動較大容量鼠籠式異步電動機的降壓起動裝置。雖然自耦降壓起動器是一種老式的起動設備，但利用自耦變壓器的多觸頭降壓，既能適應不同負載起動的需要，又能得到更大的起動轉矩，加之還因裝設有熱繼電器和低電壓脫扣器而具有較完善的過載和失壓保護，所以，至今仍被廣泛應用。直接起動固然起動轉矩較大，對于重型負載有利，但對一般的輕型負載來說,就有可能發(fā)生機械沖擊，從而導致傳動皮帶被撕裂、齒輪被打壞等事故。盡管直接起動方法簡單，起動設備也簡單，價格便宜，但為了限制電壓和機械的沖擊，

10、以及保證電網的供電質量，在某種場合，就得采取降壓起動方式，或者在繞線式異步電動機的轉子電路中串入阻抗進行起動。對于正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動機來說，如果在起動時將定子繞組接成星形，待起動完畢后再接成三角形，就可以降低起動電流，減輕它對電網的沖擊。采用星三角起動方式時，電流特性很好，而轉矩特性較差，所以客觀存在只適用于無載或者輕載起動的場合。換句話說，由于起動轉矩小，星三角起動的優(yōu)點還是很顯著的，因為基于這個起動原理的星三角起動器，同任何別的降壓起動器相比較，其結構最簡單，價格也最便宜。除此之外，星三角起動方式還有一個優(yōu)點，即當負載較輕時，可以讓電動機在星形接法下運行。此時，

11、額定轉矩與負載可以匹配，這樣能使電動機的效率有所提高，并因之節(jié)約了電力消耗。眾所周知，自耦降壓起動器的最大優(yōu)點是起動轉矩較大，當其繞組觸頭在80%處時，起動轉矩可達直接起動時的64%。設電動機的起動轉矩為其額定轉矩的1.4倍，則在降壓起動時，線電流為直接起動時的64%，起動轉矩為額定轉矩的90%。然而據調查，自耦降壓起動器多半工作于65%觸頭處，而且起動也頗順利。根據分析，此時電動機的起動轉矩為直接起動時的42%，與星三角起動時的1/3比較，只不過大89%而已。可以預計，在這種場合采用星三角起動器也未嘗不可，何況實際上也有飼料粉碎機、水泵等采用星三角降壓起動而運轉正常的例子。如果顧及到高起動轉矩