三相異步電機(jī)電機(jī)拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)

1、指導(dǎo)教師評(píng)定成績： 審定成績： 重 慶 郵 電 大 學(xué) 移 通 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)題目： 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 學(xué) 校： 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 設(shè)計(jì)時(shí)間2014年12月重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院目錄一、 設(shè)計(jì)報(bào)告任務(wù)書. 3二、 設(shè)計(jì)報(bào)告正文1. 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理.42. 固有機(jī)械特性.53. 參數(shù)計(jì)算.74. Simulink仿真.95. 能量傳遞分析.11三、 設(shè)計(jì)總結(jié).13四、 參考文獻(xiàn).14課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一臺(tái)4級(jí)三相異步電動(dòng)機(jī)，已知數(shù)據(jù)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(zhuǎn)軸上的負(fù)載為額定轉(zhuǎn)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(jī)的機(jī)械特性。使電機(jī)降壓啟動(dòng)，計(jì)算電壓和其它參數(shù)，做出機(jī)械特性圖。2.分析能量的傳遞。用Matlab中的SIMULINK設(shè)計(jì)調(diào)速仿真模型(其余仿真參數(shù)可自行設(shè)定)，并仿真不同情況下的圖形。3.計(jì)算題目為仿真基頻向下調(diào)速機(jī)械特性圖及計(jì)算當(dāng)要求電機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載勻速以800轉(zhuǎn)下提升重物時(shí)的頻率為多大。設(shè)計(jì)報(bào)告正文1. 原理描述三相異步電機(jī)(Triple-phase a

3、synchronous motor)是靠同時(shí)接入380V三相交流電源（相位差120度）供電的一類電動(dòng)機(jī)，由于三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速成旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率，所以叫三相異步電機(jī)。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)。從基頻向上變頻調(diào)速：升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調(diào)速時(shí)，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(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁升速情況。三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1） 從基頻向下調(diào)速，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；從基頻向上調(diào)速，近似為恒功率調(diào)速方式；（2） 調(diào)速范圍大；（3） 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性

4、好；（4） 運(yùn)行時(shí)s小。效率高；（5） 頻率f1可以連續(xù)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速為無級(jí)調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有很好的調(diào)速性能，可與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速相媲美。2. 固有機(jī)械特性下面用MATLAB畫出其機(jī)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(jī)械特性圖3. 參數(shù)計(jì)算三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=60f(1-s)/p根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢有效值的公式：額定轉(zhuǎn)差率sN

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

7、X0R2SN+jX20+R0+X0=9.6A4. Simulink仿真： 圖3.三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速模型電機(jī)參數(shù)設(shè)置如下：仿真后示波器結(jié)果為：5. 能量傳遞分析：調(diào)速前電磁功率：Pem=Te2nN60=53407W轉(zhuǎn)子損耗：P=Pem-PN=3407W調(diào)速后電磁功率不變，輸出功率：P2=TN2n60=26975W轉(zhuǎn)子調(diào)速后損耗：P=Pem-P2=26432W下面分析損耗去向：調(diào)速前： 定子銅耗：Pcu1=3I12R1=373.89W 轉(zhuǎn)子銅耗：Pcu2=3I22R2=282.01W電磁功率：Pem=53407W總機(jī)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(diào)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(zhuǎn)子銅耗增加：Pcu2=sPem=24941.069W總機(jī)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(zhuǎn)速越低時(shí)s越大，那么機(jī)械功率部分變小，而轉(zhuǎn)子銅耗增大。說明變頻調(diào)速適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。設(shè)計(jì)總結(jié)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)問題是它在運(yùn)行中的一個(gè)特殊問題。常用的方法有自耦變壓器降壓起動(dòng)、Y-起動(dòng)、軟起動(dòng)、定子串電阻降壓起動(dòng)等。在

9、電網(wǎng)和負(fù)載兩方面都允許全壓直接起動(dòng)的情況下，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)仍以直接起動(dòng)為宜，因?yàn)椴倏v控制方便，而且比較經(jīng)濟(jì)。自耦降壓起動(dòng)器是經(jīng)常被用來起動(dòng)較大容量鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)裝置。雖然自耦降壓起動(dòng)器是一種老式的起動(dòng)設(shè)備，但利用自耦變壓器的多觸頭降壓，既能適應(yīng)不同負(fù)載起動(dòng)的需要，又能得到更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，加之還因裝設(shè)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(hù)，所以，至今仍被廣泛應(yīng)用。直接起動(dòng)固然起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，對(duì)于重型負(fù)載有利，但對(duì)一般的輕型負(fù)載來說,就有可能發(fā)生機(jī)械沖擊，從而導(dǎo)致傳動(dòng)皮帶被撕裂、齒輪被打壞等事故。盡管直接起動(dòng)方法簡單，起動(dòng)設(shè)備也簡單，價(jià)格便宜，但為了限制電壓和機(jī)械的沖擊，

10、以及保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量，在某種場合，就得采取降壓起動(dòng)方式，或者在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入阻抗進(jìn)行起動(dòng)。對(duì)于正常運(yùn)行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)來說，如果在起動(dòng)時(shí)將定子繞組接成星形，待起動(dòng)完畢后再接成三角形，就可以降低起動(dòng)電流，減輕它對(duì)電網(wǎng)的沖擊。采用星三角起動(dòng)方式時(shí)，電流特性很好，而轉(zhuǎn)矩特性較差，所以客觀存在只適用于無載或者輕載起動(dòng)的場合。換句話說，由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，星三角起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)還是很顯著的，因?yàn)榛谶@個(gè)起動(dòng)原理的星三角起動(dòng)器，同任何別的降壓起動(dòng)器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡單，價(jià)格也最便宜。除此之外，星三角起動(dòng)方式還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，可以讓電動(dòng)機(jī)在星形接法下運(yùn)行。此時(shí)，

11、額定轉(zhuǎn)矩與負(fù)載可以匹配，這樣能使電動(dòng)機(jī)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(dòng)器的最大優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，當(dāng)其繞組觸頭在80%處時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)直接起動(dòng)時(shí)的64%。設(shè)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為其額定轉(zhuǎn)矩的1.4倍，則在降壓起動(dòng)時(shí)，線電流為直接起動(dòng)時(shí)的64%，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的90%。然而據(jù)調(diào)查，自耦降壓起動(dòng)器多半工作于65%觸頭處，而且起動(dòng)也頗順利。根據(jù)分析，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為直接起動(dòng)時(shí)的42%，與星三角起動(dòng)時(shí)的1/3比較，只不過大89%而已。可以預(yù)計(jì)，在這種場合采用星三角起動(dòng)器也未嘗不可，何況實(shí)際上也有飼料粉碎機(jī)、水泵等采用星三角降壓起動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)正常的例子。如果顧及到高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩