電機課程設計

1、*電氣與電子工程學院.電機學課程設計繞線式異步電動機調壓調速學號專業(yè)班號姓名指導教師日期 20報告成績目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 一、設計題目3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 二、設計過程4三、實驗小結13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 心得體會14參考文獻16一、設計題目一臺繞線式異步電動機，Y/y連接，已知數(shù)據(jù)為：額定功率Pn= 5kW, f= 50 Hz, 2p = 4, Un= 380 V,

2、 nN = 1470 r/niiii, Ri=R=0.53 Q , xla = x2a=1.06Q , n=42.4Q , &=虬=0.02,忽略鐵耗。試求：若維持轉軸上的負載為額定轉矩，使轉速下降到1410r/niiii,采 用調壓調速方式并計算其參數(shù)，做出機械特性圖，分析能量的傳遞。 用Matlab中的SIMULINK設計調壓調速仿真模型（其余仿真參數(shù)可 自行設定），并仿真調速前后定子電流與轉子轉速波形。二、設計過程1 .原理描述異步電機具有結構簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，但 是在調速性能上比不上直流電動機。同時，直到現(xiàn)在還沒有研制出調 速性能好、價格便宜、能完全取代直流電動

3、機的異步電動機的調速系 統(tǒng)。但是人們已經(jīng)研制出各種各樣的異步電動機的調速方式，并廣泛 應用于各個領域。根據(jù)異步電動機的轉速公式：W = （1 = 7（1 一 s）P式中：f:電源頻率P :電動機的極對數(shù)S :轉差率要實現(xiàn)調速主要就是通過改變上述三個參量f、P、S,即變 極調速、變頻調速、改變轉差率調速。本次設計要闡述的調壓調速屬 于改變轉差率調速中的一種。該方案主要原理就是通過改變電壓源幅 值的大小，使得電動機運行在不同的給定特性曲線上（如下圖1）。00.64 TmTmT圖礙步電動機降低功時的人為機械符性10.25 Tm其主要優(yōu)缺點在于：優(yōu)點：操作簡單、實現(xiàn)較為容易，對于風機型負載以及水泵等應

4、 用也比較多。缺點：對于普通異步電動機帶恒定負載轉矩負載，由圖1可知其 調壓范圍很小，實用價值很小。同時如果負載轉矩接近額定，降低電 源電壓對電動機的運行是極為不利的。因為當負載為額定值不變時如 果電源電壓因故降低，氣隙主磁通減小，但轉速變化不多，其功率因 數(shù)8S啊變化不大，則從公式丁皿=?璀3舟泌可知，轉子電流 也要增大，使定子電流h相應增大。從電機的損耗看，雖然。的減 小能降低鐵耗，但銅耗與電流的平方成正比，若電機長期低壓運行, 會使電機過熱甚至燒壞。2.參數(shù)計算繞線式異步電動機簡化等效電路如下X1。 R1X2b R2 /s+U1R1X1。Xm圖2繞線式異步電動機T形等效電路圖定、轉子電感

5、婦=L2 = 烏=337x 10-3H2nfi勵磁電感Lm =球產(chǎn)0.135HTT r R- n】ipU s調速前的電磁轉矩Lm =:= 2(R1+)2+(Xla+X2J2同步轉速 ho = = 1500r/min 額定轉差率Sn =蛙0.02”oTn =華-3.14N.in 負載轉矩由于要求為恒轉矩調速，在忽略T0的情況下，可近似認為了皿不變, 因此由調速后S=0.06,可以求出電壓應降為原來的0.6133倍。調速前轉子電流：J & +處 | +(% +X,)2 -H 70 A：=J Z：+Zm定子電流：+ 緒=8.127.j5.683A 即有效值為9.92A調速后轉子電流:S2+K + X

6、盤=可知調速前后轉子電流也增大/；=凌 z = 定子電流：+緒即有效值為15.04A可知調壓調速前后定子電流增大了，可以在之后的仿真結果中得到 驗證。3 .機械特性圖下面用matlab畫出其機械特性圖：編程如下： P=2；ml=3,u=380/sqrt(3);U50,Rl=0.53,R2=0.53,Xl=1.06,X2=1.06,s=0.01:0.01:l;Tem亍 *ml *u 八2.*R2./s /2./pi./f./(CRl+R2./s)八2+CX1+X2)八2);plotCTem,s,F),ylabelC轉差率 s);xlabelC電磁轉矩 Tem/N*nT), hold on,Tem

7、l=p.*ml.*(u*0.6133)八 2*R2./s./2./pi./f/(Rl+RZ/s)八 2+(Xl+X2)八 2), piotCrei-nl/g);legendC調速前：調速后，)9 8o.o.7o.6 5 4 3o.o.o.o.2o.1o.50100電磁轉矩Te m/N*m1504 .能量傳遞分析：調速前：電磁功率：乙抽=幾抽X警二5102WDmDm60定子銅耗：Pcui=mi/Ri=L56.5W轉子銅耗：PCu2=m2/22=101.7W總機械功率：pmec = Pem Pg? = 5000.3W忽略鐵耗，總輸入功率：Pi = PemN + Pg = 5258.5W電機效率：X

8、 = ： = 95.08%空載損耗：Po = %ec - 2=0. 3W調速后：由于負載轉矩不變，P2二Pn = 4795可知調速后輸出功率減小電磁功率：Pem =n】2最孚=534W定子銅耗：PCui=mi/ii=357. 75W轉子銅耗：=n】2好也二311.64W總機械功率：pmec = Pem Pg2 = 4882.4W忽略鐵耗，總輸入功率：Pl = Rm + Pcui = 5551.8W電機效率：n = = 86.37%P1空載損耗：PQ = Pmec - P2=87. 4W能量傳遞圖：異步電動機功率流程圖由上可知恒轉矩調壓調速使得定、轉子電流增大，電機輸出功率減?。ǖ秦撦d轉矩不變

9、），定、轉子損耗都增加，電機效率降低，電機溫升高，長時間處于這種狀態(tài)可能導致電機被燒毀。5. Simulink 仿真:圖5繞線式異步電機調壓調速模型可變電壓源設置如下:電機參數(shù)設置如下Configuration j Parameters i AdvancedNominal powervoltage (line-line), and frequency Pn(VA), Vn(Vrjns), fn(Hz)5000, 380, 50 Stator resistance and inductance Rs (ohm) Lis (H):0.53 1.06/314Rotor resistance and

10、inductance Rr? (ohm) Llr? (H):0.53 1.06/314Mutual inductance Lm (H);42.4/314Inertiij friction factor pole pairs J (kg.m2) F (N. in. s) p ():0.462 0 2 Initial conditions1 0 0 0 0 0 0 0仿真后示波器結果為: 電壓波形:輪(0定子電流、轉速、轉矩Tem的波形圖圖7彷真結果我們可以看出調速前定子電流幅值大約為14A （理論值為9.92X V2A=14.02A）,調速后定子電流大約為20A （理論值為15.04X J2A=

11、21.27A）,比較符合。圖9轉速和轉矩放大圖從上圖可知,在t=30s時，轉速從1467r/min下降到1410i7min, （理論值為從1470i7niiii卜降到1410i7niiii）轉矩Tem保持不變（除了在電壓變化瞬間有些波動外）。6 .結果由仿真結果可知，進行調壓調速之后，轉速從1467r/nmi下降到 1410r/iiiiib定子電流增大（直到電壓恢復才減?。?，電磁轉矩在降壓 瞬間先下降再上升，穩(wěn)定在原電磁轉矩大小，電壓恢復瞬間，電磁轉 矩先增大再下降，最終也穩(wěn)定在原電磁轉矩大小，實現(xiàn)恒轉矩調速。心得體會本次設計采用繞線式異步電動機調壓調速方法來改變電機轉速,降壓調速在風機以及水

12、泵等方面還是有一定的運用，但是其調壓 范圍很小，實用價值比較小。同時在接近額定負載轉矩是，降低電源 電壓而負載為額定值不變時也會導致氣隙主磁通減小，但轉速變化不 多，其功率因數(shù)8S啊變化不大，則從公式7皿可 知，轉子電流匕要增大，使定子電流I】相應增大。從電機的損耗看， 雖然中。的減小能降低鐵耗，但銅耗與電流的平方成正比，若電機長 期低壓運行，會使電機過熱甚至燒壞。同時電機效率大大降低，大量 的能量耗費在各種損耗上，很不經(jīng)濟。我覺得為了使恒轉矩負載下調壓調速能夠有較大調速范圍，并使 電機能在較低轉速下運行而不致過熱，應該使電機轉子有較高的電阻 值，從而增大Sm,下圖為這樣的電機在變電壓時的機械特性這種電機又叫交流力矩電機，其轉子電阻較大。帶恒轉矩負載時 的變壓調速范圍增大了，堵轉工作也不致燒壞電機。同時盡管調壓調速有這樣或那樣的問題，但是利用調壓調速成本 較低，不想變頻器那么昂貴。因此對于調速要求不太高的場合，調壓 調速還是有它的應用范圍的。本次課程設計運用Siimiliiik仿真，自 己以前并沒有接觸很多這方面的知識，通過做這個課程設計，一方面 自己學會Sumiluik仿真這個很好用的工具，同時也使自己對于繞線 式異步電動機的幾種調速方法（變極、變頻、變轉差）以及異步電動 機的能量傳輸及轉化有了進一步認識，同時