毕业设计异步电动机的仿真研究开题.doc

中北大学信息商务学院毕业论文开题报告学 生 姓 名：王则乾学 号：07050442X16系 别：信息与通信工程系专 业：电气工程及其自动化设计(论文)题目：异步电动机的仿真研究指导教师:孙惠民 2011年 3月 7日毕 业 论 文 开 题 报 告文 献 综 述1 异步电动机的基本特点1.1异步电动机简介 异步电动机(asynchronous motor) 又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电动机。 异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式、绕线式异步电动机。 作电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60多1。1.2异步电动机的优点及其缺陷 异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理2。1.3异步电动机的分类异步电动机的种类很多，从不同的角度有不同的分类法。按定子相数分有单相异步电动机、三相异步电动机；按转子绕组形式，一般可分为绕线式和鼠笼式两种类型。鼠笼式异步电动机中，又有单鼠笼、双鼠笼和深槽式之分；按电机尺寸或功率，分为大型、中型、小型和小功率电机；按电机的防护形式分为开启式、防护式、封闭式3。 2 异步电动机的用途 异步电机主要用作电动机，其功率范围从几瓦到上万千瓦，是国民经济各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机，为多种机械设备和家用电器提供动力。例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等，大都采用三相异步电动机拖动；电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器中则广泛使用单相异步电动机。异步电机也可作为发电机，用于风力发电厂和小型水电站等4 。3异步电动机的发展和发展趋势 3.1中小型异步电动机行业的发展1985年大部分地区迅速推广了全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机y系列及其派生系列产品，其功率范围为0.55250kw，机座中心高为80315。 通过引进消化美国西屋公司和瑞士bbc公司的技术，自行研发的y系列6kv、2202800kw中型高压三相异步电动机，采用新颖的箱式结构，是目前国内中型高压电机的主导产品，以后又随着我国电网电压由6kv升高到10kv，又研发了10kv系列中小型高压异步电动机5。 1996年以电科所为首组织有关厂家完成了y2系列的开发，功率范围为0.12315kw，机座中心高为63355。该系列产品显著降低了空载噪声，有效抑制了负载噪声。 2003年电科所组织有关厂家又完整地建立了全系列采用冷轧硅钢片的y3系列，其能耗达到国标gb181632002中能耗限定值的规定，同时也达到欧洲eff2效率标准，并且主要性能指标达到国际同类产品的先进水平6 。3.2异步电动机的发展趋势1992年美国能源部发布了新的能源法规，提出了高效率三相异步电动机的效率标准，并规定从1997年10月24日开始，凡制造和进口一般用途电动机效率必须符合这一标准。以后又更进一步提出超高效率电机。1999年欧洲电机和电力电子制造商协会制定了eff1、eff2、eff3三个等级的效率标准，并决定到2003年削减50低于eff3标准水平的电机生产，2006年以后不再生产11。 我国也于2002年8月正式实施中小型三相异步电动机能效限定值及节能评定值的国标（gb18163-2002）。因此借着节能的规划和“以冷代热”的法令，应该大力推广y3新系列，使之成为我国低压三相异步电动机的主导产品，且新一轮的派生系列产品也应在y3新系列上展开7。 计算机控制技术和现代控制理论应用与交流调速系统后为其发展创造了更加有利的条件。使交流调速系统成为当前发展和研究的重点。采用微机控制后用软件实现矢量控制算法。使硬件电路规范化。从而降低了成本，提高了可靠性。而且还有可能进一步实现更复杂的动力。交流传动正逐步取代支流传动而成为机电传动的主流。 4 异步电动机的调速方法：4.1绕线式电动机转子串电阻调速方法 绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。4.2变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。4.3定子调压调速方法 当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。4.4串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。4.5变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。8 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1、 问题研究 课题要求在了解异步电动机的工作原理、结构、基本电磁关系的基础上，对三相异步电动机的人为机械特性进行绘制，并且通过运用不同的起动和制动、调速方法对异步电动机的暂态过程进行仿真研究。从而更好的理解异步电动机的的控制特性、控制规律、和工作特性。 二、具体工作内容及研究手段 1学习并掌握交流电机的基本理论，理解异步电动机的基本工作原理与特性。理解交流调速系统的基本控制特性、控制规律、及其工作特性。 2通过减低异步电动机的定子电压、改变磁极对数、调节频率、定子串电阻或电抗器、或转子串电阻等方法获得各种人为机械特性，并通过仿真得出结果。 3异步电动机的起动运用直接起动或减压起动等方式，制动运用回馈制动、反接制动、能耗制动等方式对三相异步电动机的起动和制动进行仿真分析，建立仿真模型同时给出仿真结果。 4 建立异步电动机正反转、调速控制的简单的仿真模型。调速控制可采用调压调速、变频调速实现。 5熟练掌握Matlab的simulink和Power system工具箱，以调速系统的电气原理结构图为基础，弄清楚系统的构成，并在模块库中找出相应的模块，完成对各个组成环节的元件参数配置，对系统进行仿真，并给出结论。参考文献1 周立求,沈记全. 基于MATLAB/SIMULINK的异步电动机建模与仿真J. 电机电器技术, 2003,(04) .2 刘文良,孙振环,王杰. MATLAB环境下异步电动机建模与仿真J. 天津轻工业学院学报, 2001,(01) . 3 孙笑辉,韩曾晋. 异步电动机直接转矩控制启动方法仿真研究J. 电气传动, 2000,(02) .4刁红泉,颜钢锋. 异步电机软启动节能控制器设计J. 工程设计学报, 2004,(03) .5 张庆新,常丽东. 异步电机功率因数控制器的研究J. 沈阳航空工业学院学报, 2000,(03) . 6 贺益康,夏劲雄. 异步电机轻载调压节能控制策略的仿真研究J. 电机与控制学报, 1997,(03) .7 徐甫荣. 交流异步电动机起动调速节能保护控制综述J. 电工技术杂志, 2003,(04) . 8张庆新,常丽东. 异步电机功率因数控制器的研究J. 沈阳航空工业学院学报, 2000,(03) . 9邓隐北. 异步电动机等效电路参数的试验确定J. 中小型电机, 1995,(06) 10祁文哲. 交流三相异步电机功率因数的测量J. 兰州铁道学院学报, 2002,(04) . 11高景德,张麟征,黄立培. 异步电机起动过程的研究J. 电工技术杂志, 1984,(01) . 12佟科,孙树微,田利民,麻鸿儒. 用向量分析确定三相异步电动机单相运行的最佳电容J. 东北电力学院学报, 1998,(03) . 13 Ayyub, Mohammad, Murthy, S.S, Singh, B.P. Energy Conservation Through Improved Design of Induction Motor .1996, . 14 Ian Rennie. Improving motor efficiency for a betterenvironment .ABB Review. 2000, (1) :2027 . 15 Z.Q.Zhu,G.W.Jewell,and D.Howe. Finite Elemen