电机与拖动课程设计_三相电机_中北大学

五 实验报告正文 包括原理概述 结果及分析 可手写 也可打印 页数不 够可自行附页 1 感应电动机基本运行原理感应电动机基本运行原理 随着社会现代化 工业化的发展 电机作为能量的转换工具越来越多的被用 到各个场合 异步电动机 无刷电机 同步电机等各种电机应运而生 而且性 能越来越优越 但是电机发展到今天 也不是尽善尽美 如转速特性 电磁转 矩特性 定子电流特性 效率 功率因数 等各个方面存在诸多的不足 特别是 异步电动机 由于它具有结构简单 生产制造容易 效率高等特点 应用的空 间在电机中占有很大的比重 所以燕研究异步电机对异步电机功能的改善有关 键性左右 本实验报告着重关注异步电机运行原理的描述 当三相电源接到异步电机定子绕组是 此时酱油三相对称电流流过定子绕组 气隙中将产生以 n1 速度旋转的基波磁场 且n 60f p 这个旋转的基波磁场切割转子导体的时候 在短路的转子绕组中将产生感应 电动势 并在转子绕组中产生相应的感应电流 转子导体中的电流与气隙中的 磁场相互作用而产生电磁转矩 从而驱动电动机转子的转动 如果异步电动机 带动负载运动 即实现了能量的转换 而旋转磁场的旋转速度与转子的旋转速 度之间必定存在一个转速差 这是电机正常运行的条件 我们将其定义为转差 率 转差率公式S n1 n n1 100 这是一个没有单位的物理量 有时也可以用百分比来表示 一般情况下电动机 电动状态时转差率都会小于 1 约为 0 05 异步电机的旋转方向与旋转磁场的旋转方向始终一致 而旋转磁场的的方向 又由异步电机的三相电流相序决定 因此只要改变电源相序 就可以改变其旋 转方向 故任意将异步电机的两个电源线对调 便可以实现电动机的反转 2 感应电动机空载与堵转运行工作特性感应电动机空载与堵转运行工作特性 感应电动机空载运行 即是感应电动机轴上不加任何负载 且三相端通上额定 电压时的工作特性 1 磁场情况 此时定子端通三相交流电 因此定子端必定产生三相对称旋转磁场磁场特 点如下 第一 三相交流电空间合成磁动势的基波幅值任然是 磁动势公式 第二 定子磁动势的运动特点 定子磁动势的旋转速度就是同步速 同步速公式 n 60f p 第三 转子磁动势的运动特点 由于此时转子绕组短接 转子绕组中会产 生感应电流 转子绕组三相对称 同样也产生圆形旋转磁动势 此时转子中感 应产生的三相对称交流电的空间合成磁动势的基波幅值为 磁动势公式 由于转子中感应电流是三相对称交流电流 与定子端电流变比和相位不同 频率是相同的 所以 就可以得出转子磁动势旋转任然是同步速 这种情况下 转子和定子的磁场旋转被称为同步旋转 此时整个电机中合磁动势由两部分构 成 一部分是定子磁动势 另一部分是转子磁动势 励磁磁动势也是合磁动势 为 合磁动势公式 FFFm 21 2 电磁关系分析 第一 励磁电流和转子折算 励磁电流是指生成电机气隙合成磁场的电流 对转子电流进行折算 假想有一个相数 匝数及绕组系数与定子相同的转 子 磁动势与原来的转子产生的一样 第二 磁通与等效电抗 在感应电机电磁分析中 同样将转子磁通分为主磁通和漏磁通 同样借鉴 单相变压器的折算对转子的电阻和电抗进行折算 折合前后保持功率不变 这是折合的基础 经过准备便可得三相电机定子 一相的电路基本方程式 由北京交通大学实验报告对 DJ16 型 额定电压 220V 额定功率 100W 三相鼠笼式异步电动机进行短路堵转测试 测试数据及电路如下 2 222 2 9 0 2 I p kNm F w 1 111 1 9 0 2 I p kNm F w m w m I p kNm F 111 9 0 2 3 3 感应电动机负载运行工作特性 短路堵转实验数据 空载实验数据 UOC V IOL A PO W 序号 UABUBCUCAUOLIAIBICIOLPIPIIPO cos 1264265265264 67 0 2790 2780 2790 2787 22 947 9250 196 2240242240240 67 0 2510 2530 250 2513 17 540 322 80 218 3230230228229 33 0 2390 2370 2390 2383 15 537 121 60 228 4220221220220 33 0 2280 2290 230 2290 13 134 321 20 243 5210210208209 33 0 2160 2160 2170 2163 11 331 720 40 260 6200200199199 67 0 2050 2040 2050 2047 9 528 919 40 274 7160161160160 33 0 1690 1690 1710 1697 3 720 516 80 357 8100100100100 00 0 1390 1370 1390 1383 1 911 59 60 401 986848685 33 0 1420 1430 1420 1423 2 111 190 428 1070707170 33 0 1570 1570 1580 1573 2 510 78 20 428 UKL V IKL A PK W cos K UABUBCUCAUKLIA A IB A IC A IKLP1PP0 81 881 981 781 80 0 5990 5980 5990 5987 1 341 139 80 469 71 671 771 771 67 0 4970 4980 4970 4973 1 529 327 80 450 62 862 762 662 70 0 410 410 420 4133 1 720 919 20 428 51 351 251 551 33 0 3020 3020 3010 3017 1 912 310 40 388 39 239 43939 20 0 1920 1920 1910 1917 1 35 74 40 338 33 833 633 933 77 0 1470 1450 1480 1467 0 93 72 80 326 29 829 929 929 87 0 1160 1160 1150 1157 0 72 51 80 301 利用 MATLAB 的 plot 句柄绘图指令对其作出空载特性曲线 I I0 0 P P0 0 coscos 0 0 f U f U0 0 如上便是感应异步电机的工作特性 利用 MATLAB 的 plot 句柄绘图指令对其作出短路特性曲线 I IK K P PK K f U f UK K 第一 由短路实验求短路参数 如下式子成立 短路阻抗 K K K I U Z 短路电阻 2 3 K K K I P r 短路电抗 22 KKK rZX 为曲线的斜率的倒数由上及以下的曲线进行分析 利用 Matlab 的 K K K I U Z ployfit 函数进行一阶函数线性拟合 经过分析可以得到 由于定转子电阻相差不大 实验报告中缺乏对电 53107 Zk Rk 6837 机冷端电阻的测量 所以尝试近似定子一相的电阻等于转子一相的电阻 既有 18 84 RR 21 给出绘图程序与拟合程序示例如下 Plot 句柄绘图程序 U 29 87 33 77 39 20 51 33 62 70 71 67 81 80 I 0 1157 0 1467 0 1917 0 3017 0 4133 0 4973 0 5987 plot U I xlabel Uk ylabel Ik title Ik f Uk 一阶线性拟合程序以及结果 y1 polyfit U I 1 y1 0 0093 0 1698 计算得到 100 71 在中型电机中可以认为和近似相等 RZXkkk 22 X1X 2 便有 53 77 X1X 2 最终可得 18 84 53 77 RR 21 X1X 2 第二 由空载参数求激磁回路参数 空载阻抗 o o o I U Z 空载电阻 2 3 o o o I P r 空载电抗 22 ooo rZX 同样利用 MATLAB 的线性拟合函数进行拟合 便可以得出 分析图线 与分析空载运行时一样理由 MATLAB 一阶线性拟合函数 polyfit 进 行拟合可以得到如下 激磁阻抗 909 09 Z0 激磁电阻便有由图线斜率得 54 87 R0 909 43 所以就有 RZX 2 0 2 00 激磁电抗 907 43 53 77 853 66 XXXm10 至此 等效电路各个参数分析完毕 图线由以下给出 3 3 感应电动机负载运行工作特性感应电动机负载运行工作特性 感应电机负载运行时 即是电机转轴上加上变化负载与测功机相连 得到负载 特性曲线 进而求出激磁阻抗与激磁电抗 转子转动的时候需要进行频率折算 将转子频率折算到定子上去 由三相鼠笼电机测试报告北交大版数据 利用句柄绘图做出以下图线 负载运 行的实验数据如下表 U1 U1N 220V If 100 Ma I1L A P1 W IA A IB A IC A I1LP P P1 IF A n r min 0 6220 550 550 574119 143 5162 80 611378 0 5500 490 480 51105 135 1140 00 51400 0 5000 440 440 4694 928 11230 421413 0 4500 40 400 4283 720 7104 40 331428 0 4000 360 360 3773 112 785 50 241443 0 3500 310 310 3260 13 5063 60 131459 0 3240 290 290 3053 5 1 951 60 081468 0 3000 260 260 2744 3 8 535 801479 由负载运行得到的工作特性表格如下 U1 220V If 100MA 电动机输入电动机输出计算值 I1 A P1 W T2 N m n r min P2 W S cosj1 0 147 48 6 0 182 1478 28 24 1 47 58 12 0 504 0 160 56 2 0 257 1470 39 72 2 00 70 68 0 534 0 178 71 6 0 333 1460 51 01 2 67 71 24 0 610 0 195 84 0 0 397 1450 60 50 3 33 72 02 0 656 0 215 99 0 0 473 1441 71 52 3 93 72 25 0 700 0 234 112 0 0 537 1431 80 73 4 60 72 08 0 726 0 259 126 0 0 602 1421 89 81 5 27 71 28 0 740 0 278 138 4 0 667 1410 98 68 6 00 71 30 0 757 0 299 151 2 0 720 1400 105 89 6 67 70 03 0 768 0 324 165 0 0 785 1388 114 40 7 47 69 33 0 773 0 354 182 6 0 855 1375 123 43 8 33 67 60 0 784 0 361 186 0 0 879 1365 125 93 9 00 67 70 0 783 由 plot 函数作图结果如下 作工作特性曲线 P1 I1 n S cos 1 f P2 4 4 等效电路图以及基于等效电路图以及基于 MATLABMATLAB 的的 SimulinkSimulink 电机仿真电机仿真 直接启动的三相异步鼠笼式电机基于和 Simulink 和 Multisim 的等效电路图仿 真