绕线式异步电动机调速课程毕业设计论文

本科生课程设计题目绕线式异步电动机调速学号姓名专业电气工程及其自动化指导教师杨凯院（系、所）电气学院2016年3月12日目录一、设计题目3二、设计过程5三、实验小结30参考文献31一设计题目一台绕线式异步电动机，Y/Y连接，已知数据为额定功率PNC0KW，F50HZ，2PC1，UN380V，NNC2R/MIN，R1R2C3，X1X2C4，XMC5，KIKE002，忽略铁耗。各参数为C0100C16C2890C3002C4006C536C6500任务要求若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到C6R/MIN，采用调压调速方式并计算其参数，做出机械特性图，分析能量的传递。若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到C6R/MIN，采用变频调速方式并计算其参数，做出机械特性图，分析能量的传递。若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到C6R/MIN，要求最大转矩不超过15TN，采用转子绕组串电阻调速，计算其级数及其它参数，做出机械特性图，分析能量的传递。用MATLAB中的SIMULINK设计调压调速仿真模型其余仿真参数可自行设定，并仿真调速前后定子电流与转子转速波形。对仿真结果和计算结果进行分析。二设计过程1原理描述异步电机具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等优点，但是在调速性能上比不上直流电动机。同时，直到现在还没有研制出调速性能好、价格便宜、能完全取代直流电动机的异步电动机的调速系统。但是人们已经研制出各种各样的异步电动机的调速方式，并广泛应用于各个领域。根据异步电动机的转速公式式中F电源频率P电动机的极对数S转差率要实现调速主要就是通过改变上述三个参量F、P、S，即变极调速、变频调速、改变转差率调速。绕线式异步电动机简化等效电路如下2参数如下同步转速0601000/额定转差率01100定、转子电感1910H12221104励磁电感0011H21转子电阻R2R2/KIKE50调速前的电磁转矩457281NM21EM211RPUSTFX负载转矩10730NM30调速前的总机械功率26042619任务一本次设计要阐述的调压调速属于改变转差率调速中的一种。该方案主要原理就是通过改变电压源幅值的大小，使得电动机运行在不同的给定特性曲线上由于要求为恒转矩调速，在忽略T0的情况下，可近似认为,不变因此由调速后S05设电压最终调至，由于额定转矩不变，可知有12122112212212221122122211221222122122可得UX12182U1电压应为原来的12182倍调速前转子电流I21122122TAN11212936973074I06011896911212TAN111定子电流I1I0I2969343379调速后；转子电流I21997586343I073228968I1I0I220636433由此可得在调压调速使得定子电流比起之前增大了。3机械特性图编程如下P3M13U380/SQRT3F50R1002R2002X1006X2006S0010011TEMPM1U2R2/S/2/PI/F/R1R2/S2X1X22PLOTTEM,S,RYLABEL转差率SXLABEL电磁转矩TEM/NMHOLDONTEM1PM1U121822R2/S/2/PI/F/R1R2/S2X1X22PLOTTEM1,S,GLEGEND调速前,调速后4能量传递分析调速前电磁功率47884KW260定子铜耗5638KW11211转子铜耗5267KW22222总机械功率242617忽略铁耗，总输入功率1153522调速后由于负载转矩不变，25617可知调速后输出功率减小电磁功率47884KW2222定子铜耗25536KW11211转子铜耗23942KW22222总机械功率223942忽略铁耗，总输入功率117342由上可知恒转矩调压调速使得定、转子电流增大，电机输出功率减小（但是负载转矩不变），定、转子损耗都增加，电机效率降低，电机温升高，长时间处于这种状态可能导致电机被烧毁。任务二由转速公式当异步电动机转差率变化不大时，转速N正比于频率F，改变电源频率就可以改变电机转速。变频调速时，我们希望电机主磁通M不变，由U1E1444N1KN1F1M知，变频时，要使得主磁通不变，则电压要随频率改变,电压和频率的关系取决于调速的要求。由于题目中要求恒转矩调速，可得UX/FCONST,主磁通M不变，电机磁路饱和程度不变，电机过载能力不变，电机在恒转矩变频调速前后性能保持不变。课设题目要求将电机转速由N890R/MIN调到N500R/MIN。由前述原理知UX/UX,F/F,NN/N890/500,由UX220V,F50HZ,计算可得UX,12360VF,2809HZ相关参数已在上面求得机械特性图代码如下S000001000051P3M13U1220F150R1002R2002L10000191L20000191X12PIF1L1X22PIF1L2TEM1PM1U12R2/S/2PIF1R1R2/S2X1X22N30F11SPLOTTEM1,NHOLDON调速前UU112360FF12809XX12PIFF1L1XX22PIFF1L2TEM2PM1UU12R2/S/2PIFF1R1R2/S2XX1XX22NN30FF11SPLOTTEM2,NN调速后XLABEL电磁转矩TEM/NMYLABEL转速/R/MIN当转差S很小时，转速N与电磁转矩TEM呈线性关系，且调速前后直线斜率不变，相当于将固有机械特性曲线下移一定距离。程序中计及R1的影响，所以调速前后最大转矩TMAX不相等，也就是说电机的过载能力降低。能量传递调速前转子电流I2936973074A1122122TAN11212I060118969A11212TAN111定子电流I1I0I2969343379A调速后,003412211I21362951122122TAN112124857AI062568942A11212TAN111定子电流I1I0I21410875023A调速前电磁功率47884KW260定子铜耗5638KW11211转子铜耗5267KW22222总机械功率242617忽略铁耗，总输入功率1153522调速后由于负载转矩不变，2561726045728125006023943转子铜耗2122211145定子铜耗1121111943不计铁耗，输入总功率为1135886任务三已知，10731548285由公式12141112122489413显然15此外，从的表达式可以看到，的值与转子绕组无关，因此采用转子绕组串电阻调速时，的值并不会改变。的值虽然并不会改变，但发生最大转矩的转差与有关，2具体关系表现为221122异步电机的电磁转矩与转差率的关系曲线如FIGURE4所示恒转矩调速时，有22可以求得0071调速后发生最大转矩的转差为221122075由此可得当其取075时，T会得到最大值，而最大电磁转矩与转子电阻无关，489413故可得出其级数LOG248941348285334取整得N4机械特性图程序如下P3M13U380/SQRT3F50R1002R2002X1006X2006S0010011TEMPM1U2R2/S/2/PI/F/R1R2/S2X1X22PLOTTEM,S,RYLABEL转差率SXLABEL电磁转矩TEM/NMHOLDONTEM1PM1U2R20071/S/2/PI/F1/R1R2029/S2X1X22PLOTTEM1,S,G能量分析调速前转子电流I21122122TAN11212936973074I06011896911212TAN111定子电流I1I0I2969343379调速后各电流值21122122TAN11212936973074011212TAN11160118969120969343379调速前电磁功率47884KW260定子铜耗5638KW11211转子铜耗5267KW22222总机械功率242617忽略铁耗，总输入功率1153522调速后电磁功率不变，输出功率发生改变，记输出功率为22260561821总机械功率260843425006023941电磁功率147882转子铜耗2122223967定子铜耗112115638不计铁耗，输入总功率为111023132485352由以上结果可以看到，在恒转矩转子回路串电阻调速时，若转速调低，机械功率变小，转子铜耗变大，效率变低，对设备的损耗大，不宜长期运行。任务四用SIMULINK设计调压调速仿真模型异步电机参数设置如下调速前，额定状态下三相电源工作参数如下仿真转速仿真电压仿真电流由上图可得W100RAD/S，实际转速应为95492R/MIN,与题目602所给的890R/MIN大致相同，其仿真的定子电流在1000A左右，与我们之前所计算的I1969343379大致相同接下来，代入调压调速的数据46292调节后仿真转速调节后仿真电压调节后仿真电流由图中可以看出，转速并未减小到题目所要求的500R/MIN，而是几乎停留在大约1000R/MIN附近，下面对其进行简要分析。对于普通笼型异步电动机及绕线型异步电动机来说，恒转矩调速时，实际上其工作点如图中A、B、C，转速变化其实并不大。对于风机型负载，其调速范围才比较大，如图中、。对电机的定子电压进行调节来改变电机转速时，仿真结果显示电机的转速在1000R/MIN左右，并未达到预想的转速500R/MIN，并且相差数值较大，由此可见出现此结果的原因并非和对电流分析中产生误差的原因相同，而是由于模型的假设不合理所导致。课程设计要求为恒转矩调速，因此假设在对电机进行调压调速时，电机的电磁转矩保持恒定，通过改变电机的机械特性来使电机达到新的平衡点，从而实现调速的目的,对于任务一中的机械特性曲线，我们若沿着恒定转矩处作一条垂线，可见其交特性457281曲线于两点，上面的一点为S05，即处，而下面的500/一点则为我们仿真得到的结果。误差分析1由于题目中的数据都是理论值，而且精确的位数有限，故而计算会有一定的误差。2由于计算所用的异步电机模型为简化等效模型，而真正的电机内部器件及其参数将会更加复杂，将会导致一定误差。三实验小结本次实验要求我们分别从调压，变频，转子串电阻三个方面进行电机调速。起初刚开始做时有一些迷茫，可是在请教了助教及其同学后自己心里已有个大概轮廓。刚开始把电机学里的异步电机部分再看了一遍，甚至为了进行好能量分析将课后习题也大略看了一下。然后才比较顺利地完成了实验的前三个部分，在这个反复尝试与计算的过程中，我对理论知识的一些细节更加关注了，对各量之间的关系也理得更加清晰了。但是接下来的MATLAB的仿真部分对于我来说是个不小的挑战，以前接触的比较少