电机学课程设计华中科技大学

1、电机学课程设计绕线式异步电动机串电阻调速学 号 U200912039 专业班号 电气0910 姓 名 刘浩田 指导教师 杨凯 日 期 2011年12月30日 报告成绩 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PN = 120kW，f = 50 Hz，2p =4，Un = 380 V，nN = 1440r/min，R1 =0.02，R2 =0.04 ，x1 = x2=0.06，xm = 3.6，ki = ke = 0.02，忽略铁耗。试求：若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到1000 r/min，采用转子绕组串电阻调速，计算电阻及其它参数，做出机械特性图，分析能量

2、的传递。用Matlab中的SIMULINK设计调速仿真模型(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。二、设计过程1.原理描述交流电动机调速的主要理论依据是： 式中： f ： 电源频率 P ： 电动机的极对致 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 ，本次设计要阐述的串电阻调速属于改变转差率调速中的一种。该方案主要原理就是在电动机转子侧串接不同阻值的电阻，使得电动机运行在不同的给定特性曲线上（如下图1）。其主要优缺点在于： 1 对电网的容量、电压波动等要求不高； 2 起动特性较好，可以控制起动电流，但不影响起动转矩； 3 控制方案简便易行

3、，系统造价较低，前期投入小； 4 有级调速。电阻设计一旦确定，则速度档不易改变； 5 低速时，机械特性较软。转速受转矩变化影响很大，效率较低。 图1 绕线式异步电动机转子串电阻调速的机械特性2.参数计算 绕线式异步电动机T形等效电路如下图2绕线式异步电动机T形等效电路图转子电感 定子电感 励磁电感 额定负载转矩 同步转速 额定转差率 调速前的电磁转矩 876.3调速后的转差 要求为恒转矩调速，则有：由上式可得 转子串电阻过程中，只要负载转矩不变，电机的定、转子电流也不变，在串电阻调速过程中，电机电流均为额定电流。转子电流：；定子电流： 3.机械特性图 下面用matlab画出其机械特性图： 编程

4、如下：>> s=0.01:0.01:0.99;>> p=2;m1=3;>> u=380/sqrt(3);>> f=50;>> R1=0.02;>> R2=0.04;>> X1=0.06;>> X2=0.06;>> Tem=p.*m1.*u.2.*R2./s./2./pi./f./(R1+R2./s).2+(X1+X2).2);>> plot(Tem,s);>> ylabel('转差率s');>> xlabel('电磁转矩Tem/

5、N*m');>> Tem1=p.*m1.*u.2.*(R2+0.29)./s./2./pi./f1./(R1+(R2+0.29)./s).2+(X1+X2).2);>> hold on;>> legend('调速前','调速后'); 图3 调速前后的机械特性4.能量传递分析：调速前的电磁功率 损耗为 调速后电磁功率不变，输出功率 调速后损耗 下面分析损耗去向：l 调速前：定子铜耗： 转子铜耗： 电磁功率： ；总机械功率：；忽略铁耗，总输入功率：；空载损耗： l 调速后：、定子电流、定子铜耗、电磁功率都不变定子铜耗不变：

6、 电磁功率不变：；转子铜耗增加：；总机械功率减少：；忽略铁耗，总输入功率不变：；空载损耗减少： 转子串电阻调速，由于等效电路不变，从定子传送到转子的电磁功率不变，但机械功率和铜耗却发生了变化： 转速越低时s越大，那么机械功率部分变小，而转子铜耗增大。所以这种调速方法在低速运行时，损耗大，效率低，不宜长期运行。5Simulink仿真： 图3 绕线式异步电机串电阻调速模型图中封装模块为图4 绕线式异步电机串电阻调速模型图中封装模块为图5封装模块图电机参数设置如下图6 电机参数设置仿真后示波器结果为：图7 仿真结果从上到下，依次为转子电流、定子电流、转速、转矩的波形图。放大图如下：图8 转子电流和定

7、子电流放大图我们可以从上图8得到, A图9转速和转矩放大图从上图可知，在t=1.0s时，转速从1440r/min下降到1020r/min，转矩保持在801N*m。6.结果 由仿真结果可知，转子串入电阻后，转速从1440r/min下降到1020r/min，转子电流先变小再增大，周期变小，频率升高；定子电流大小不变，频率不变；电磁转矩先下降再上升，稳定在原电磁转矩大小，实现恒转矩调速。三、设计总结本次设计采用绕线式异步电动机转子电路外串电阻的调速方法，不可否认，其在运输起重机械、冶金机械和鼓风机等场合有很广泛的应用，这种调速方法具有调速线路简单, 初投资小的优点,但其一个很大的缺点是经济性不高,转子外串电阻的能耗大, 转速越低,外串电阻的数值就越大, 电机效率也越低。如果能够找到降低能耗的方法其应用必将更广泛。这次课程设计距上电机课过了一个寒假，如果没有这次课程设计，所学的电机知识可能很快就会忘掉很多。通过做这个课程设计，课本知识得以巩固和加强，我对绕线式异步电动机的调速方法、异步电动机的能量传递了解进一步加深。在做这个设计中，由于要用Simulink仿真，对matlab中各元器件的名称