電力拖動課程設(shè)計報告書

1、中北大學(xué)課程設(shè)計說明書學(xué)生： 海椿 學(xué) 號：0905054236學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：自動化題目交流電動機工作特性仿真轉(zhuǎn)速特性2011 年 12 月31 日中北大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書11/12 學(xué)年第 1 學(xué)期學(xué)院:信息與通信工程學(xué)院專業(yè)：自動化學(xué)生 姓名：海椿學(xué)號：0905054236課程設(shè)計題目：交流電動機工作特性仿真分析轉(zhuǎn)速特性起迄日期：12月31日 01月06日課程設(shè)計地點：校指導(dǎo)教師：王建萍系主 任：王忠慶下達任務(wù)書日期：2011 年12月31 日課程設(shè)計任務(wù)書1 .設(shè)計目的：* rv vn w *a-v wn n * rv vn ve * vv n * wv ve n rv v

2、e vs vv m vv m btb vv vv !H vv ，掌握交流電動機的工作特性，對其中的轉(zhuǎn)速特性進行詳細說明，并用MATLAB進行轉(zhuǎn)速特性的仿真，并得出仿真結(jié)論。2 .設(shè)計容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：1. 對所學(xué)交流電動機的知識進行復(fù)習(xí)，重點掌握交流電動機的工作特性中的轉(zhuǎn)速特性。2. 學(xué)習(xí)MATLAB語言，運行M文件的格式進行轉(zhuǎn)速特性的仿真。3. 得出仿真的結(jié)果。3 .設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書（論文）、圖紙、實物樣品等：! Bd ! ! SAB N ! M KB N KB N ! ! M ! A Hl I1. 查閱資歷料，掌握原理。2

3、. 說明原理，編寫程序進行仿真，得出結(jié)果。3. 撰寫課程設(shè)計說明書。4 .主要參考文獻：1 耀霞電機學(xué)與電力拖動技術(shù)：國防工業(yè)，2009.2 王中鮮.MATLAB 建模與仿真應(yīng)用.：機械工業(yè)，2010.3 曉晟.MATLAB 電機仿真精華50例.：電子工業(yè)，2007.5 .設(shè)計成果形式及要求：課程設(shè)計說明書1份設(shè)計原理分析1份仿真結(jié)果1份.6 .工作計劃及進度：2011年12月31日 2012年01月02日收集整理資料,學(xué)習(xí)MATLAB 確定方案2012年01月03日 2012年01月05日設(shè)計并完成設(shè)計說明書.2012年01月06日答辯系主任審查意見：簽字：年 月 日一、原理闡述感應(yīng)電動機是

4、一類重要的交流電機。 它在正常電動運行時主要是通過定子對 轉(zhuǎn)子之間的電磁感應(yīng)，使轉(zhuǎn)子獲得進行正常運行所需的電流和轉(zhuǎn)矩。眾所周知， 交流電的一個重要指標(biāo)是交流電的頻率， 一般來講， 感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速與供給它 進行工作的交流電的頻率不保持同步的關(guān)系。 因此， 從這個意義上講， 交流感應(yīng) 電動機又常常被稱作異步電動機。三相異步電機是重要的異步電動機。 三相定子繞組通過三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢與感應(yīng)電流， 進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn) 子旋轉(zhuǎn)。三相感應(yīng)電動機在空載運行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于電機同步轉(zhuǎn)速n 1。隨著負載的增大， 必須輸出較大的轉(zhuǎn)矩以維持電機的穩(wěn)定運行， 這樣， 就

5、會使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速度略有降低。經(jīng)試驗測試和分析后，可以得出輸出功率P2的增大與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n的降低近似為線性關(guān)系n f （ P2）。三相感應(yīng)電動機的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度（又稱同步轉(zhuǎn)速）n 1為:60f z .nir/minPf三相交流電的頻率；P三相電動機的定子極對數(shù)。磁場轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)子速度n之差與n1的比值稱為轉(zhuǎn)差率S:no - n100%no異步電動機啟動時n=0 , s=1 ； n=n 0時，s=0 ；額定工況下一般s=1.56%轉(zhuǎn)子角速度？為:2冗n60rad/s電動機轉(zhuǎn)矩T為：I3pU；2T2n川仃1電）2（洛X2）2s轉(zhuǎn)子端電磁功率Pm為：Pm T轉(zhuǎn)子端電磁功率與輸出功率之間的關(guān)系為：Pm：

6、 F21：（1-s）所以輸出功率卩2為: 由以上式子可以得輸出功率P2與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系n f ( P2)。選定參數(shù)為額定電壓 U1=380V，定子連接，定子電阻R1=1.375 Q,漏抗X1=2.43 Q,轉(zhuǎn)子電阻R2=1.047 Q,漏抗X2=4.4 Q,設(shè)額定負載時，有轉(zhuǎn)差 率 s=0.028 。計算得額定轉(zhuǎn)速 nN =1458r/min;輸出功率 P2=10027W二、程序n與P2的關(guān)系：clearU1=220*sqrt(3);Nphase=3;P=2;fN=50;R1=1.375;X1=2.43;R2=1.047;X2=4.4;Xm=8.34;% 輸入電機參數(shù)% 極對數(shù)為 2%交流電頻率

7、%定子端電阻%定子漏抗%轉(zhuǎn)子電阻%轉(zhuǎn)子漏抗%勵磁漏抗n1=60*fN/P;for N=1:10000% 轉(zhuǎn)差率計算%轉(zhuǎn)矩Pm=(T*2*pi*n)/60;%轉(zhuǎn)子端功率計算s=N/10000;T=(Nphase*P*UM2*R2/s)/(omegas*(R1+R2/sF2+(X1+X2)A2);計算n=(1-s)*n1;% 轉(zhuǎn)速計算P2=(1-s)*Pm;% 繪圖%輸出功率計算plot(P2,n) hold onendtitle( 交流電機轉(zhuǎn)速特性 )xlabel(P2/W)ylabel(n (r/min )三、仿真結(jié)果仿真所得圖：100.L.raw1 4CEEIUy 匚n與P,的關(guān)系圖n和T的

8、關(guān)系：將n與P，的關(guān)系程序中plot(P2,n)% 繪圖hold onendtitle(交流電機轉(zhuǎn)速特性)xlabel(P2/W)ylabel(n(r/min )改成%繪圖plot(T, n)hold on endtitle(交流電機轉(zhuǎn)速特性)xlabel(T/N.m)ylabel(n (r/min )仿真所得圖：oo1311 一 Eg uItd3L0390con與T的關(guān)系圖T和P2關(guān)系將n與p2的關(guān)系程序中% 繪圖plot(P2,n) hold on end title( 交流電機轉(zhuǎn)速特性 ) xlabel(P2/W) ylabel(n (r/min ) 改成 plot(T,P2)% 繪圖h

9、old onendtitle( 交流電機轉(zhuǎn)速特性 ) xlabel(T/N.m) ylabel(P2/W) 所得仿真圖：一血電孫禱域抽性J.1P2和T的關(guān)系圖分析：1. 由n與P2的關(guān)系圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速 n為1458r/min時，輸出功率卩2為10020W，這與計算值10027W 很接近，證明所得特性圖是正確的。2. 由n與P2的關(guān)系圖可知，n從1500r/min降低到1337/min 區(qū)間中，輸出功率P2近似線性增大，這與課本結(jié)論“輸出功率P2的增大與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的降低近似呈線性關(guān)系”相符合。3. n從1337r/min 降低到0區(qū)間中，從n和T關(guān)系途中可知，轉(zhuǎn)矩T從 166.1N.m 降低到0

10、，從P2和T的關(guān)系圖中可知，此時輸出功率 P2從最大值 降低到0，這與n與P2的關(guān)系圖中P遞減相符合。四、所遇問題及解決方案1. 剛拿到課程設(shè)計題目時，打算用 SIMULINK 連圖做仿真，連好圖后發(fā)現(xiàn) 仿真中沒有輸出功率這一結(jié)果，遂決定用 M 文件做程序仿真。2. 編寫程序時不能確定轉(zhuǎn)速特性是轉(zhuǎn)速和哪個變量之間的關(guān)系， 聯(lián)想到直流 電機的轉(zhuǎn)速特性是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，套用過來便得到轉(zhuǎn)速n 和轉(zhuǎn)矩 T 的關(guān)系圖，后來發(fā)現(xiàn)課本上轉(zhuǎn)速特性是轉(zhuǎn)速與輸出功率的關(guān)系，將n 和 T 的關(guān)系程序改動便得到 n 和 P2 的關(guān)系， n 和 P2 的關(guān)系圖驗證了“輸出功率 P2 的增大與 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 的降低近似

11、呈線性關(guān)系” ，但圖中遞減部分是書中沒有提到的，于是 建立了轉(zhuǎn)矩 T 和輸出功率 P2 之間的關(guān)系，從轉(zhuǎn)矩 T 和輸出功率 P2 關(guān)系圖解釋 了 n和P2關(guān)系圖中遞減部分。五、實驗心得 本次電拖課程設(shè)計我的研究對象交流電動機工作特性仿真分析轉(zhuǎn)速特 性，對此我結(jié)合課本知識與網(wǎng)上搜索的資料， 對其原理及實現(xiàn)做出了深刻的研究 和分析。我平時沒有在學(xué)習(xí)仿真軟件方面下功夫，只是在實驗時才偶爾使用一兩次， 導(dǎo)致實驗開始時不知如何使用軟件，通過問同學(xué)和上網(wǎng)查資料才知道如何使用 MATLAB 研究我們的課程設(shè)計。在網(wǎng)上搜索資料時， 查出的信息往往不是自己最想要的， 所以如何在復(fù)雜浩 瀚的網(wǎng)上資料中找到對自己有用的信息是一門技術(shù)