異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)性能計(jì)算課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電氣與電子工程學(xué)院電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)性能計(jì)算姓 名 丁 蘇 陽(yáng) 學(xué) 號(hào) U201011978 班 級(jí) 氣實(shí)1001班 指導(dǎo)教師 孫 劍 波 2013年2月25日目錄一、設(shè)計(jì)題目 3二、設(shè)計(jì)思路 3三、具體設(shè)計(jì) 3四、設(shè)計(jì)感想與總結(jié) 8五、參考文獻(xiàn) 8一、設(shè)計(jì)題目已知一臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)：額定功率PN、額定轉(zhuǎn)速nN、轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)KM，如下表所示。請(qǐng)利用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶不同性質(zhì)負(fù)載時(shí)的工作點(diǎn)，（推薦使用Matlab），具體要求如下：（1）利用銘牌數(shù)據(jù)推出異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式，并作出TS曲線，求出Tmax、sm、Tst；（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TN時(shí)，求出運(yùn)行

2、工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速；（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶風(fēng)機(jī)負(fù)載，風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，且負(fù)載特性曲線經(jīng)過(guò)（0，0）點(diǎn)和（25%nN，TN）點(diǎn)，求出此時(shí)的運(yùn)行工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；（4）判斷以上兩種情況下運(yùn)行點(diǎn)是否穩(wěn)定？而我領(lǐng)到的設(shè)計(jì)題目要求為額定功率PN=3.7kW,額定轉(zhuǎn)速nN=2850，轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)Km=2.5。二、設(shè)計(jì)思路閱讀題目的要求以后，對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的思想有如下概括：首先，此次課程設(shè)計(jì)并沒(méi)有像過(guò)去的電機(jī)題目一樣給定電機(jī)的內(nèi)部參數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而是給定的銘牌參數(shù)。相對(duì)于以前而言，更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)更多考慮實(shí)際情況而不是理論性計(jì)算。其次，給定的額定功率表明該電機(jī)屬于功率

3、比較小的異步電機(jī)，其轉(zhuǎn)矩也比較小。因此在計(jì)算的過(guò)程中，由于諸如轉(zhuǎn)子的銅耗，機(jī)械損耗等量值都會(huì)很小，幾乎不影響設(shè)計(jì)，故可以忽略不計(jì)。最后，由于電機(jī)所帶為實(shí)際風(fēng)機(jī)負(fù)載，其轉(zhuǎn)矩特性于恒轉(zhuǎn)矩有所不同，故根據(jù)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載推導(dǎo)的一些結(jié)論需要適當(dāng)修改。三、具體設(shè)計(jì)根據(jù)上面所述的設(shè)計(jì)思路，我們對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)逐條進(jìn)行實(shí)踐。（1）利用銘牌數(shù)據(jù)推出異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式，并作出TS曲線，求出Tmax、sm、Tst；在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，先要將所給的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)化成為設(shè)計(jì)常用的指標(biāo)。我們已經(jīng)知道額定功率PN=3.7kW,額定轉(zhuǎn)速nN=2850，轉(zhuǎn)矩過(guò)載倍數(shù)Km=2.5。那么根據(jù)公式：TN=30×PN×n

4、N可以計(jì)算得出TN=12.397N·m 。注意到此處所求的額定轉(zhuǎn)矩為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，并不等于額定電磁轉(zhuǎn)矩。但是如同上文所述，對(duì)于小功率電機(jī)而言，可以近似認(rèn)為額定輸出轉(zhuǎn)矩就等于額定電磁轉(zhuǎn)矩。知道了額定電磁轉(zhuǎn)矩，則可以求出最大轉(zhuǎn)矩：Tmax=Km×TN可得Tmax=30.993N·m 。除了轉(zhuǎn)矩參數(shù)之外，還需要求出轉(zhuǎn)差率相應(yīng)參數(shù)。利用轉(zhuǎn)矩經(jīng)驗(yàn)公式：TemTmax=2ssm+sms由額定轉(zhuǎn)速求出轉(zhuǎn)差率sN=0.05。再代入額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值，可以求出最大轉(zhuǎn)矩時(shí)轉(zhuǎn)差率sm=0.24。再有上面所述經(jīng)驗(yàn)公式，并且用轉(zhuǎn)差率作為自變量，轉(zhuǎn)矩作為因變量，可以得到轉(zhuǎn)矩公式為：Tem

5、=61.986s0.24+0.24s根據(jù)上述公式，不難求出啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)s=1時(shí)，Tst=14.066N·m?？梢岳胢atlab繪制出電磁轉(zhuǎn)矩的圖像如下：圖1 異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性圖（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TN時(shí)，求出運(yùn)行工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)以上分析易知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TN時(shí)，其必然運(yùn)行在額定工作點(diǎn)，因此轉(zhuǎn)速也為額定轉(zhuǎn)速。即此時(shí)轉(zhuǎn)速為2850轉(zhuǎn)/min。轉(zhuǎn)矩圖上也可以看出：圖2 異步電機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖可以看出兩條線的交點(diǎn)為s=0.05處。而此時(shí)轉(zhuǎn)速即為額定轉(zhuǎn)速2850轉(zhuǎn)/min。（3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶風(fēng)機(jī)負(fù)載，風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，且負(fù)載特性曲線經(jīng)過(guò)（0，0）點(diǎn)和（25%

6、nN，TN）點(diǎn)，求出此時(shí)的運(yùn)行工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；該項(xiàng)要求加入了一個(gè)風(fēng)機(jī)負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性可以由所給定條件求得。風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式為：Tf=219.781-s2原本的轉(zhuǎn)矩公式是使用轉(zhuǎn)速作為自變量。但是為了便于計(jì)算和應(yīng)用，將其表示為異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率的函數(shù)。將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性與異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性在同一個(gè)圖中畫出，可得如下圖形：圖3 異步電機(jī)帶風(fēng)機(jī)負(fù)載特性圖由于圖形過(guò)小不宜進(jìn)行觀察，我們只取關(guān)鍵部分畫出。則得到如下圖形：圖4 異步電機(jī)帶風(fēng)機(jī)負(fù)載特性圖（部分）由圖我們可以看出，兩條特性曲線交點(diǎn)位于s=0.707處，而此時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩約為Tf=18.868N·m?？梢郧蟪銎滢D(zhuǎn)速為n=879轉(zhuǎn)/mi

7、n。（4）判斷以上兩種情況下運(yùn)行點(diǎn)是否穩(wěn)定？利用上述圖形可以很容易的判斷運(yùn)行點(diǎn)的穩(wěn)定性。在第一種情況下，根據(jù)課本上的結(jié)論可知，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載曲線和電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線交于上升曲線處的時(shí)候工作點(diǎn)穩(wěn)定，否則不穩(wěn)定。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，兩曲線交點(diǎn)在異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線的上升段，故可知工作點(diǎn)穩(wěn)定。在第二種情況下，由于并非恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故上述判斷方法不再成立?？梢杂脭_動(dòng)法分析穩(wěn)定情況。假設(shè)工作點(diǎn)附近，轉(zhuǎn)速突然有一個(gè)很小的下降。則可以知道轉(zhuǎn)差率有一個(gè)微小的增加。此時(shí)，由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線斜率大于電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線，故電機(jī)的轉(zhuǎn)矩會(huì)略大于風(fēng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，風(fēng)機(jī)又會(huì)加速回到原工作點(diǎn)。分析轉(zhuǎn)速突然有一個(gè)很小的增加，結(jié)果相同，風(fēng)機(jī)還是可以回到原工作點(diǎn)

8、。故而可以知道在該種情況下工作點(diǎn)依然穩(wěn)定。我們可以利用程序驗(yàn)證以上觀點(diǎn).首先可以利用matlab精確求取兩曲線的交點(diǎn)。利用如下程序：>> fun=(s)219.78*(1-s)2-2*30.993/(0.24/s+s/0.24);>> x=fzero(fun,0.7)x = 0.7070當(dāng)轉(zhuǎn)差率為0.7070時(shí)兩曲線相交。再分別求出兩條曲線在此時(shí)的斜率。利用如下代碼：s=0.001:0.001:1;T=2*30.993./(0.24./s+s/0.24);Tn=12.397;Tf=219.78*(1-s).*(1-s);a=(T(708)-T(706)/0.002;b=

9、(Tf(708)-Tf(706)/0.002;從工作空間中可以分別讀出a和b的值為：a=-21.171990278318730b=-128.7910800000009a為電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線的斜率，b為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線的斜率。根據(jù)a>b，可以得知在工作點(diǎn)附近運(yùn)行穩(wěn)定。四、設(shè)計(jì)感想與總結(jié)通過(guò)這次電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì)，我溫習(xí)了許多已經(jīng)有些遺忘的電機(jī)學(xué)知識(shí)，同時(shí)也學(xué)習(xí)了不少電機(jī)學(xué)在實(shí)際應(yīng)用中的設(shè)計(jì)知識(shí)。（1）學(xué)會(huì)利用銘牌值計(jì)算電機(jī)的各種參數(shù)。我們?cè)谥暗碾姍C(jī)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，往往更加重視電機(jī)工作原理和運(yùn)行模型的學(xué)習(xí)，因此所接觸到的主要是電機(jī)的內(nèi)部參數(shù)或者等效參數(shù)。而在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用者往往不知道電機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，也

10、不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接測(cè)得。所以，電機(jī)銘牌所記錄的參數(shù)往往成為計(jì)算的依據(jù)。而此次設(shè)計(jì)正好是對(duì)現(xiàn)實(shí)情況的一種模擬，也是采用銘牌值作為計(jì)算依據(jù)。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我熟悉了使用銘牌值來(lái)計(jì)算電機(jī)的各個(gè)參數(shù)的方法，這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)工作會(huì)有較大幫助。（2）與實(shí)際情況結(jié)合分析。在理論學(xué)習(xí)中，為了追求準(zhǔn)確性會(huì)考慮比較精確的計(jì)算值。但是在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，許多量值相對(duì)于基值而言非常小，而且受到工業(yè)生產(chǎn)精度的限制，誤差不會(huì)很小，再追求設(shè)計(jì)值的精確沒(méi)有意義。因此往往會(huì)忽略不關(guān)鍵的量值。在本設(shè)計(jì)中，按照純理論推導(dǎo)，輸出功率并不等于電磁功率，其中還有轉(zhuǎn)子銅耗和機(jī)械損耗等。但是在小型電機(jī)中，這些量值非常小，可以忽略掉。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中都沒(méi)有考慮這些量值的影響。（3）Matlab在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。Matlab在工業(yè)和科研上的應(yīng)用很廣泛。在本例中，利用Matla