電機學課程設計華中科技大學

1、電機學課程設計繞線式異步電動機串電阻調速學 號 U200912039 專業(yè)班號 電氣0910 姓 名 劉浩田 指導教師 楊凱 日 期 2011年12月30日 報告成績 一、設計題目一臺繞線式異步電動機，Y/y連接，已知數(shù)據(jù)為：額定功率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，忽略鐵耗。試求：若維持轉軸上的負載為額定轉矩，使轉速下降到1000 r/min，采用轉子繞組串電阻調速，計算電阻及其它參數(shù)，做出機械特性圖，分析能量

2、的傳遞。用Matlab中的SIMULINK設計調速仿真模型(其余仿真參數(shù)可自行設定)，并仿真調速前后定子電流與轉子轉速波形。二、設計過程1.原理描述交流電動機調速的主要理論依據(jù)是： 式中： f ： 電源頻率 P ： 電動機的極對致 s ： 轉差率 要實現(xiàn)調速主要就是通過改變上述三個參量f 、 p 、 s ，本次設計要闡述的串電阻調速屬于改變轉差率調速中的一種。該方案主要原理就是在電動機轉子側串接不同阻值的電阻，使得電動機運行在不同的給定特性曲線上（如下圖1）。其主要優(yōu)缺點在于： 1 對電網(wǎng)的容量、電壓波動等要求不高； 2 起動特性較好，可以控制起動電流，但不影響起動轉矩； 3 控制方案簡便易行

3、，系統(tǒng)造價較低，前期投入??； 4 有級調速。電阻設計一旦確定，則速度檔不易改變； 5 低速時，機械特性較軟。轉速受轉矩變化影響很大，效率較低。 圖1 繞線式異步電動機轉子串電阻調速的機械特性2.參數(shù)計算 繞線式異步電動機T形等效電路如下圖2繞線式異步電動機T形等效電路圖轉子電感 定子電感 勵磁電感 額定負載轉矩 同步轉速 額定轉差率 調速前的電磁轉矩 876.3調速后的轉差 要求為恒轉矩調速，則有：由上式可得 轉子串電阻過程中，只要負載轉矩不變，電機的定、轉子電流也不變，在串電阻調速過程中，電機電流均為額定電流。轉子電流：；定子電流： 3.機械特性圖 下面用matlab畫出其機械特性圖： 編程

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('轉差率s');>> xlabel('電磁轉矩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('調速前','調速后'); 圖3 調速前后的機械特性4.能量傳遞分析：調速前的電磁功率 損耗為 調速后電磁功率不變，輸出功率 調速后損耗 下面分析損耗去向：l 調速前：定子銅耗： 轉子銅耗： 電磁功率： ；總機械功率：；忽略鐵耗，總輸入功率：；空載損耗： l 調速后：、定子電流、定子銅耗、電磁功率都不變定子銅耗不變：

6、 電磁功率不變：；轉子銅耗增加：；總機械功率減少：；忽略鐵耗，總輸入功率不變：；空載損耗減少： 轉子串電阻調速，由于等效電路不變，從定子傳送到轉子的電磁功率不變，但機械功率和銅耗卻發(fā)生了變化： 轉速越低時s越大，那么機械功率部分變小，而轉子銅耗增大。所以這種調速方法在低速運行時，損耗大，效率低，不宜長期運行。5Simulink仿真： 圖3 繞線式異步電機串電阻調速模型圖中封裝模塊為圖4 繞線式異步電機串電阻調速模型圖中封裝模塊為圖5封裝模塊圖電機參數(shù)設置如下圖6 電機參數(shù)設置仿真后示波器結果為：圖7 仿真結果從上到下，依次為轉子電流、定子電流、轉速、轉矩的波形圖。放大圖如下：圖8 轉子電流和定

7、子電流放大圖我們可以從上圖8得到, A圖9轉速和轉矩放大圖從上圖可知，在t=1.0s時，轉速從1440r/min下降到1020r/min，轉矩保持在801N*m。6.結果 由仿真結果可知，轉子串入電阻后，轉速從1440r/min下降到1020r/min，轉子電流先變小再增大，周期變小，頻率升高；定子電流大小不變，頻率不變；電磁轉矩先下降再上升，穩(wěn)定在原電磁轉矩大小，實現(xiàn)恒轉矩調速。三、設計總結本次設計采用繞線式異步電動機轉子電路外串電阻的調速方法，不可否認，其在運輸起重機械、冶金機械和鼓風機等場合有很廣泛的應用，這種調速方法具有調速線路簡單, 初投資小的優(yōu)點,但其一個很大的缺點是經(jīng)濟性不高,轉子外串電阻的能耗大, 轉速越低,外串電阻的數(shù)值就越大, 電機效率也越低。如果能夠找到降低能耗的方法其應用必將更廣泛。這次課程設計距上電機課過了一個寒假，如果沒有這次課程設計，所學的電機知識可能很快就會忘掉很多。通過做這個課程設計，課本知識得以鞏固和加強，我對繞線式異步電動機的調速方法、異步電動機的能量傳遞了解進一步加深。在做這個設計中，由于要用Simulink仿真，對matlab中各元器件的名稱