电力拖动专业课程设计.doc

中北大学
课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 谢海椿 学 号：
学 院： 信息与通信工程学院
专 业： 自动化
题 目： 交流电动机工作特性仿真
——转速特性

指引教师： 王建萍 职称： 工程师

年 12 月 31 日

中北大学
课程设计任务书

11/12 年第 1 学期

学 院： 信息与通信工程学院
专 业： 自动化
学 生 姓 名： 谢海椿 学 号：
课程设计题目： 交流电动机工作特性仿真分析
——转速特性
起 迄 日 期： 12 月31日～ 01月 06日
课程设计地点： 校内
指 导 教 师： 王建萍
系 主 任： 王忠庆

下达任务书日期： 年12 月31 日

课 程 设 计 任 务 书
1．设计目：
掌握交流电动机工作特性，对其中转速特性进行详细阐明，并用MATLAB进行转速特性仿真，并得出仿真结论。

2．设计内容和规定（涉及原始数据、技术参数、条件、设计规定等）：
1. 对所学交流电动机知识进行复习，重点掌握交流电动机工作特性中转 速特性。
2. 学习MATLAB语言，运营M文献格式进行转速特性仿真。
3. 得出仿真成果。

3．设计工作任务及工作量规定〔涉及课程设计计算阐明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
1. 查阅资历料，掌握原理。
2. 阐明原理，编写程序进行仿真，得出成果。
3. 撰写课程设计阐明书。
4．重要参照文献：

[1] 赵耀霞. 电机学与电力拖动技术.北京：国防工业出版社，.
[2] 王中鲜. MATLAB建模与仿真应用.北京：机械工业出版社，.
[3] 潘晓晟. MATLAB电机仿真精华50例.北京：电子工业出版社，.

5．设计成果形式及规定：
课程设计阐明书1份
设计原理分析1份
仿真成果1份.
6．工作筹划及进度：
12月31日——01月02 日 收集整顿资料,学习MATLAB拟定方案
01月03日——01月05日 设计并完毕设计阐明书.
01月06日 答辩

系主任审查意见：

签字：
年 月 日

一、 原理阐述
感应电动机是一类重要交流电机。它在正常电动运营时重要是通过定子对转子之间电磁感应，使转子获得进行正常运营所需电流和转矩。众所周知，交流电一种重要指标是交流电频率，普通来讲，感应电动机转速与供应它进行工作交流电频率不保持同步关系。因而，从这个意义上讲，交流感应电动机又经常被称作异步电动机。
三相异步电机是重要异步电动机。三相定子绕组通过三相交流电产生旋转磁场，转子导体切割磁力线产生感应电动势与感应电流，进而产生电磁转矩使转子旋转。
三相感应电动机在空载运营时，转子转速接近于电机同步转速n。随着负载增大，必要输出较大转矩以维持电机稳定运营，这样，就会使转子转速度略有减少。经实验测试和分析后，可以得出输出功率增大与转子转速n减少近似为线性关系。
三相感应电动机旋转磁场旋转速度(又称同步转速) n为：
r/min
f—三相交流电频率；
P—三相电动机定子极对数。
磁场转速n和转子速度n之差与n比值称为转差率S：

异步电动机启动时n=0，s=1；n=n时，s=0；
额定工况下普通s=1.5~6%
转子角速度Ώ为：

电动机转矩为：

转子端电磁功率为：

转子端电磁功率与输出功率之间关系为：

因此输出功率为：

由以上式子可以得输出功率与转速n关系。
选定参数为额定电压U1=380V，定子△连接，定子电阻R1=1.375Ω，漏抗X1=2.43Ω，转子电阻R2=1.047Ω，漏抗X2=4.4Ω，设额定负载时，有转差率s=0.028。
计算得额定转速=1458r/min;
输出功率=10027W

二、 程序
与关系：
clear
U1=220*sqrt(3)； %输入电机参数
Nphase=3；
P=2； %极对数为2
fN=50； %交流电频率
R1=1.375； %定子端电阻
X1=2.43； %定子漏抗
R2=1.047； %转子电阻
X2=4.4； %转子漏抗
Xm=8.34； %励磁漏抗
omegas=2*pi*fN； %计算电机同步速度
n1=60*fN/P;
for N=1:10000 % 转差率计算
s=N/10000;
T=(Nphase*P*U1^2*R2/s)/(omegas*[(R1+R2/s)^2+(X1+X2)^2])；%转矩计算
n=(1-s)*n1； % 转速计算
Pm=(T*2*pi*n)/60； %转子端功率计算
P2=(1-s)*Pm； %输出功率计算
plot(P2,n) % 绘图
hold on
end
title('交流电机转速特性')
xlabel('P2/W')
ylabel('n（r/min）')

三、仿真成果
仿真所得图：

与关系图

和关系：
将与关系程序中
plot(P2,n) % 绘图
hold on
end
title('交流电机转速特性')
xlabel('P2/W')
ylabel('n（r/min）')
改成
plot(T,n) % 绘图
hold on
end
title('交流电机转速特性')
xlabel('T/N.m')
ylabel('n（r/min）')

仿真所得图：

与关系图

和关系
将与关系程序中
plot(P2,n) % 绘图
hold on
end
title('交流电机转速特性')
xlabel('P2/W')
ylabel('n（r/min）')
改成
plot(T,P2) % 绘图
hold on
end
title('交流电机转速特性')
xlabel('T/N.m')
ylabel('P2/W')
所得仿真图：

P2和T关系图
分析：
1.由与关系图可知，当转速n为1458r/min时，输出功率为10020W，这与计算值10027W很接近，证明所得特性图是对的。
2.由与关系图可知，n从1500r/min减少到1337/min区间中，输出功率P2近似线性增大，这与课本结论“输出功率P2增大与转子转速n减少近似呈线性关系”相符合。
3.n从1337r/min减少到0区间中，从n和T关系途中可知，转矩T从166.1N.m减少到0，从P2和T关系图中可知，此时输出功率P2从最大值减少到0，这与n与P2关系图中P递减相符合。

四、所遇问题及解决方案
1.刚拿到课程设计题目时，打算用SIMULINK连图做仿真，连好图后发现仿真中没有输出功率这一成果，遂决定用M文献做程序仿真。
2.编写程序时不能拟定转速特性是转速和哪个变量之间关系，联想到直流电机转速特性是转速和转矩关系，套用过来便得到转速n和转矩T关系图，日后发现课本上转速特性是转速与输出功率关系，将n和T关系程序改动便得到n和P2关系，n和P2关系图验证了“输出功率P2增大与转子转速n减少近似呈线性关系”，但图中递减某些是书中没有提到，于是建立了转矩T和输出功率P2之间关系，从转矩T和输出功率P2关系图解释了n和P2关系图中递减某些。

五、实验心得
本次电拖课程设计我研究对象交流电动机工作特性仿真分析——转速特性，对此我结合课本知识与网上搜索资料，对其原理及实现做出了深刻研究和分析。
我平时没有在学习仿真软件方面下功夫，只是在实验时才偶尔使用一两次，导致实验开始时不知如何使用软件，通过问同窗和上网查资料才懂得如何使用MATLAB研究咱们课程设计。
在网上搜索资料时，查出信息往往不是自己最想要，因此如何在复杂浩瀚网上资料中找到对自己有用信息是一门技术，这在后来学习中应当多总结，多学习，这样才干在后来工作和学习中迅速获取对自己有用信息。
通过本次课程设计我结识到咱们生活在一种技术日新月异时代，而课本上知识往往是过时技术，因此咱们在学习中要夯实掌握课本基本知识，但不能只局限于课本，而应当多去理解本学科最新动态与发展趋势，这样才干扩充自己视野，提高自己专业技能。