电力拖动课程设计样本.doc

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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

指导教师: 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．设计目的:
掌握交流电动机的工作特性, 对其中的转速特性进行详细说明, 并用MATLAB进行转速特性的仿真, 并得出仿真结论。

2．设计内容和要求( 包括原始数据、 技术参数、 条件、 设计要求等) :
1. 对所学交流电动机的知识进行复习, 重点掌握交流电动机的工作特性中的转 速特性。
2. 学习MATLAB语言, 运行M文件的格式进行转速特性的仿真。
3. 得出仿真的结果。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、 图纸、 实物样品等〕:
1. 查阅资历料, 掌握原理。
2. 说明原理, 编写程序进行仿真, 得出结果。
3. 撰写课程设计说明书。
4．主要参考文献:

[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．设计成果形式及要求:
课程设计说明书1份
设计原理分析1份
仿真结果1份.
6．工作计划及进度:
12月31日—— 01月02 日 收集整理资料,学习MATLAB确定方案
01月03日—— 01月05日 设计并完成设计说明书.
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的交流电机。它在正常电动运行时主要是经过定子对转子之间的电磁感应, 使转子获得进行正常运行所需的电流和转矩。众所周知, 交流电的一个重要指标是交流电的频率, 一般来讲, 感应电动机的转速与供给它进行工作的交流电的频率不保持同步的关系。因此, 从这个意义上讲, 交流感应电动机又常常被称作异步电动机。
三相异步电机是重要的异步电动机。三相定子绕组经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行时, 转子的转速接近于电机同步转速n。随着负载的增大, 必须输出较大的转矩以维持电机的稳定运行, 这样, 就会使转子转速度略有降低。经试验测试和分析后, 能够得出输出功率的增大与转子的转速n的降低近似为线性关系。
三相感应电动机的旋转磁场的旋转速度(又称同步转速) n为:
r/min
f—三相交流电的频率;
P—三相电动机的定子极对数。
磁场转速n和转子速度n之差与n的比值称为转差率S:

异步电动机启动时n=0, s=1; n=n时, s=0;
额定工况下一般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的关系为:

因此输出功率为:

由以上式子能够得输出功率与转速n的关系。
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
与的关系:
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、 仿真结果
仿真所得图:

与的关系图

和的关系:
将与的关系程序中
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:

与的关系图

和关系
将与的关系程序中
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的关系图
分析:
1.由与的关系图可知, 当转速n为1458r/min时, 输出功率为10020W, 这与计算值10027W很接近, 证明所得特性图是正确的。
2.由与的关系图可知, n从1500r/min降低到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的增大与转子转速n的降低近似呈线性关系”相符合。
3.n从1337r/min降低到0区间中, 从n和T关系途中可知, 转矩T从166.1N.m降低到0, 从P2和T的关系图中可知, 此时输出功率P2从最大值降低到0, 这与n与P2的关系图中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结果, 遂决定用M文件做程序仿真。
2.编写程序时不能确定转速特性是转速和哪个变量之间的关系, 联想到直流电机的转速特性是转速和转矩的关系, 套用过来便得到转速n和转矩T的关系图, 后来发现课本上转速特性是转速与输出功率的关系, 将n和T的关系程序改动便得到n和P2的关系, n和P2的关系图验证了”输出功率P2的增大与转子转速n的降低近似呈线性关系”, 但图中递减部分是书中没有提到的, 于是建立了转矩T和输出功率P2之间的关系, 从转矩T和输出功率P2关系图解释了n和P2关系图中递减部分。

五、 实验心得
本次电拖课程设计我的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的资料, 对其原理及实现做出了深刻的研究和分析。
我平时没有在学习仿真软件方面下功夫, 只是在实验时才偶然使用一两次, 导致实验开始时不知如何使用软件, 经过问同学和上网查资料才知道如何使用MATLAB研究我们的课程设计。
在网上搜索资料时, 查出的信息往往不是自己最想要的, 因此如何在复杂浩瀚的网上资料中找到对自己有用的信息是一门技术, 这在以后的学习中应该多总结, 多学习, 这样才能在以后的工作和学习中快速获取对自己有用的信息。
经过本次课程设计我认识到我们生活在一个技术日新月异的时代, 而书本上的知识往往是过时的技术, 因此我们在学习中要扎实的掌握课本的基础知识, 但不能只局限于课本, 而应当多去了解本学科的最新动态与发展趋势, 这样才能扩充自己的视野, 提高自己的专业技能。