电机学课程设计基于Matlab的三相异步电机的仿真分析.doc

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1、华中科技大学本科生课程设计课程名称：电机学课程设计题目：基于Matlab的三相异步电机的仿真分析学号专业班号姓名指导教师完成日期 2015年2月23日报告成绩课程设计任务书一、课程设计的题目基于Matlab的三相异步电动机的计算与仿真分析，具体任务：1 根据电机手册，找一套合理的三相异步电动机的基本数据；2 编程作出该电机在不同参数下的Ts曲线并分析；3 利用simulink中的模型，任选一种起动方式，进行该电机起动性能的仿真和分析；4 利用simulink中的模型，任选一种调速方式，进行该电机调速性能的仿真和分析。二、课程设计的要求1 每位同学独立完成任务，参数和内容雷同度高的答卷皆不得分。

2、2 要求格式正确、绘图清晰、整洁美观。3 要求附程序和仿真模型4 设计报告打印于1月19日由班代表交到西九楼133室。程序和设计报告电子版发送到邮箱jyang。一、课程设计原理1、Ts曲线（机械特性曲线）所谓不同参数下的Ts曲线，即不同参数下的机械特性曲线。三相异步电动机的机械特性，是指在定子电压、频率和其他参数固定，而负载不断变化时，电磁转矩（T）与转速（n）（或转差率（s）之间的函数关系。根据教材电机学第240页可得电磁转矩与参数的关系如下：上述数学关系T=f(s)即是异步电机的机械特性。当转子电阻、定子电压或频率等参数发生变化时，可以得到对应于不同参数时的电机机械特性。而此次课设将改变定

3、子电压来得到不同定子电压下的机械特性曲线。2、三相异步电动机的启动根据教材上所学的知识，三相异步电机的启动的方法有：a) 直接启动b) 降压启动降压启动又含有： 定子串电抗降压启动 采用Y-启动器启动 采用自耦变压器启动c) 采用高启动转矩异步电动机d) 采用绕线式异步电动机其中，直接启动适用于小容量电动机带轻载的情况。根据“对于额定电压为380V的电机而言，当7.5kW时，可以直接启动” 本次课程设计所采用的异步电机数据=3kW，故选择直接启动的方式进行仿真。3、三相异步电动机的调速异步电动机具有多种优点，但在调速性能上比不上直流电动机。同时，现在也并没有研制出能完全取代直流电动机的异步电动

4、机的调速系统。但人们已研制出各种异步电动机的调速方式，并广泛运用于各个领域。根据异步电动机的转速公式：异步电动机的调速方式有以下三种：a) 变极调速b) 变频调速c) 改变转差率调速随着电力电子技术的迅速发展，变频调速被视为交流电机最有前途的调速方式，本次仿真将选择变频调速。二、课程设计题目1 编程作出该电机在不同参数下的Ts曲线并分析2 利用simulink中的模型，任选一种起动方式，进行该电机起动性能的仿真和分析（本次课设选择直接启动）3 利用simulink中的模型，任选一种调速方式，进行该电机调速性能的仿真和分析（本次课设选择变频调速）三、参数选择本次课设的三相异步电机数据将选择本学期

5、电机实验所用的异步电机的参数，如下：=3kW，=380V，=5.28A，=50Hz，=2.2，=3.07，=5.47，=3.83，=3.81，=83.58，2p=4定转子电感：= =0.0122H，= =0.0121H励磁电感：= =0.266H四、MATLAB仿真a) 编程作出该电机在不同参数下的Ts曲线并分析改变转子电阻MATLAB程序代码如下：图1 改变转子电阻的Ts曲线程序图2 不同转子电阻的Ts曲线图其中：R1=0.5,R2=1.5,R3=3,R4=5,R5=6分析：由曲线图可见，改变转子电阻并不会改变最大电磁转矩，只是达到最大电磁转矩时的转差率会随着转子电阻的增大而增大。这与课程所

6、学知识相符。改变定子电压MATLAB程序代码如下：图3 改变定子电压的Ts曲线程序图4 不同定子电压的Ts曲线图分析：由曲线图可见，改变定子电压会改变最大电磁转矩，但不改变达到最大电磁转矩时的转差率，且最大电磁转矩随着定子电压的增大而增大。这与课程所学知识相符b) 用MATLAB对三相异步电动机的直接启动进行仿真仿真电路如下图搭建：图5 三相异步电动机仿真电路图其中三相异步电动机的参数设置如下：图6 三相异步电动机参数设置仿真结果如下：图7 三相异步电动机仿真结果(50Hz)从上到下分别为：转子电流，定子电流，转速，转矩分析：由图可见，转子电流和定子电流波形呈现较大的振荡，但在0.8秒内很快衰

7、减到正常电流；而转速和转矩在1秒左右达到稳定，所以可以认为启动过程1秒结束。异步电机在直接启动过程中启动电流较大为30A左右，为额定电流的6倍，这与实际情况相符。电机最初启动转矩为40Nm，但迅速减小并接近于0，这是因为负载转矩很小的缘故。c) 用MATLAB对三相异步电动机的变频调速进行仿真仿真电路搭建同（b），只需改变电源频率即可。将电源频率改为60Hz可得仿真结果如下：图8 三相异步电动机仿真结果(60Hz)分析：对比图7和图8可知， 将电源频率由50Hz提高到60Hz后，启动瞬间转子电流和定子电流略有减小，但稳定时的幅值相同； 将电源频率由50Hz提高到60Hz后，电机稳定时的转速从1

8、480n/min上升到1750n/min左右，但启动时间增长了，由1秒上升到了1.8秒。将电源频率由50Hz提高到60Hz后，启动瞬间的转矩由40Nm下降到了30Nm，同样稳定时间也由1秒上升到了1.8秒。四、总结与体会本次的课程设计由于是在寒假期间进行的，所以一开始因为对教材知识的遗忘导致有点无从下手，而且对MATLAB这软件也不是很熟悉，使得我先复习了一下第五章关于异步电机的知识，并在网上找了一些关于MATLAB的仿真教程来学习。真正开始动手实行时在理论知识方面并没有遇到太大的困难，因为我感觉自己对异步电机的知识掌握得比较好。在MATLAB方面倒遇到了一些障碍，正如前面所说对这软件了解得并不深刻，但在参考书的帮助下还是顺利的跨过了这些障碍。 总而言之这一份电机课设还是具有一定的挑战性的，很好地使我巩固了基础知识，也使我了解到了MATLAB功能的强大和复杂，相信完成了这份课设对我以后的学习会有很大的帮助。五、参考文献1辜承林, 陈乔夫, 熊永前. 电机学. 华中科技大学出版社, 2005.2潘晓晟, 郝世勇. MATLAB电机仿真精华50例. 电子工业出版社, 2007.学生（签名）：年月日成绩：教师（签名）：年月日