电机与拖动课程
课程名称：电机与拖动课程设计设计题目：三相异步电动机调速计算与仿真院 系：电气工程系班 级：设 计 者：孙兆晋学 号：同 组 人：李雷指导教师：任倩设计时间：设计报告
1202303 120230318 李煊红 2015.11.26—2015.12.5
课程设计（论文）任务书
专 业 学 生 题 目 子 题 设计时间 电气工程及其自动化 孙兆晋 班 级 指导教师 三相异步电动机调速计算与仿真 年 月 日 至 年 月 日 共 周 1202303 任倩 一台绕线式异步电动机，Y/y连接，已知数据为：额定功率PN = 120kW，f = 50 Hz，2p =4，Un = 380 V，nN = 1440r/min，R1 =0.02Ω，R2 ‘=0.04 Ω，x1σ = x2σ’=0.06Ω，xm = 3.6Ω，ki = ke = 2，忽略铁耗。试求： 设计内容： 1. 若维持转轴上的负载转矩为额定转矩，使转速下降到1000r/min，采用调压调速方式并计算其参数，做出机械特性图，分析能量的传递。用SIMULK设计调压调速仿真模型。 2. 若维持转轴上的负载转矩为额定转矩，使转速下降到900r/min，采用变频调速方式并计算其参数，做出机械特性图，分析能量的传递。用SIMULK设计调压调速仿真模型。 3. 若维持转轴上的负载转矩为额定转矩，采用串电阻调速，转速下降到1000r/min，分析能量的传递。用SIMULK设计调压调速仿真模型。 设计要求
1 原理描述
1.1 三相异步电动机的调速
三相异步电动机的转子转速可由下式子给出： n?60f1(1?s) （1-1） p根据上式，三相异步电动机的调速方法通常采取以下三种： （1）改变定子电压的调压调速，属于改变转差率的调速； （2）变频调速；
（3）转子串电阻调速，也属于改变转差率的调速。
1.2 三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率以及参数固定的条件下，机械轴上的转子转速n和电磁转矩Tem之间的关系n?f(Tem)。利用等效电路可以很方便地获得各种形式的机械特性表达式。
机械特性参数表达式如下： Tem?m1p2?f1r2'2'2[(r1?)?(x1??x2?)]sr2'Us21 （1-2）
上式给出了电磁转矩Tem与转差率s之间的关系，若将电磁转矩Tem作为横坐标轴，转子转速n作为纵坐标轴，并考虑到转子转速n?n1(1?s)，则可得到三相异步电动机的机械特性曲线n?f(Tem)，如下图所示：
图1.1 三相异步电动机的机械特性曲线
1.3 改变定子电压的调压调速
由式（1-2）可知，仅降低定子电压时，由于同步速n1不变，故不同电压下的人工机械特性均通过同步运行点。考虑到最大电磁转矩Tem和启动转矩Tst皆与定子电压的平方U12成正比，而产生Tem所对应的临界转差率sm与U1无关。根据这些特点绘出不同定子电压U1下的人工机械如下所示：
图1.2 改变定子电压U1时的人工机械特性
1.4 变频调速的原理
由E1?4.44f1N1kw1?m可知，要想确保主磁通不变即恒磁通?m调速，在变频过程中，必须采用E1/f1?常数控制。
考虑到三相异步电动机的定子电势E1难以直接测量。因此，对于实际调速系统，通常采用U1/f1?常数代替E1/f1?常数实现变频调速。
将式（1-2）变形可得： Tem?m1pU12()2?f1[(r1?r'2)?(x1??x2?)]s'22r2'f1s （1-3）
根据式（1-3）绘出保持U1/f1?常数时变频调速的典型机械特性如下图所示，
图1-3 三相异步电动机变频调速时的机械特性（U1/f1?常数）
1.5 异步电动机串电阻调速
三相绕线式异步电动机转子串电阻的人工机械特性如下所示：
图1-4 异步电动机转子串电阻的人工机械特性
''T?C?Icos?2，由于电源电压保持不变，故主磁通?m为定值。emTm2考虑到
调速过程中，为了充分利用电动机绕组，要保持I2?I2N，于是有
I2?I2N?E2(r22)?x2?sN?E2 （1-4）
r?R?2(2)?x2?sN由上式可得
r2r2?R???常数 （1-5） sNsN2 参数计算
转子电感 L1x?x1?0.06?=0.000191H 2?f1100?'x20.06定子电感 L???=0.000191H
2?f1100?'1r额定电感 Lm?xm3.6?=0.0115H 2?f1100?额定负载转矩 Tn?PN120000=795.84N·m ?2?nN2??14406060同步转速 n0?60f160?50?=1500r/min p21500?1440=0.04
1500额定转差率 sN?