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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：Tem=Pem1=m1pU12R2s2f1R1+R2s2+(X1+X2)2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
3、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PN7.5kW时，可以直接启动” 本次课程设计所采用的异步电机数据PN=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
4、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：n=1-sn1=60f1p(1-s)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
5、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电机实验所用的异步电机的参数，如下：PN=3kW，UN=380V，IN=5.28A，f1=50Hz，R1=2.2，R2=3.07，Rm=5.47，X1=3.83，X2=3.81，Xm=83.58，2p=4定转子电感：L1= X12f1 =0.0122H，L2= X22f1 =0.0121H励磁电感：Lm= Xm2f1=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
6、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Tmax，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Tmax，但不改变达到最大电磁转矩时的转差率，且最大电磁转矩Tmax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
7、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
8、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1480n/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
9、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
电机学课程设计基于Matlab的三相异步电机的仿真分析
