MATELAB仿真三相异步电动机能耗制动过程

综合性设计性实验报告系别：化工机械系班级：自动化082011—2012学年第一学期学号0823105016姓名王家亮指导教师王元莉课程名称综合设计型实验课程编号062030228实验名称三相异步电动机能耗制动仿真实验类型设计性实验地点化工学院实验楼计算机控制实验室实验时间2010.12实验内容：利用MATLAB仿真三项异步电动机稳定运行过程中，切断电源，然后外加电源，观察电机能耗制动过程。实验目的与要求：目的设计仿真模型，利用MATLAB作出仿真结果要求仿真出能耗制动时电机转速与时间的曲线和转矩与时间的曲线等，对比这些曲线和理论值的差别，并且分析这些误差产生的原因。设计思路：（设计原理、仿真方案及仿真结果等）一、1.能耗制动的原理三相异步电动机处于电动运行状态的转速为n。如果突然切断电动机的三相电动机的三相交流电源，同时把直流电流I通入它的定子绕组，结果电源切断的瞬间，三相异步电动机内形成一个空间坚固的磁通势。在切断电源后瞬间，由于机械惯性，电动机转速不能突变，继续维持原方向旋转。这样一来，空间固定不变的磁通势相对于旋转的转子来说，变成了一个旋转的磁通势，转速大小为n。正如三相电动机运行于电动状态下一样，转子绕组则感应电动为E产生电流I2，进而转子受到电磁转矩T。T的方向与磁通势相对于转子的旋转方向一致。显然T与n反方向，电动机处于制动运行状态，T为制动性的组转矩。如果电动机拖动的负载为反抗性恒转矩负载，在此转矩作用下，电机减速运行知道转速为0.上述制动停车过程中，将转动部分储存的动能转化为电能消耗在转子回路中，故称为能耗制动。三相异步电动机能耗制动过程中，电磁转矩T的产生，仅与定子磁通势的大小以及它与转子之间的相对运动有关。至于定子磁通势相对于定子本身是旋转还是静止的则无关紧要。因此，分析能耗制动可以用三相交流电流产生的旋转磁通代替直流磁通。等效2条件如下：（1）保持磁通势值不变。（2）保持磁通势与转子之间相对转速不变。2．能耗制动电路图二．定子等效电流异步电动机定子通入直流电流I-产生磁通势F-，其幅值大小与定子绕组的接法及通入I-大小有关。如下图：AI-I-I-CB3当I-从出线端A进B出，如果电动机定子绕组为Y接，则A相绕组和B相绕组分别产生磁通势FA和FB，二者幅值相等，空间差为60度，FA,FB和总磁通F-分别为FA=FB=4NkI/2∏pF-=3.4NkI/p∏把F～等效为三相交流电流产生的，每相交流电流的有效值大小为I1，则交流磁通势幅值为F～=4.28NkI1/p∏等效原则是F-=F~等效结果为I1=0.816I-上面结果说明对于如图所示的定子Y接方式，I-产生的磁通势可以用定子绕组通入大小为I1=0.816I-的三相交流电流长生的磁通势等效。三、转差率及等效电路磁通势发F~与转子相对转速为（-n），F~的转速即同步转速为n1=60f1/p，能耗制动转差率用v表示则：V=-n/n1转子绕组的感应电动势E2v的大小与频率为E2v=vE2f2=|vf1|例如，转子转速n=0时，v=0，E2v=0;n=n1时v=-1，f2=f1，E2v=-E2；而n=-n1时，v=1，f2=f1，E2v=E2等。其中，E2是磁通势与转子相对转速为-n1，即n=n1时转子绕组的电动势。把转子绕组相数、匝数、绕组系数及转子电路的频率都折合到定子后，三相异步电动机能耗制动的等效电路如下图R1jX1R2jX2RmjXm能耗制动时等效电路4四、能耗制动的机械特性nn12AB12TL2TL10T-TL10TC图1能耗制动机械特性图2能耗制动1-固有机械特性2-能耗制动机械特性图1为三相异步电动机能耗制动时机械特性图，显然，能耗制动时的机械特性与定子三相交流电源运行时的机械特性很相似，是一条具有正，负最大值的曲线，电磁转矩T=0所对应的转差率v=0，其相应的转速为0.图1中的曲线1和曲线2相比，只是磁通势不同而已，前者磁通强，后者磁通弱，从图2的机械特性看出来改变直流励磁电流的大小，或者改变绕线式异步电动机的转子回路每相所串的电阻Rs，都可以调节能耗制动时的机械特性。图2为三相异步电动机的拖动反抗性恒转矩负载运行时，采用能耗制动停车，电动机运行点从A到B到O，最后准确停车在n=0处，如果拖动位能性恒转矩负载，则需要在制动到n=0时及时切断直流电源，才能保证准确停车。采用能耗制动停车时，考虑到既要有较大的制动转矩，又不要使定，转子回路电流过大而使绕组过热，根据经验：异步电动机取I-=(4~5)Io绕线式异步电机取I-=（2～3）Io能耗制动停车过程，电动机运行于第二象限的机械特性上。对于拖动位能性恒转矩负载，电动机减速到n=0后，接着便反转，如图2所示，最后稳定运行于地四象限的工作点C这种情况稳态下，电动机的电磁转矩T0,而转速n0.5五．用MATLAB仿真三相异步电机的能耗制动1.的参数选择三相电源2.三相异步电动机的参数选择63.选择三相异步电动机的输出信号4.整体电路图75.整体仿真结果6.电机的仿真结果8仿真分析：电机系统仿真结果如上图，电机开始时正常启动，在5S时三相开关断开，单相开关闭合，在电机A.B两相加人380的直流电，电机进入制动运行状态，转速和电磁转矩关系基本符合理论值的关系9实验总结：通过本次实验不但复习了课堂上学习过的知识而且通过查阅各种课外资料，培养一种自学的能力。并且引导一种创新的思维，把学到的知识应用到日常生活当中。在设计的过程中，不断的学习，思考和同学间的相互讨论，运用科学的分析问题的方法解决遇到的困难，掌握MATLAB的使用与运用学会对常见问题的处理方法，积累设计系统的经验，充分发挥教学与实践的结合。全能提高个人系统开发的综合能力，开拓了思维，为今后能在相应工作岗位上的工作打下了坚实的基础。通过本次课程的设计，不但加深我对在课程上所学到的电机方面知识的认识和理解，重新让自己认识到了这门学科的在应用方面的广阔前景，并且通过知识与应用于实践的结合更加丰富了自己的知识。扩展了知识面，不但掌握了本专业的相关知识，而且对其他专业的知识也有所了解，而且较系统的电机的运行工作过程。经过这次一个较完整的用MATLAB仿真三相异步电动机的能耗制动实验过程，使我认识到自己在知识方面存在的不足，明确今后的学习方向是非常有益的，为将来的的就业提前打了下坚实的基础。在设计过程中，得到了我的指导老师的悉心指导与帮助，还有其他老师和同学的大力支持和协助，在此一并表示衷心的感谢。学生签名：2010年12月27日评语与成绩：教师签名：年月日10