三相感应电动机(异步电机)特性研究报告(含MATLAB仿真)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电气工程学院
感应电动机特性
研究报告
学
号： 姓 名：
指导教师： 研究时间： 2012.12.8—2012.12.18
摘要
异步电动机以其结构简单、运行可靠、效率较高、成本较低等特点，在日常 生活中得到广泛的使用。 目前， 电动机控制系统在追求更高的控制精度的基础上 变得越来越复杂，而仿真是对其进行研究的一个重要手段。MATLAB 是一个高级 的数学分析和运算软件， 可用动作系统的建模和仿真。在分析三相异步电动机物
第一章 异步电动机的概述
1.1 异步电动机的用途及分类
根据电机的可逆原理，异步电机既可以作为电动机，也可以用作发电机。但
3
其作发电机运行时性能较差， 故很少采用。 而用作电动机时具有较好的工作特性， 故其主要用作电动机。异步电机结构简单，价格低廉，运行可靠，坚固耐用，易 于控制，因而是电动机中应用的最为广泛的一种。异步电动机是一种交流电机， 主要用作电动机，拖动各种生产机械，广泛应用于交通运输、农业生产及国防、 文教、医疗和日常生活中。 异步电动机具有较高的运行效率和较好的工作特性， 从空载到满载范围内接 近恒速运行， 能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电动机还便于派生 成各种防护形式， 以适应不同环境条件的需求。随着电力电子器件以及交流变频 调速技术的发展， 由异步电动机和变频调速器组成的交流调速系统的调速性能以 及经济性以可与直流调速系统相媲美，而且维护简便，因而应用愈来愈广泛。 由于异步电动机在运行过程中必须从电网中吸收感性无功功率， 因此其功率 因素较差，总是小于 1，此外，异步电动机空载电流大，启动和调速性能都不够 理想，是异步电机的主要缺点。 异步电动机的种类很多，从不同的角度考虑，有不同的分类方法 按照相数来分，有单相异步电动机，三相异步电动机。大功率机械拖动时， 一般都用三相异步电动机，日常生活中和工业控制装置则多用单相异步电动机。 按转子结构分，有鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机，其中，鼠笼式异 步电动机又包括单鼠笼式异步电动机、 双鼠笼式异步电动机和深槽式异步电动机。 按机壳的保护方式分，有防护式异步电动机、封闭式异步电动机，以及防爆 式异步电动机。
关键词：异步电机数学模型 MATLAB 仿真
VB 设计
Abstract
Asynchronous motor with its simple structure, reliable operation, high efficiency, low cost, in everyday life are widely used. At present, the motor control system in pursuit of higher control precision on the basis of becomes more and more complex, and its
1.4 三相异步电动机的运行特性
异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下， 电动机的主要物理量 转差率，转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变化的关系曲线。 （1） 转差率特性 通常把同步转速ns 和电动机转子转速 n 二者之差与同步转速ns 的比值叫做 转差率，用 s 表示。关于转差率的定义如下：当电机的定子绕组接电源时，站在 定子边看， 如果气隙旋转磁通密度与转子的转向一致， 则转差率 s 为： s= 如果两者转向相反，则：s =
目录
第一章 异步电动机的概述· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 1.1 异步电动机的用途及分类
2
1.2 异步电动机的主要性能指标 1.3 异步电动机的基本工作原理 1.4 三相异步电动机的运行特性 第二章 软件介绍及模型实现· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 2.1 MATLAB 简介 2.2 MATLAB 中的 SIMULINK 仿真模块的使用 2.3 模型实现 第三章 三相异步电机机械特性的仿真· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·10 3.1 机械特性的表达式 3.2 固有机械特性与人为机械特性 3.3 基于 MATLAB 的异步电机机械特性仿真 第四章 异步电机调速特性仿真· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·16 4.1 变频调速 4.1.1 变频调速原理及其机械特性 4.1.2 基频以下变频调速 4.1.3 基频以上变频调速 4.2 调压调速 第五章 基于 VB 的计算特性参数小程序· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·24 结论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·25
0
理和数学模型的基础上，应用 MATLAB 软件简历了相对应的仿真模型；在加入相 同的三相电压和转矩的条件下，使用实际电机参数，与 MALAB 给定的电机模型 进行了对比仿真。 全文分为五个部分， 第一章对异步电机的应用发展做出了相关的描述，第二 章对 MATLAB 仿真软件做了一定的介绍， 从第三章到第四章则是对异步电动机的 工作特性、机械特性、调速进行理论分析和仿真模拟以及仿真结果的分析。第五 部分利用 Visual Basic6.0 软件设计一个计算实用异步电机参数小程序。 经分析后， 表明模型的搭建是合理的。 因此， 本设计将结合 MATLAB 的特点， 对三相异步电机进行建模和仿真。
5
n s +n ns n s −n ns
；
。式中的n1 、n 都理解为转速的绝对值，s 是一
个没有单位的数，它的大小能反映电wenku.baidu.com机转子的转速。随着负载功率的增加，转 子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。 （2） 转矩特性 异步电动机的输出转矩：转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下 降，转矩曲线为一个上翘的曲线。 （3） 电流特性 空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。 （4） 效率特性 其中铜耗随着负载的变化而变化；铁耗和机械损耗金丝不变；效率曲线有最 大值， 可变损耗等于不变损耗， 点击达到最大效率。 异步电动机额定效率在 74-94% 之间；最大效率发生在（0.7-1.0）倍额定效率处。 （5） 功率因数特性 空载时， 定子电流基本上用来产生主磁通， 有功功率很小， 功率因数也很低； 随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；在额定 功率附近， 功率因数达到最大值。 如果负载继续增大， 则导致转子漏电抗增大 （漏 电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。
第二章软件介绍及模型实现
2.1 MATLAB 简介
八十年代以来，计算机仿真成为交流电机及其调速系统分析，研究和设计 的有利工具。应用计算机的仿真技术，我们可以用软件建立起电机及其传动、
1
simulation is an important tool in the study of. The MATLAB is an advanced mathematical analysis and calculation software, available action system modeling and simulation. On the analysis of the physics model and mathematics model of three-phase asynchronous motor based on MATLAB software application, resume the corresponding simulation model; in addition the same three-phase voltage and torque conditions, using the actual motor parameters, and MALAB given motor model were compared with simulation. The whole thesis is divided into five parts, the first chapter of the asynchronous motor application development of the corresponding description, the second chapter of the MATLAB simulation software to be introduced, from the third chapter to the fourth chapter is on the mechanical characteristics of asynchronous motors, speed control by theory analysis and simulation and the simulation results analysis of.The fifth part of a utility use of the Visual Basic6.0 software design asynchronous motor parameters calculated applet After analysis, show that the model built is reasonable. Therefore, the design will be based on the characteristics of MATLAB, the three-phase asynchronous motor modeling and simulation, the model is validated. Key words: asynchronous motor. mathematicalmodel. simulation of MATLAB VB design
1.2 异步电动机的主要性能指标
异步电动机的主要性能指标有： （1） 效率： 电动机输出机械功率与输入电功率之比， 通常用百分数表示。 （2） 功率因数：电动机输入有效功率与实际功率之比。 （3） 启动电流：电动机在额定电压、额定频率和转子启动时从供电回路 输入的最大稳态方均根电流 （4） 启动转矩：电动机在额定电压、额定频率和转子启动时所产生的转 矩的最小测得值。 （5） 最小转矩：电动机在额定电压、额定频率下，在零转速与对应于最 大转矩的转速之间所产生的稳态异步转矩的最小值。
4
（6） 最大转矩：电动机在额定电压、额定频率下所能产生的最大稳态异 步转矩。 （7） 噪声：电动机在空载运行时的噪声功率级，以及在额定负载运行时 超过空载运行的噪声功率级增量。 （8） 振动：电动机在空载稳态运行时振动速率有效值。
1.3 异步动电机的基本工作原理
电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力 定律等基础上的。 如下图是三相交流异步电动机转子转动的原理图（图中只示出 两根导线），当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就 感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极 不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动 势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与 旋转磁极的磁场相互作用， 而使转子导条受到电磁 力 F，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力 进而产生电磁转矩，转子就转动起来。异步电机的 工作原理用箭头简单的表示如下： 定子绕组通入三相交流电流→产生旋转磁场 →切割转子绕组→转子绕组产生感应电势→转子 中产生感应电流→转子电流与磁场作用→产生电磁转矩→运行。
感应电动机特性
研究报告
学
号： 姓 名：
指导教师： 研究时间： 2012.12.8—2012.12.18
摘要
异步电动机以其结构简单、运行可靠、效率较高、成本较低等特点，在日常 生活中得到广泛的使用。 目前， 电动机控制系统在追求更高的控制精度的基础上 变得越来越复杂，而仿真是对其进行研究的一个重要手段。MATLAB 是一个高级 的数学分析和运算软件， 可用动作系统的建模和仿真。在分析三相异步电动机物
第一章 异步电动机的概述
1.1 异步电动机的用途及分类
根据电机的可逆原理，异步电机既可以作为电动机，也可以用作发电机。但
3
其作发电机运行时性能较差， 故很少采用。 而用作电动机时具有较好的工作特性， 故其主要用作电动机。异步电机结构简单，价格低廉，运行可靠，坚固耐用，易 于控制，因而是电动机中应用的最为广泛的一种。异步电动机是一种交流电机， 主要用作电动机，拖动各种生产机械，广泛应用于交通运输、农业生产及国防、 文教、医疗和日常生活中。 异步电动机具有较高的运行效率和较好的工作特性， 从空载到满载范围内接 近恒速运行， 能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电动机还便于派生 成各种防护形式， 以适应不同环境条件的需求。随着电力电子器件以及交流变频 调速技术的发展， 由异步电动机和变频调速器组成的交流调速系统的调速性能以 及经济性以可与直流调速系统相媲美，而且维护简便，因而应用愈来愈广泛。 由于异步电动机在运行过程中必须从电网中吸收感性无功功率， 因此其功率 因素较差，总是小于 1，此外，异步电动机空载电流大，启动和调速性能都不够 理想，是异步电机的主要缺点。 异步电动机的种类很多，从不同的角度考虑，有不同的分类方法 按照相数来分，有单相异步电动机，三相异步电动机。大功率机械拖动时， 一般都用三相异步电动机，日常生活中和工业控制装置则多用单相异步电动机。 按转子结构分，有鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机，其中，鼠笼式异 步电动机又包括单鼠笼式异步电动机、 双鼠笼式异步电动机和深槽式异步电动机。 按机壳的保护方式分，有防护式异步电动机、封闭式异步电动机，以及防爆 式异步电动机。
关键词：异步电机数学模型 MATLAB 仿真
VB 设计
Abstract
Asynchronous motor with its simple structure, reliable operation, high efficiency, low cost, in everyday life are widely used. At present, the motor control system in pursuit of higher control precision on the basis of becomes more and more complex, and its
1.4 三相异步电动机的运行特性
异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下， 电动机的主要物理量 转差率，转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变化的关系曲线。 （1） 转差率特性 通常把同步转速ns 和电动机转子转速 n 二者之差与同步转速ns 的比值叫做 转差率，用 s 表示。关于转差率的定义如下：当电机的定子绕组接电源时，站在 定子边看， 如果气隙旋转磁通密度与转子的转向一致， 则转差率 s 为： s= 如果两者转向相反，则：s =
目录
第一章 异步电动机的概述· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 1.1 异步电动机的用途及分类
2
1.2 异步电动机的主要性能指标 1.3 异步电动机的基本工作原理 1.4 三相异步电动机的运行特性 第二章 软件介绍及模型实现· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·7 2.1 MATLAB 简介 2.2 MATLAB 中的 SIMULINK 仿真模块的使用 2.3 模型实现 第三章 三相异步电机机械特性的仿真· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·10 3.1 机械特性的表达式 3.2 固有机械特性与人为机械特性 3.3 基于 MATLAB 的异步电机机械特性仿真 第四章 异步电机调速特性仿真· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·16 4.1 变频调速 4.1.1 变频调速原理及其机械特性 4.1.2 基频以下变频调速 4.1.3 基频以上变频调速 4.2 调压调速 第五章 基于 VB 的计算特性参数小程序· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·24 结论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·25
0
理和数学模型的基础上，应用 MATLAB 软件简历了相对应的仿真模型；在加入相 同的三相电压和转矩的条件下，使用实际电机参数，与 MALAB 给定的电机模型 进行了对比仿真。 全文分为五个部分， 第一章对异步电机的应用发展做出了相关的描述，第二 章对 MATLAB 仿真软件做了一定的介绍， 从第三章到第四章则是对异步电动机的 工作特性、机械特性、调速进行理论分析和仿真模拟以及仿真结果的分析。第五 部分利用 Visual Basic6.0 软件设计一个计算实用异步电机参数小程序。 经分析后， 表明模型的搭建是合理的。 因此， 本设计将结合 MATLAB 的特点， 对三相异步电机进行建模和仿真。
5
n s +n ns n s −n ns
；
。式中的n1 、n 都理解为转速的绝对值，s 是一
个没有单位的数，它的大小能反映电wenku.baidu.com机转子的转速。随着负载功率的增加，转 子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。 （2） 转矩特性 异步电动机的输出转矩：转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下 降，转矩曲线为一个上翘的曲线。 （3） 电流特性 空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。 （4） 效率特性 其中铜耗随着负载的变化而变化；铁耗和机械损耗金丝不变；效率曲线有最 大值， 可变损耗等于不变损耗， 点击达到最大效率。 异步电动机额定效率在 74-94% 之间；最大效率发生在（0.7-1.0）倍额定效率处。 （5） 功率因数特性 空载时， 定子电流基本上用来产生主磁通， 有功功率很小， 功率因数也很低； 随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；在额定 功率附近， 功率因数达到最大值。 如果负载继续增大， 则导致转子漏电抗增大 （漏 电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。
第二章软件介绍及模型实现
2.1 MATLAB 简介
八十年代以来，计算机仿真成为交流电机及其调速系统分析，研究和设计 的有利工具。应用计算机的仿真技术，我们可以用软件建立起电机及其传动、
1
simulation is an important tool in the study of. The MATLAB is an advanced mathematical analysis and calculation software, available action system modeling and simulation. On the analysis of the physics model and mathematics model of three-phase asynchronous motor based on MATLAB software application, resume the corresponding simulation model; in addition the same three-phase voltage and torque conditions, using the actual motor parameters, and MALAB given motor model were compared with simulation. The whole thesis is divided into five parts, the first chapter of the asynchronous motor application development of the corresponding description, the second chapter of the MATLAB simulation software to be introduced, from the third chapter to the fourth chapter is on the mechanical characteristics of asynchronous motors, speed control by theory analysis and simulation and the simulation results analysis of.The fifth part of a utility use of the Visual Basic6.0 software design asynchronous motor parameters calculated applet After analysis, show that the model built is reasonable. Therefore, the design will be based on the characteristics of MATLAB, the three-phase asynchronous motor modeling and simulation, the model is validated. Key words: asynchronous motor. mathematicalmodel. simulation of MATLAB VB design
1.2 异步电动机的主要性能指标
异步电动机的主要性能指标有： （1） 效率： 电动机输出机械功率与输入电功率之比， 通常用百分数表示。 （2） 功率因数：电动机输入有效功率与实际功率之比。 （3） 启动电流：电动机在额定电压、额定频率和转子启动时从供电回路 输入的最大稳态方均根电流 （4） 启动转矩：电动机在额定电压、额定频率和转子启动时所产生的转 矩的最小测得值。 （5） 最小转矩：电动机在额定电压、额定频率下，在零转速与对应于最 大转矩的转速之间所产生的稳态异步转矩的最小值。
4
（6） 最大转矩：电动机在额定电压、额定频率下所能产生的最大稳态异 步转矩。 （7） 噪声：电动机在空载运行时的噪声功率级，以及在额定负载运行时 超过空载运行的噪声功率级增量。 （8） 振动：电动机在空载稳态运行时振动速率有效值。
1.3 异步动电机的基本工作原理
电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力 定律等基础上的。 如下图是三相交流异步电动机转子转动的原理图（图中只示出 两根导线），当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就 感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极 不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动 势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与 旋转磁极的磁场相互作用， 而使转子导条受到电磁 力 F，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力 进而产生电磁转矩，转子就转动起来。异步电机的 工作原理用箭头简单的表示如下： 定子绕组通入三相交流电流→产生旋转磁场 →切割转子绕组→转子绕组产生感应电势→转子 中产生感应电流→转子电流与磁场作用→产生电磁转矩→运行。