学号U200912039
专业班号电气0910
姓名刘浩田
指导教师杨凯
日期2011年12月30日报告成绩
一、设计题目
一台绕线式异步电动机，Y/y 连接，已知数据为：额定功率P N =
120kW ，f = 50 Hz ，2p =4，U n = 380 V ，n N = 1440r/min ，R 1 =0.02Ω，
R 2 ‘=0.04 Ω，x 1σ = x 2σ’=0.06Ω，x m = 3.6Ω，k i = k e = 0.02，忽略铁耗。试求：
若维持转轴上的负载为额定转矩，使转速下降到1000 r/min ，采用转子绕组串电阻调速，计算电阻及其它参数，做出机械特性图，分析能量的传递。用Matlab 中的SIMULINK 设计调速仿真模型(其余仿真参数可自行设定)，并仿真调速前后定子电流与转子转速波形。
二、设计过程
1.原理描述
交流电动机调速的主要理论依据是： ()()
160f
n n 1s p 1s =-=-
式中： f ： 电源频率
P ： 电动机的极对致
s ：转差率
要实现调速主要就是通过改变上述三个参量f 、p 、s ，本次设计要阐述的串电阻调速属于改变转差率调速中的一种。该方案主要原理就是在电动机转子侧串接不同阻值的电阻，使得电动机运行在不同的给定特性曲线上（如下图1）。其主要优缺点在于：
1 ．对电网的容量、电压波动等要求不高；
2 ．起动特性较好，可以控制起动电流，但不影响起动转矩；
3 ．控制方案简便易行，系统造价较低，前期投入小；
4 ．有级调速。电阻设计一旦确定，则速度档不易改变；
5 ．低速时，机械特性较软。转速受转矩变化影响很大，效率较低。
图1 绕线式异步电动机转子串电阻调速的机械特性
2.参数计算
绕线式异步电动机T形等效电路如下
图2绕线式异步电动机T 形等效电路图
转子电感 1110.06
0.0001912100s x L H f σππ
=
== 定子电感 ''
2110.06
0.0001912100r x L H f σππ
===
励磁电感 1 3.6
0.01152100m m x L H f ππ
=== 额定负载转矩 N n N P 120000
T 795.8m 2n 21440
6060
N ππ=
==⋅⨯
同步转速 0160/6050/21500/min n f p r ==⨯= 额定转差率 N 15001440
s 0.041500
-=
=
调速前的电磁转矩 '
2211
em '
2'221112R m pU
s T R
2f [(R )(X X )]
s
σσπ==+++876.3N m ⋅ 调速后的转差 1150010001
s 15003
-==
要求为恒转矩调速，则有：
''22N 1
R R R s s Ω
+=
由上式可得 'R 0.29Ω=Ω
转子串电阻过程中，只要负载转矩不变，电机的定、转子电流也不变，在串电阻调速过程中，电机电流均为额定电流。
转子电流：
2
210.14
I A
'===；
'
60.11
I A
===
定子电流：''
102
218.56 5.536
I I I A
=+=∠-。
3.机械特性图
下面用matlab画出其机械特性图：
编程如下：
>> s=0.01:0.01:0.99;
>> p=2;m1=3;
>> u=380/sqrt(3);
>> f=50;
>> R1=0.02;
>> R2=0.04;
>> X1=0.06;
>> X2=0.06;
>> Tem=p.*m1.*u.^2.*R2./s./2./pi./f./((R1+R2./s).^2+(X1+X2).^2);
>> plot(Tem,s);
>> ylabel('转差率s');
>> xlabel('电磁转矩Tem/N*m');
>> Tem1=p.*m1.*u.^2.*(R2+0.29)./s./2./pi./f1./((R1+(R2+0.29)./s).^2+((X1+X2)).^2);
>> hold on;
>> legend('调速前','调速后');
图3 调速前后的机械特性
4.能量传递分析：
调速前的电磁功率 02/60132.1em em P T n kW π=⨯= 损耗为 132.112012.1p kW ∆=-= 调速后电磁功率不变，输出功率
212/60795.821000/6083.34N P T n kW ππ=⨯=⨯⨯= 调速后损耗 '132.183.3448.76p kW ∆=-=
下面分析损耗去向：
调速前：
定子铜耗： 2
1111 5.73cu m I R kW p ==
转子铜耗： 2221223*210.14*0.04 5.3Cu P m I R kW ''=== 电磁功率： 132.1emN P kW =；
500
1000
1500
200025003000
3500
4000
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91转差率s
电磁转矩T em/N*m
