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三相异步电动机运行仿真及GUI设计.doc

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.13M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    绪 论
    1 异步电机基本知识
    1.1异步电机的结构、用途和分类
    1.1.1结构
    1.1.2用途
    1.1.3分类
    1.2 三相异步电动机的电磁关系、运行特性、机械特性和工作特性
    1.2.1三相异步电机转子旋转时的电磁关系
    1.2.2三相异步电动机的运行特性
    1.2.3三相异步电动机的机械特性
    1.2.4三相异步电动机的工作特性
    1.3三相异步电动机的启动、调速和制动
    1.3.1三相异步电动机的启动
    1.3.2三相异步电动机的调速
    1.3.3三相异步电动机的制动
    2 MATLAB基本知识
    2.1MATLAB 概述
    2.2Simulink仿真基础
    2.3GUI界面设计
    3 应用MATLAB仿真三相异步电机的启动运行
    3.1三相异步电动机的启动仿真
    3.1.1笼型异步电动机的启动
    3.1.2绕线型异步电动机的启动
    3.1.3 GUI界面控制启动
    3.2三相异步电动机的调速仿真
    3.2.1变频调速
    3.2.2绕线型电机转子回路串电阻调速
    3.3三相异步电动机的制动仿真
    参考文献
    致 谢
    本 科 生 毕 业 设 计 中文题目： 三相异步电动机运行仿真及 GUI 设计 英 文题 目:Operation simulation and GUI design of three phase asynchronous motor 院： 名： 学 号： 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 姓 专 指导教师： 职 称： 讲师 完成日期： 年 月 日
    摘 要 电动机在各种场合都有普遍的应用，有各式各样、性能各异的电机供用户来选择 使用，社会生产力的逐渐提高带动着电机的发展，同样，电机突飞猛进的进步也拉动 生产力的提高。经历了一百多年的技术发展，电机无论是在理论上还是技术上都越来 越成熟，以后电机的发展趋势将会向体型更小、更方便的去操控、机电能量转换效率 更高的方向去发展。 本课题首先对三相异步电动机的基本构造、原理、工作特性以及启动与调速、运 行操作等方面的深入和探索，掌握三相异步电动机的运行技术和特点。了解有关 MATLAB的基础知识，学习其强大的功能，合理的使用计算机仿真工具解决异步电机 所存在的问题，尤其是在Simulink环境下使用SimPowerSystems，它常常被用来解决 有关电机、电力电子技术、自动控制原理等工程技术的仿真。采用MATLAB软件中的 动态仿真工具Simulink和Power system工具箱，对异步电动机进行仿真研究。从而进 一步验证书本上所学的理论知识，最终达到提升分析解决问题的能力，更好的服务于 社会。 关键字：异步电机；启动；调速；制动；MATLAB/Simulink仿真；GUI界面设计
    ABSTRACT Motor on various occasions has universal application, there are various, the performance of different motor for users to choose to use, and the gradual improvement of social productivity drives the development of motor. Similarly, motor by leaps and bounds of progress is the driving force of raise. After going through the more than one hundred years of technological development, regardless of the motor is in theory and technology are more and more mature, after the development trend of motor will be to smaller, more convenient to manipulate, electromechanical energy conversion efficiency of more high direction to develop. In this paper, the basic structure of the three-phase asynchronous motor, the principle, characteristics and the start and speed control, operation and other aspects of the in-depth exploration and operation and master the characteristics of three-phase asynchronous motor. To understand the basic knowledge about MATLAB, study its powerful function, reasonable use of computer simulation tools to solve the existing asynchronous motor the problem, especially the use of SimPowerSystems in the Simulink environment, it is often used to solve the electric power electronic technology, the simulation principle of automatic control technology. By using the dynamic simulation tool in MATLAB software, Simulink and power system toolbox, simulation research of asynchronous motor. To further verify the theoretical knowledge on the books finally, to improve the ability to analyze and solve problems, to better serve the society. Keywords: induction motor; start; speed regulation; braking; matlab/simulink simulation; GUI interface design
    目 录 论......................................................................................................................................................1 绪 1 异步电机基本知识................................................................................................................................. 2 1.1 异步电机的结构、用途和分类....................................................................................................... 2 1.1.1 结构 .............................................................................................................................................2 1.1.2 用途 .............................................................................................................................................2 1.1.3 分类 .............................................................................................................................................2 1.2 三相异步电动机的电磁关系、运行特性、机械特性和工作特性.............................................. 3 1.2.1 三相异步电机转子旋转时的电磁关系 .................................................................................... 3 1.2.2 三相异步电动机的运行特性 .................................................................................................... 4 1.2.3 三相异步电动机的机械特性 .................................................................................................... 6 1.2.4 三相异步电动机的工作特性 .................................................................................................... 9 1.3 三相异步电动机的启动、调速和制动 .........................................................................................11 1.3.1 三相异步电动机的启动 .......................................................................................................... 11 1.3.2 三相异步电动机的调速 .......................................................................................................... 14 1.3.3 三相异步电动机的制动 .......................................................................................................... 17 2 MATLAB 基本知识.............................................................................................................................. 19 2.1MATLAB 概述 ................................................................................................................................ 19 2.2SIMULINK 仿真基础 .........................................................................................................................19 2.3GUI 界面设计 ..................................................................................................................................20 3 应用 MATLAB 仿真三相异步电机的启动运行............................................................................21 3.1 三相异步电动机的启动仿真 ......................................................................................................... 21 3.1.1 笼型异步电动机的启动 .......................................................................................................... 21 3.1.2 绕线型异步电动机的启动...................................................................................................... 25 3.1.3 GUI 界面控制启动 ................................................................................................................. 28 3.2 三相异步电动机的调速仿真 .........................................................................................................29 3.2.1 变频调速 ...................................................................................................................................30 3.2.2 绕线型电机转子回路串电阻调速 .......................................................................................... 32 3.3 三相异步电动机的制动仿真 .........................................................................................................33 参考文献....................................................................................................................................................36 谢....................................................................................................................................................37 致
    山西大同大学煤炭工程学院 2016 届本科生毕业设计 绪 论 随着当今社会科学技术的猛速发展，在各个领域的行业中，三相异步电动机都得 到了日益广泛的应用。电能一般由一次能源（煤、石油、天然气等）转化而来，便于 传输和配送，可以转化为动能及其他机械能，重要的是它在人们的日常生活中扮演着 举足轻重的作用，电机则是其中的核心设备。电机它也常常用在各种控制系统，在自 动化装置中担当执行、放大、检测和计算元件。可以看出，电机无论是在国家政府机 构、文化产业、人们的家庭生活等各个方面，都发挥着重要的作用。因此，对三相异 步电动机的启动、制动、调速等方面的研究是具有非常重要的意义。 在对三相异步电机的动态过程进行分析研究时，常常采用应用计算机对其仿真。 这样一来，既可以验证异步电机瞬态过程中各个物理量的变化规律，又可以为电机的 控制和调节系统方案提供依据，从而为提高电机的工作状态提供更好的手段。 了解国内外电动机的发展趋势，深刻的理解异步机的基本理论知识。为得到异步 电动机的各种特性，利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink，对电机的运行状 态建立模型，进而得出仿真结果。利用 MATLAB 软件中的 GUI，在界面通过输入绕 线型异步电机转子回路串入的电阻值和输入不同的电源电压、频率值，来调节异步电 机的转速。 1
    山西大同大学煤炭工程学院 2016 届本科生毕业设计 1 异步电机基本知识 1.1 异步电机的结构、用途和分类 1.1.1 结构 定子和转子是组成异步电机的两大部分。除此之外，它还有外壳、散热片等部件 组成。 定子铁心、绕组、机座和附件构成了异步机的定子。定子铁芯由较薄的硅钢片（导 磁性好、铁耗小）叠压做成的，在电机磁路中起导磁作用。在电动机中其电路部分是定 子绕组，它主要由很多线圈遵循预先安排好的规则安置在定子铁心中，进行联结起来。 用于稳固和撑持定子铁心和绕组的是机座，除此之外，它还有散发热量的作用。 转子铁心、绕组和转轴组成异步电机的转子。电机磁路的主要部分也是由转子铁芯 组成的，它也由较薄的硅钢片叠压圆柱体，套装在转轴上。在转子电路中，转子绕组 是其最重要的部件，它在交变的磁场中感应 E 、流过转子电流并产生T ，从而达到驱 动转子旋转的目的。 在异步电机运行中，气隙对其有很大的影响作用。气隙是电机磁路的一部分，制造 工艺、运行可靠性、运行性能等因素影响气隙的大小，一般情况下，P 很大时、 n 很高 时，则气隙长度也就越大。 1.1.2 用途 异步电机很多场合还是被用来当作电动机来使用。在国民经济各个行业和人们的家 庭生活中，电动机都扮演着举足轻重的作用，从几瓦到上千瓦的功率范围，例如工业中 的机床、 风机、水泵等场合大多数采用三相异步电动机拖动，生活中的电风扇、洗衣 机、空调等生活电器使用单相异步电动机。异步电机结构不复杂、方便构造、费用低价、 结石长久而且运行速度较高，是异步电机广泛应用的主要原因。它适用于多种机械负载 的工作特性，驱动多种机械设备正常工作。 1.1.3 分类 2
    山西大同大学煤炭工程学院 2016 届本科生毕业设计 表 1-1 三相异步电动机的分类 绕线型异步电机 笼型异步电机 单相异步电机 三相异步电机 大型异步电机 中型异步电机 小型异步电机 小 功 率 异 步 电 机 按 转 子 绕 组 结 构划分 按 定 子 绕 组 相 数划分 按 电 机 尺 寸 划 分 按 电 机 的 防 护 开 启 式 异 步 电 防 护 式 异 步 电 形式划分 机 机 封闭式异步电机 1.2 三相异步电动机的电磁关系、运行特性、机械特性和工作特性 1.2.1 三相异步电机转子旋转时的电磁关系 在三相异步电机的定子上，装上三相对称绕组，三相对称电流流过三相对称绕组， 就会产生正弦分布的旋转磁场。其同步速度为磁场转速，即 1 n  60 1 f p ( 1n 为同步转 速， 1f 为电源频率， p 为电机极对数）。此时转子绕组切割定子产生的旋转磁场，将 会在短路的闭合绕组也即转子绕组中，就会感应电动势，进而产生转子电流。在电流 和气隙磁场作用下，产生T ，驱动转子转动。 n n  1 n 1 转差率 s   100% （ 1n 为同步转速， n 为转子转速），它常常用来描述异步 电机的运行状态。s 总是在 0 和 1 之间取值，额定时的转差率 nS 在 0.01 和 0.5 之间取 值，也即说明了转子转速总是很接近同步转速。 异步电机的转差率在以下三种状态是不同的，如下表 1-1 所示： 表 1-2 异步电机的三种运行状态与转差率的对应关系 电机运行状态 电磁制动 电动机 发电机 1n 与n 的关系 1 0, n n  0 0   n 1 n n n 1 0  转差率 1s  0 1s  s  0 3
    山西大同大学煤炭工程学院 2016 届本科生毕业设计 转子电流的频率： f  2 p n  60  pn 1 60  n n  1 n 1  sf 1 转子绕组旋转时感应电动势： E 2 S  4.44 f N K 2 2 W  2 m  (4.44 f N K 1 2 W  2 m ) S 其中： 2SE 是转子绕组旋转时的感应电动势， 2E 是转子静止时的感应电动势 (1-1) (1-2) 1.2.2 三相异步电动机的运行特性 1.功率平衡关系 图1-1 三相异步电动机的功率关系及功率流程图 电网输入三相异步电动机的功率： P 1  3 U I COS 1 1 1 （1-3） 根据异步电动机 T 型等效电路分析得： 输入功率 1P 除去定子铜耗 1cuP 和铁 耗后 FeP 后，剩下的大多数功率通过气隙旋转磁场的作用从定子传递到转子，该功 率是转子通过电磁感应作用获得的，为电磁功率 P,所以： P   P P 1  Fe  P CU 1  从 T 型等效电路也可看出： P也等于转子回路等效电阻 2 r  (1-4) s 1  s  r 2  1 s  r 2 上所消耗的功率。 4
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