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1、综合性设计性实验报告 系别：化工机械系 班级：自动化 08 2011 2012 学年 第一学期 学号 06 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 0 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 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：（
2、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
3、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
4、绕组的接法及通入 I-大小有关。如下图：A I-I-I-C B 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/2p F-=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=p 等效原则是 F-=F 等效结果为 I1=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=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
5、（-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=vE2 f2=|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 R1 jX1 R2 jX2 Rm jXm 能耗制动时等效电路 四、能耗制动的机械特性 n
6、 n 1 2 A B 1 2 TL2 TL1 0 T -TL1 0 T C 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
7、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-=(45)Io 绕线式异步电机取 I-=（23）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 n
8、0.五用 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 3.选择三相异步电动机的输出信号 4.整体电路图 5.整体仿真结果 6.电机的仿真结果 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 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 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
9、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