电机与拖动课程设计

第1章 设计说明

1.1设计任务

1.使用Simulink建立三相异步电动机的直接起动仿真，测取三相异步电动机直接起动过程中的转速、电磁转矩和电枢电流的变化规律。

2.某他励直流电动机，已知额定值为Un=220N,Pn=22kW,In=115A，nN=1500r/min；电枢电阻Ra=0.18Ω；励磁电阻Rf=628Ω；求CE N，CT N并分别画出固有机械特性曲线和改变电枢电压、改变电枢电阻、改变磁通时的人为机械特性曲线。

1.2设计目的

1．通过课程设计，对所学的电机与拖动基本知识和基本概念进行全面的复习和总结，巩固所学的理论知识。

2．通过本次课程设计达到理论与实践相结合，提高学生分析问题和解决问题的能力。

3．学会使用电子图书馆的数据库资源进行查找相关文献和资料。

4．初步掌握MATLAB/Simulink软件进行仿真设计，掌握编写设计说明书的基本方法。

1.3设计原则

1．合理性。所设计内容应符合国家相关政策和法令，符合现行的行业行规要求。 2．先进性。杜绝使用落后，淘汰的产品，不使用未经认可的技术，要充分考虑未来发展。

3．实用性。考虑降低物耗，保护环境，综合利用等因素。

1.4设计要求

1．正确性。全套技术文件（设计说明书、相关模型和波形）应正确无误，达到规

定的性能指标。

2．完整性。文件中的仿真模型、仿真数据、仿真波形以及仿真说明和其它相关资料应翔实可靠。

3．统一性。图形中的符号、名称、数据、标注等应尽可能选用国家标准，如没有国

家标准或必须用于不同含义时，必须另加说明。

第2章 MATLAB7.1软件

2.1安装和使用说明

安装过程： 1.解压crack

2.打开CD1（不需要要解压），双击setup.exe，进行安装，（crack文件夹中有PLP）。 3.当安装过程中提示插入CD2时，先点Browse，然后打开下载的CD2（不需要要解压），双击setup.exe，注意观察 插入光盘的对话框中（就是点了Browse后的对话框） 多了哪一个文件，再选择那个文件，确认，OK，就可以继续安装了

4.CD3的安装方法跟CD2一样。安装完成后会出现两个对话框，关掉就行了。

使用说明：

2.2软件中的Simulink控件

第3章 使用Simulink建立三相异步电动机的直接起动仿真

3.1异步电动机Simulink仿真模型的建立

直接起动又称全压起动，就是将电动机的定子绕组直接加上额定电压起动。 使用Simulink建立三相异步电动机的直接起动仿真模型，测取三相异步电动机直接起动过程中的转速、电磁转矩和电枢电流的变化规律。其仿真模型包括三相异步电动机模块（Asynchronous Machine）、电源模块（Power source）、断路器模块（Circuit breaker）和测量模块（Machine measurements）等。

图3.1异步电动机的直接起动仿真模型

模块参数设置：

1）异步电动机模块：预选模型选择20:150HP（110KW）400V 50Hz 1487 RPM。机械输入选择转矩形式输入。转子类型选择Squirrel-cage,额定功率1.1e+005,电压400，频率为50，定子电阻和电感分别为0.02155 0.000226，转子电阻和转子电感为0.01231 0.000226，互感参数设定为0.01038。

2）电机测量模块：选择Asynchronous,Rotor current,Stator currents,Rotor speed,Electromagnetic torque。

3）三相电压电流测量模块：选择测量yes。

4）三相断路器模块：选取A.B.C和外部控制开关时间。开通时间的电阻 为0.001，缓冲电阻1e6,缓冲电容为无穷大。

5）交流电源模块的电压峰值为220*sqrt(2),角度互差120°。 6）仿真参数设置为12s.

3.2直接起动过程中转速的变化规律

图3.2电机直接起动转速波形

3.3直接起动过程中电磁转矩的变化规律

图3.3电机直接起动电磁转矩波形

3.4直接起动过程中电枢电流的变化规律

直接起动电流虽然很大，但因起动时间很短，而且随着转子转动起来后，电流很快

减小，只要起动不过于频繁，不知引起电动机过热。如果电源的容量又足够大，电源的

额定电流远大于电动机的起动电流，也不会引起供电电压的明显下降。起动过程中电枢电流的变化规律如下：

图3.4电机直接起动定子电流波形

第4章 他励直流电动机计算与仿真

4.1固有机械特性曲线

电动机自身所固有的，反映电动机本来“面目”的机械特性是在电枢电压、励磁磁通为额定值，且电枢回路不外串电阻时的机械特性，称为电动机的固有（自然）机械特性。根据固有机械特性的方程式可知，转速与电磁转矩的关系为一条斜率为负数的斜线。

由公式n=Ua/CE错误！未找到引用源。-(Ra/CECT错误！未找到引用源。2)T=n0-错误！未找到引用源。T，可得固有机械特性曲线如下：

图4.1他励电动机固有机械特性曲线

4.2改变电枢电压时的人为机械特性曲线

分别取电枢电压Un1=165V,

Un2=110V,

Un3=55V, 则对应理想空载转速

n01=Un1/CE错误！未找到引用源。N=1289.06r/min, n02= Un2/CEN=859.38r/min,

n03= Un3/CE错误！未找到引用源。N=429.69r/min,

斜率 r=Ra/CECT错误！未找到引用源。N2=1.154 不变；

所以当电枢电压从额定值开始减小时，电动机的理想空载转矩减小，但机械特性的斜率不变，机械特性的硬度不变，机械特性平行下移。得到人为特性曲线如下：

图4.2改变电枢电压时的人为机械特性曲线

4.3改变电枢电阻时的人为机械特性曲线

分别取电枢电阻 R1=0.68Ω, R2=1.18Ω, R3=1.68Ω, 则对应斜率分别为

错误！未找到引用源。1=4.358, 错误！未找到引用源。2=7.563, 错误！未找到引用源。3=10.767,

理想空载转速n0= Un/CE错误！未找到引用源。N=1718.75r/min 不变

可见若在电枢电路中串入一外接电阻，相当于电枢电路电阻增加。这时理想空载转速不变，机械特性的斜率增加，机械特性的硬度减小。串入的电阻越大，人为特性的斜率越大，机械特性的硬度越小。得到人为特性曲线如下：

图4.3改变电枢电阻时的人为机械特性曲线

4.4改变磁通时的人为机械特性曲线

分别取磁通 Φ1=0.5*phiN Φ2=0.75*phiN

Φ3=1*phiN

Φ4=1.25*phiN

则对应理想空载转速

n01=3437.5r/min, n02=2291.7r/min, n03=1718.75r/min,

n04=1375r/min, 对应的机械特性的斜率分别为 r1=4.614, r2=2.051, r3=1.154, r4=0.738,

以上可见，当磁通相应的减小或增大时，电动机的理想空载转速相应的增加或减小，机械特性的斜率相应的增加或减小，机械特性的硬度相应的减小或增加。得到人为特性曲线如下：

图4.4改变磁通时的人为机械特性曲线

设计收获与体会

通过为期两周的课程设计，使我更进一步的了解了电动机的工作原理及其启动过程，掌握了直流电动机的机械特性和启动方法，而且知道了三相异步电动机的直接启动方法和启动过程中各物理量的变化规律。使我感觉到这次的电机与拖动课程设计给我们对于电动机这方面带来了很大的帮助，确实对我们的能力有所提高。

另外，通过自己上网查资料，还有和同学们在电子阅览室一起学习了很多知识，同时也遭遇了不少困难，但是通过我们的团结合作都一一克服了。与此同时，我发现同学之间的团结协作，密切配合，各抒己见都发挥了至关重要的作用，使我明白了集体的重要性。

总之，这次的课程设计是我做的最成功的一次，把老师给我们布置的要求基本上都做到了，使我们感受到了成功的快乐，而且对于办公软件的使用也更加娴熟了，而且学到了更多的知识，包括MATLAB软件的使用，查阅资料，编辑公式和对报告手册排版的本领，这些东西对我以后的工作生活都是一笔宝贵的财富。

主要参考文献

[1] 唐介. 电机与拖动 [M] (第二版). 北京: 高等教育出版社, 2010

[2] 曾新红. 基于MATLAB的三相异步电机仿真分析[M]. 广州航海高等专科学校学报,2012 [3] 边敏 郭庆云. 基于SMULNK的直流电机拖动的仿真[J]. 北京印刷学院学报，2010,18(4)；64-47

[4] 李晓竹 姚刚. 基于MATLAB/Simulink的BCDC直接转矩控制系统仿真[J]. 制造业自动化，2011,33(9):129-131

[5] 王雪燕. 基于MATLAB的永磁外直线电机的设计[J]. 制造业自动化，2011,33(9):107-101 [6] 刘凤春. 电机与拖动MATLAB仿真与学习指导[M]. 北京: 机械工业出版社, 2008 [7] 潘晓晟. MATLAB电机仿真精华50例[M]. 北京: 电子工业出版社, 2007 [8] 王正林. 精通MATLAB7.0[M]. 北京: 电子工业出版社, 2007

[9] 贾秋玲. 基于MATLAB7.X/Simulink/Stateflow系统仿真、分析及设计[M]. 西安: 西 北工业大学出版社, 2006

[10] 陈怀琛. MATLAB及在电子信息课程中的应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2006

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wta1.html