运动控制论文
课题：异步电动机数学模型和电压空间矢量PWM控制技术研究
姓名：xxxxxxxxx
专业：电气工程及自动化
班级：电097
学号：0912002167
日期：2013年3月30日
摘要
由于直流调速的局限性和交流调速的优越性,以及计算机技术和电力电子器件的不断发展,交流异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。目前广泛研究应用的交流异步电动机调速技术有恒压频比控制方式，矢量控制，直接转矩控制等。本论文中所讨论的异步电动机调速技术叫做空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)。相对于直接转矩控制,它有可连续控制,调速范围宽等显著优点。
本文首先对交流异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述，通过对交流异步电动机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理概念的介绍，逐步引出了异步电动机的数学模型和在不同坐标系上的数学模型表达方程式，指出了异步电动机的模型特点是一多变量、强藕合的非线性系统。采用MATLAB /SIMULINK软件包,实现异步电动机动态数学模型的仿真。仿真研究显示,该方法简洁、方便、实时交互性强,能充分融合到其它控制系统中,并具有良好地扩展性。
其次阐述了异步电动机电压空间矢量PWM控制技术的原理和矢量变换方法实现的步骤，据交流电机坐标变换及矢量控制理论提出了异步电机在任意同步旋转坐标系下仿真结构图的建模设想,得出了一种按转子定向磁场下的动态结构图,利用该结构图可以方便的构成电机的仿真模型,进行仿真计算。然后运用MATLAB软件搭建模型进行仿真分析，结果表明电机有良好的稳、动态性能。
通过对仿真软件的应用也表明在进行复杂系统设计时运用仿真工具对设计进行仿真分析是行之有效的方法，可以提高系统设计效率，缩短系统设计时间，并能够较好的进行系统优化。经试验表明，空间电压矢量调制的方法正确可行，
可调高电压利用率和系统精度。
关键词：异步电动机；矢量控制；数学模型；仿真
目录
摘要 (2)
第1章简介 (5)
1.1 课题研究的意义 (5)
1.2 交流调速的发展和现状 (5)
1.3 本论文的主要工作 (6)
第2章异步电动机的数学模型分析................................... 错误！未定义书签。
2.1 异步电动机的三相数学模型.................................. 错误！未定义书签。
2.2 异步电动机三相数学模型表达式 (7)
2.2.1 电压方程 (7)
2.2.2 磁链方程 (7)
2.2.3 运动方程 (7)
2.2.4 转矩方程 (7)
2.3 坐标变换 (8)
第3章异步电动机在精致坐标系下的数学模型 (8)
3.1 电压矩阵方程 (8)
3.2 磁链方程 (8)
3.3 电磁转矩方程 (8)
3.4 两种二相静止坐标系下的模型 (9)
3.4.1 电压方程 (9)
3.4.2 磁链方程 (9)
3.4.3 转矩方程 (9)
第4章空间电压矢量控制原理 (9)
4.1 三相合成矢量............................................. 错误！未定义书签。0 4.2 空间矢量表达式 (10)
4.3 电压与磁链空间矢量的关系 (10)
4.4 SVPWM原理 (11)
4.5 期望电压空间矢量的合成 (12)
4.6 SVPWM的实现 (12)
4.6.1 电压空间矢量所在扇区的确定 (13)
4.6.2 零矢量的实现方法 (13)
4.7 本章小结 (14)
第5章 MATLAB/SIMULINK仿真 ....................................... 错误！未定义书签。
5.1 仿真平台简介.............................................. 错误！未定义书签。
5.2 三相交流异步电机模型...................................... 错误！未定义书签。
5.3 模型参数设置.............................................. 错误！未定义书签。
5.4 SVPWM控制模型 (21)
5.4.1 系统仿真图 (21)
5.4.2 仿真结果 (23)
第6章总结 (25)
参考文献 (25)
第1章：简介
1.1课题研究的意义
随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换向器的存在,使直流电动机的维护工作量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。而异步电动机结构简单、坚固耐用、便于维修,但异步电动机的调速性能难以满足生产要求。近年来,交流电动机的控制技术取得了突破性的进展，将矢量控制理论应用到交流电机的调速控制中，可使交流系统的调速性能完全和直流系统相媲美。
1.2交流调速的发展和现状
异步电机调速技术以微电子装置为控制核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成电气传动控制系统，以达到控制电机转速或位置的目的。异步电机它本身是一个多变量、强耦合、非线性的复杂系统，很难和直流电机那样对其转矩与转速进行实时控制。直到20 世纪70 年代才有了突破性的进展，首先是电力电子技术和微电子技术的飞跃发展，新型的电力半导体器件的相继出现，可为交流电动机的控制提供高性能的功率变换器，并且其价格逐年下降，能够为人们所接受。特别是微电子技术的惊人发展，高性能微处理器的引入，使得硬件简化；其次，交流电动机控制理论上的突破，尤其是20 世纪70年代创立的磁场定向矢量控制理论和直接转矩控制方法、非线性解耦控制方法等，为调速传动奠定了理论基础。
PWM 控制技术发展主要经历以下几个阶段：
1) 等脉宽PWM：脉冲的宽度均相等，改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度可以调压，采用适当控制算法可以使电压和频率协调地变化。该方法的缺点是输出电压中除了基波成分外，还包括有较大的谐波成分。
2) 正弦波PWM(SPWM)：它是从电动机供电电源的角度出发，着眼于如何产生一个可调频、调压的三相对称正弦波电源。具体的方法是以一个正弦波作为基准波，用一系列等幅的三角波与基准正弦波相比较，由它们的交点确定逆变器的开关模式。当基准正弦波高于三角载波时，使相应的功率开关器件导通当基准正弦波低于三角载波时，使开关器件截止。该方法的特点是在半个周期中总是中间的脉冲宽，两边的脉冲窄，各脉冲的面积与该区间正弦波下的面积成比例，这样在输出电压中的低次谐波成分就可以大大减小。
3) 空间电压矢量PWM (SVPWM)：是由德国学者H.W.Vander, Broek 等提出来一种新颖的脉宽调制方法，它不是局限于如何使逆变器输出按正弦规律变化的电源，而是将逆变器和电机看成一个整体，基于电压空间矢量概念，用八种基本电压空间矢量合成期望的电压空间矢量，建立逆变
器功率器件的开关状态和空间矢量，并依据电机的定子磁链矢量与定子电压之间的关系，直接达到控制电机定子磁链矢量幅值近似恒定、顶点沿圆形轨迹运动、平均速度可调的目的，从而实现对异步电机近似恒磁通变压变频调速。SVPWM 相对于SPWM 在逆变环节中直流侧电压利用率提高了15%，减少了谐波分量，而且SVPWM 更适合全数字化控制，因此本文研究的控制系统是基于SVPWM 技术。
1.3本论文的主要工作
本论文的主要研究内容是异步电机动态数学模型的建立和电压空间矢量调制的电机矢量控制系统。论文是从异步电动机上的数学模型原理出发，再进一步研究电压空间矢量控制。论文主要包括以下几个方面的内容：
1.阐述异步电动机的数学模型和坐标变换原理，推导出二相静止坐标系下的模型方程。
2.对异步电机的SVPWM 矢量控制原理进行阐述。介绍坐标变换下矢量控制的基本思想和异步电机数学模型的建立。给出系统的结构图并阐述了相关数学模型。
3.异步电机矢量控制系统的SIMULINK仿真。建立控制系统的各部分SIMULINK中的仿真模块，按照系统原理图组合成双闭环仿真模型，最后得到各种状态下动态仿真的实验结果并进行验证分析。
第2章：异步电动机的数学模型分析
异步电机的模型种类繁多，在对异步电机进行暂稳态分析时，异步电动机的数李模型要建立在某个坐标系上，所以坐标系的选择就尤为重要。适当的选择坐标系会使得模型更加简便，而且模型分析更容易，更能准确地控制系统的动静态性能。自从1899年勃朗台尔(Blonde)提出双反应理论及1918年福提斯(Foertsuce)提出对称分量法，到派克(Park)提出旋转变换及顾毓绣(Ku)提出复数分量变换以来，交流电机分析理论日渐成熟。由于坐标变换即线性变换，是不改变系统的物理特性的，所以在实时控制系统中，我们可以通过坐标变换使得三相电机的数学模型分析和控制大大简化。
2.1 异步电动机的三相数学模型
在分析异步电动机的数学模型时,作如下假设：
①忽略空间谐波。设三相绕组对称，所产生的
磁动势沿气隙圆周按正弦规律分布；
②忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的；
③忽略铁芯损耗；
④不考虑频率和温度变化对绕组电阻的影响。
并规定各绕组电压、电流、磁链的正方向符合
电动机惯例和右手螺旋定则。 图2.1 三相异步电动机的物理模型
2.2异步电动机三相动态模型的数学表达式
异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成。
2.2.1 电压方程
将电压方程写成矩阵形式 ：
2.2.2 磁链方程
异步电动机每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和。
或写成：
2.2.3 运动方程
2.2.4 转矩方程
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?????????=????????????????????c b a C B A c b a C B A r r r s s s c b a C B A dt d i i i i i i R R R R R R u u u u u u ψψψψψψ0
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ψ
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cC
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cc c L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i ψψψψψψ??????
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Li
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120sin()(sin )(?-+++?++++++-=θθθb C a B c A a C c B b A c C b B a A ms p e i i i i i i i i i i i i i i i i i i L n T
2.3 坐标变换
按照能够产生相同的旋转磁动势的原则，将三相交流绕组转换成两相交流绕组，即使在三相坐标系下的A i 、B i 、C i 和在两相坐标系下的αi 、βi 彼此等效，两个坐标系下各电流分量合成的旋转磁动势相同。按照上述原则,并遵循功率不变的约束条件，可得：
三相/二相变换阵：
求其反变换阵，可得二相/三相变换阵：
第3章：异步电动机在静止坐标系α、β下的数学模型
通过三相/二相变换,我们可以得到在静止坐标系A 、B 下的异步电动机的数学模型。
3.1 电压矩阵方程
3.2 磁链方程
3/2
111222333022C ?
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--
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2321232101323
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m m m m s
m m s r r s s i i i i L L L L L L L L L L L L 0
cos sin 0
sin cos cos sin 0sin cos 0
Lm ：α、β坐标系同轴等效定子与转子绕组间的互感； Ls ： α、β坐标系同轴等效定子与转子绕组间的互感； Lr ： α、β坐标系等效二相定子绕组的自感；
3.3 电磁转矩方程
3.4 两种二相静止坐标系下的数学模型
对转子坐标系作旋转正交坐标系到静止两相正交坐标系的变换，使其与定子坐标系重合，且保持静止。
3.4.1 电压方程
3.4.2磁链方程
3.4.3转矩方程
旋转变换改变了定、转子绕组间的耦合关系，将相对运动的定、转子绕组用相对静止的等效绕组来代替，消除了定、转子绕组间夹角对磁链和转矩的影响。
第4章空间电压矢量控制原理
空间矢量理论被引入到逆变器及其控制中，形成和发展了空间矢量 PWM(SVPWM)控制思想。它与常规正弦脉宽调制 SPWM 技术相比，不仅直流电压利用率有很大提高，而且更易于数
]
cos )(sin )[(L n T ''''m p e θθαββαββααr s r s r s r s i i i i i i i i -++-=??
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字化实现异步电动机的矢量控制技术，使交流调速控制理论获得了第一次质的飞跃。矢量控制技术以经过坐标变换的电动机的动态模型为基础，利用坐标旋转变换技术实现了定子电流励磁分量和转矩分量的解耦，使得交流电动机在理论上能像直流电动机一样，分别对励磁与转矩分量进行独立控制，获得像直流电动机一样良好的动态性能。
4.1三相合成矢量
图4.1电压空间矢量
4.2空间矢量表达式
当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量
以电源角频率为角速度作恒速旋转的空间矢量，幅值 ，在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量的幅值恒定，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。
4.3电压与磁链空间矢量的关系
当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形（简称为磁链圆）。忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为
2j j AO BO CO ku ku e ku e γγ
=++=++s AO BO CO
u u u u 112111224[cos()cos()cos()]3333
2
j j m m m j t j t m s U t U t e U t e U e U e γγωωππ
ωωω=++=+-+-=
=s AO BO CO u u u u 32
s m U U =
旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹 电压矢量圆轨迹
4.4 SVPWM 原理
图 4.4 所示是一个典型的电压型 PWM 逆变器原理简图。利用这种逆变器功率开关管的开
关状态和顺序组合、以及开关时间的调整，以保证电压空间矢量圆形运动轨迹为目标，就可以产生谐波较少且直流电源电压利用率较高的输出。
图 4.4三相电压源型逆变器
图中的 VT1~VT6 是六个功率开关管，a 、b 、c 分别代表 3 个桥臂的开关状态。规定：当上桥臂开关管“开”状态时(此时下桥臂开关管是“关”状态)，开关状态为“1”；当下桥臂开关管为“开”状态时(此时上桥臂开关管是“关”状态)，开关状态为“0”。3 个桥臂只有 1 和 0 两种状态，因此 a 、b 、c 形成 000、001、010、011、100、101、110、111 共 8 种开关模式。其中 000 和 111 开关模式使逆变器输出电压为零，所以这两种开关模式为零状态。当零矢量作用于电机时不形成磁链矢量；而当非零矢量作用于电机时，会在电机中形成相应的磁链矢量。 6个有效工作矢量U1~U6，幅值相同，相邻的非零矢量间隔 60 度。2个零矢量U0，U7。
?≈
dt
s
s u
ψ或
dt
d s
s ψu ≈
V
T2
V T6
V T4
～
U
d
V T3
V T1
V
T5
开关状态与相电压在αβ坐标系的分量的对应关系
根据表得出的八个矢量就成为基本电压空间矢量。
4.5期望电压空间矢量的合成
六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择。按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量PWM （SVPWM）的基本思想。按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。
4.6 SVPWM的实现
通常以开关损耗和谐波分量都较小为原则，来安排基本矢量和零矢量的作用顺序，一般在减少开关次数的同时，尽量使PWM输出波型对称，以减少谐波分量。
前面已经讨论了逆变器8 种开关组态形成的八个电压空间矢量。可以证明，当绕组通以三相正弦对称电压时，电压空间矢量在复数平面上将以不变的长度恒速旋转，其运动轨迹是一个圆，即磁链圆，这一矢量的转速就是电机的同步转速。反之，只要使得磁链电压空间矢量以不变的长度在复平面上恒速旋转，那么就可以确保产生这一磁链电压空间矢量的三相电压是正弦波而且是对称的；而这个磁链电压空间矢量的模代表相电压的幅值，它的角速度代表正弦波的角频率。
4.6.1电压空间矢量所在扇区的确定
基本电压空间矢量一共组成6 个扇区，如图2.8 所示。只有确定要实现的电压矢量位于哪个扇区，才能知道用哪一对相邻的基本电压空间矢量去合成它。先定义A，B，C 三个变量如下：
并设定如下的规则：如果A>0，则A＝1，否则A＝0；如果B>0，B＝1，否则B
＝0；如果C>0，C＝1，否则C＝0。计算N 值为：
N = 4C + 2B +A
4.6.2零矢量的实现方法
零矢量集中的实现方法：按照对称原则，将两个基本电压矢量的作用时间平分为二后，安放在开关周期的首端和末端。零矢量的作用时间放在开关周期的中间，并按开关次数最少的原则选择零矢量。在一个开关周期内，有一相的状态保持不变，从一个矢量切换到另一个矢量时，只有一相状态发生变化，因而开关次数少，开关损耗小。
零矢量分散的实现方法：将零矢量平均分为4份，在开关周期的首、尾各放1份，在中间
放两份。将两个基本电压矢量的作用时间平分为二后，插在零矢量间。按开关次数最少的原则选择矢量。每个周期均以零矢量开始，并以零矢量结束。从一个矢量切换到另一个矢量时，只有一相状态发生变化。在一个开关周期内，三相状态均各变化一次，开关损耗略大于零矢量集中的方法。
图4.6.1 零矢量集中的SVPWM实现
图4.6.2 零矢量分布的SVPWM实现
4.7 本章小结
本章主要介绍了异步电机矢量控制的基本思想，详细推导了矢量控制系统的坐标变换和三相异步电动机在三种坐标系下的数学模型。分析了按转子磁场定向的矢量控制基本方程式和转子磁通观测模型，在SVPWM 基本原理的基础上分析了其实现算法，最后建立了基于电压空间矢量
PWM 的矢量控制系统。
第5章：Matlab/Simulink 仿真
5.1 Matlab/Simulink 仿真平台简介
Matlab 是一种科学计算软件，由美国Mathworks 公司于1984 年开始推出，历经升级，到2001 年己经有了6.0 版，现在7.0 版以及更高的版本都相继面世。Matlab能工作在多种平台上，它的Simulink 工具箱是一种优秀的仿真软件，具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程、以及高度可视化等特点。Simulink 提供了各种仿真工具，尤其是不断扩展、内容丰富的模块库为系统仿真提供了极大的便利。在Simulink环境下利用电力系统模块库(主要为Simulink 模块库和SimPowerSystem模块库)模块，可以方便的进行电力电子电路、电机控制系统和电力系统的仿真。
Matlab/Simulink 具有开放的编程环境，它允许用户开发自己所需的模型，要建立自己的模型，主要有如下方法：1)用现有模型组合成新的自定义功能模型；2)使用Matlab Function 模型调用Matlab 函数，构造形如y=f(x)的函数，其功能十分有限；3)通过S-Function 模板构造新功能模块，即通过Matlab、C++或C 语言程序，依照需要设计的模型的数学模型及模型的状态函数设计出可实现所需功能的新功能模块。第1 种方法具体实现时可采用Simulink 提供的一个建立子系统Subsystem 的功能, 在其编辑区将现有的多个功能模块组合起来，合成新的功能模块。子系统内部还可以包含二级子系统模块，多层嵌套，可以组成很复杂的子系统，这样就实现了功能块的封装，减小了模块的体积。本论文主要利用第1 种方法结合第2 种方法搭建基于SVPWM 的矢量控制系统的实验仿真模型。
5.2 三相交流异步电机模型
为了使仿真结果尽可能地接近异步电动机的实际运行状况，仿真模型应该与异步电动机的原始模型尽量保持一致。由于两相坐标轴互相垂直，两相绕组之间没有磁链的耦合，因而异步电机的数学建模方法一般是将三相静止坐标系变换为两相静止坐标系。在这里，以两相αβ静止坐标系中的数学模型作为建立仿真模型的依据，该数学模型是在变换前后功率保持不变的约束条件下，经过三相静止到两相静止坐标变换得到的，不需要其他假设条件。由两相静止坐标系下的电压方程变换可得：
再根据式磁链方程和转矩方程可得两相αβ坐标系下电机的数学模型状态方程为：
n为极对数；式中：Lm为定转子间互感；Ls，Lr分别为定转子自感；Rs，Rr为定转子电阻；p
T为负载转矩；e T电磁转矩；Ts=Ls/Rs；Tr=Lr/Rr；ω为转子的角速度。
L
根据上式，在Matlab/Simulink 平台下建立的仿真模型如下图所示。
图5.1 两相静止坐标系下仿真模型
图5.1 中输入量为异步电机在αβ坐标系下的定子电压分量αs
u、βs u；电机的负载转矩L
T。输出量为异步电机在αβ坐标系下的定子电流分量αs i、βs i；转子的角速度ω；电磁转矩T e。将图5.1 封装成一个功能模块，并结合坐标变换，就得到三相交流异步电机的仿真模型图5.2。
图5.2 三相交流异步电机仿真模型
其子系统模型如下所示：
1)3/2转换模型
通过3/2变换，将三相静止坐标系中的电压转换成两相静止坐标系上的电压。图中，
1112132 3
K K K
===
2) 定子磁链电动机模型
定子磁链电动机各模块子模型
3) 2/3转换模型
根据两相旋转/
静止变换，将两相静止坐标系中的定子电流 转换成三相静止坐标系
上的定子电流。图中，
5.3模型参数设置
在本例中，需要设置的参数是定子电阻R1=12，转子电阻R2=10.7，L1=0.8097，L2=0.8090，Lm1=0.7104，极对数np=2。
Scope 示波器设置如图5.3.1。
2332K =
2432K =-212223 K K ==
输入正弦电压一相参数设置如图5.3.2所示。其中100*pi=50Hz，其中两相Frequency(rad/sec）分别设置成-2/3*pi,2/3*pi各相之间相位差为120°。
图5.3.1 Scope示波器设置图5.3.2 Sine Wave正弦A相电压输入设置
Steb输入阶跃负载转矩参数设置如图5.3.3所示。设置Graph在坐标系中显示转速与电磁转矩关系，Graph设置如图5.3.4。
图5.3.3 Step阶跃负载转矩输入设置图5.3.4Graph输出显示设置
仿真结果
初始状态电机正常启动，在0.65s的时刻，加上一个值为10的负载转矩，观察仿真得到的各个量之间变化关系。
异步电动机稳态电流仿真曲线
空载起动和加载过程的转速仿真波形
电磁转矩变化图
仿真结果表明，本实验所建立的模型确实正确可用。
.. . . .. -2008佳木斯电动机股份有限公司技术文件 YBX3系列隔爆型高效率三相异步电动机 （机座号80～355） 产品样本 佳木斯电动机股份有限公司发布
YBX3系列隔爆型高效率三相异步电动机（机座号80～355）样本1 概述 YBX3系列隔爆型高效率三相异步电动机是我公司开发设计的全封闭自扇冷式高效率三相异步电动机。效率指标符合GB 18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》中的“电动机节能评价值”中的1级效率的规定，并满足美国能源法规定的电动机应符合EPACT效率指标要求的规定。 本系列电动机符合国家标准GB 《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》和GB 《爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”》的规定。 本系列电动机制成隔爆型，适用于爆炸性气体环境中机械设备的电力驱动。分为I类和II类，I类：煤矿用电气设备，防爆标志为ExdI；II类：除煤矿外的其它爆炸性气体环境，防爆标志为ExdIIAT（1-4），ExdIIBT（1-4），ExdIICT（1-4），温度组别为T1、T2、T3、T4。 本系列电动机机座号范围为H80～H355，功率等级和安装尺寸符合GB/IEC 60072-1和GB/ IEC 60072-2标准的规定。 2 产品特点 YBX3系列电动机整体外观见图1。 图1 整体外观图 产品主要有以下特点： a) 电动机主接线盒位于机座的顶部，可以左右旋转满足用户不同出线方式的要求。 b）机座号H160及以上电机，可以根据用户需要提供定子测温装置、轴承测温装置、加热器、注排油装置。
c) 接线盒、机座、端盖和风罩的外形美观、样式新颖，并且有利于降噪和通风。 d) 电动机采用F级绝缘系统，温升按B级考核，从而延长电机的使用寿命。 e) 电动机工作制为S1，冷却方式为IC411，外壳防护等级为IP55。 f) 适用于各种应用场合，如：“W”、“TH”、“WTH”、“F1”、“F2”、“WF1”及“WF2”， 其中：W为户外防轻腐蚀；TH为湿热；WTH为户外湿热；F1为户内防中等防腐；F2为户内防强腐蚀；WF1为户外防中等腐蚀；WF2为户外防强腐蚀。 g) 优良的起动特性。 h) 电动机的高质量保证了很高的运行可靠性。 i) 高效、节能、安全、环保。 今天，任何一个购买新电动机或者希望对原有电动机进行大修的人，都应该仔细地计算一下：采用节能电动机是否更值得一般情况下采用节能电动机是明智的，因为它是降低电能费用最有效的措施。 在分析电动机的费用时—典型的运行时间是每年3000小时，共运行十年—购买、安装和服务、维护的费用全部加在一起，约为总费用的3%。运行费用几乎全部是电能费用，却超过总费用的97％。如果能够在电能费用上得到节约，那么，只要电动机在运行，你就是节约的。尽管电动机的购置费用较高，但可以在一年以内回收。然而上述计算不能单纯只看它的商业价值。电动机消耗了工业用电能的60％，一项研究表明，驱动系统的节约潜力—大约是每年—它相当于八个燃煤电站的出力；不仅如此，还要排放1100万吨的碳氧化物。这意味着，环境保护也受益于每台节能电动机。 YBX3系列电动机的效率平均比YB2系列电动机高出2%～3%，具体见图2，高出部分的效率节约的电能费用要远远超出所增加的费用。 图2 YBX3与YB2系列电动机效率对比值 以15kW-4P 电动机为例对YB2与YBX3原材料使用情况与节能情况进行对比分析，原材料的使用情况具体见表1。 表1 YB2和YBX3电动机原材料使用情况
三相异步电动机复习练习题 基本概念：了解三相异步电动机的基本结构，工作原理，理解转差率的概念；理解机械特性及铭牌 数据的含义，正确 理解额定转矩、最大转矩和起动转矩，以及过载系数和启动能力；掌握三相异步电动 机起动和反转的方法。 分析依据和方法： 掌握转速、转差率和同步转速三者之间关系，以及同步转速与磁极对数和电源频 率之间的关系；掌 握转矩的计算公式；会利用机械特性曲线作简单的定性分析；掌握额定转矩、最大转 矩和起动转矩以及额定电流和起动电流的计算；能判断电动机能否起动；掌握降压起动时，起动转矩和 起动电流的计算。 转矩与转速的关系 T 9.55P2 n 一、填空题： 1 ?电动机是将 能转换为 能的设备。（电、机械） 2 ?三相异步电动机主要有 和 两部分组成。（定子、转子） 3 ?三相异步电动机的定子铁心是用薄的硅钢片叠装而成，它是定子的 路部分，其 内表面冲有槽孔，用来嵌放 __________ 。（磁、定子绕组） 4?三相异步电动机的三相定子绕组是定子的 _________ 部分，空间位置相差120°/ P 。（电 路） 5?三相异步电动机的转子有 __________ 式和 _______ 式两种形式。（鼠笼、绕线） 6?三相异步电动机的三相定子绕组通以 ________ ，则会产生 _______ 。（三相交流电流、旋 转磁场） 7 .三相异步电动机旋转磁场的转速称为 _ 转速，它与电源频率和 磁极对数 有关。 8. __________________________________________ 三相异步电动机旋转磁场的转向是由 ___________________________________________________ 决定的，运行中若旋转磁场的转向改 变了，转子的转向 。（电源的相序、随之改变） 9. 一台三相四极异步电动机，如果电源的频率 f 1 =50Hz ，则定子旋转磁场每秒在空间转 过25 转。 10. _________________________________ 三相异步电动机的转速取决于 、 和一电源频率f 。（磁场极对数P 、 转差率S ） 11. _______________________________ 三相异步电机的调速方法有 、 和一转子回路串 基本公式：转速、转差率和同步转速三者之间关系 s n o n 同步转速与磁极对数和电源频率之间的关系 n o 60 f i 过载系数 T max ，起动能力 罟，效率 P 1 Y- △降压起动 T st Y 1T 丨 3 I st st Y st 自耦降压起动 T st (Ur )2T st , I U i st U^ I st U i
辽宁工业大学 实验室开放课题设计（论文） 题目：异步电动机机械特性的MATLAB仿真》 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化 131 学号： 0 ` 学生姓名：徐峰 指导教师：赵丽丽
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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。 第一章对异步电机的实验要求做出了相关的描述，第二章对MATLAB仿真软件做了一定的介绍，第三章是对异步电动机的机械特性、启动、制动和正反转进行理论分析和仿真模拟以及仿真结果的分析。 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，并通过实际的电动机参数，对建立的模型进行了验证。 关键词：异步电机、数学模型、MATLAB仿真、三相异步电动机
目录 第1章实验任务及要求 (1) 第2章 MATLAB及SIMULINK的介绍 (2) MATLAB介绍 (2) S IMULINK模块的介绍 (3) 第3章仿真实验 (4) 三相异步电动机的机械特性 (4) 三相异步电动机起动的仿真 (6) 三相异步电动机制动仿真 (8) 三相异步电动机正反转仿真 (10) 第4章总结 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)
三相异步电动机基本控制线路的安装与调试 任务1-1 三相异步电动机的单向运行控制 学习内容: 1、常用低压电器的基本结构、工作原理、图形符号和文字符号、主要技术参数及其应用； 2、三相异步电动机的启/停、点动/长动控制。 学习目标: 1、知道：常用低压电器的工作原理、图形符号和文字符号；常用低压电器的用途。 2、能根据控制要求正确选择低压电器。 3、了解：常用低压电器的基本结构；主要技术参数。 4、掌握三相异步电动机的启/停、点动/长动控制电路的原理。 学习重点:工作原理、图形符号、文字符号、选择使用。 学习难点:工作原理、选择使用 §1-1 机床电气控制中常用的低压电器 目标任务： 1、了解低压电器的基本知识，熟悉常用的低压电器种类； 2、熟悉常用的各种低压电器的结构及原理、符号、选用； 3、熟练掌握常用低压电器的使用。 相关知识： 1-1. 低压电器基本知识
凡是对电能的生产、输送、分配和应用能起到切换、控制、调节、检测以及保护等作用的电工器械，均称为电器。低压电器通常是指在交流1200V及以下、直流1500V及以下的电路中使用的电器。机床电气控制线路中使用的电器多数属于低压电器。 一、低压电器的分类 低压电器是指工作在交流电压1200V 、直流电压1500V 以下的各种电器。生产机械上大多用低压电器。低压电器种类繁多，按其结构、用途及所控制对象的不同，可以有不同的分类方式。 1 ．按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器。 用于电能的输送和分配的电器称为低压配电电器，这类电器包括刀开关、转换开关、空气断路器和熔断器等。用于各种控制电路和控制系统的电器称为控制电器，这类电器包括接触器、起动器和各种控制继电器等。 2 ．按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器。 通过电器本身参数变化或外来信号（如电、磁、光、热等）自动完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自动电器有接触器、继电器等。 通过人力直接操作来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。 3 ．按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器 电磁式电器是依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各类电磁式继电器等。非电量控制电器的工作是靠外力或某种非电量的变化而动作的电器，如行程开关、速度继电器等。 二、低压电器的作用 控制作用、保护作用、测量作用、调节作用、指示作用、转换作用 三、低压电器的基本结构 电磁式低压电器大都有两个主要组成部分，即：感测部分──电磁机构和执行部分──触头系统。 1 ．电磁机构 电磁机构的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，从而完成接通或分断电路的功能。 电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁 3 个基本部分组成。常用的电磁机构如图所示，可分为 3 种形式。 2. 直流电磁铁和交流电磁铁
Y系列三相异步电动机 Y SERIES T HREE P HASE INDUCT ION MOTOR 机座号80~315 功率0.55~200kW 工作制 S1 绝缘等级 B 适用于：一般场所和无特殊要求的机械，如金属切削机床、泵、风机、运 输机械、搅拌机、农业机械、食品机械等。 Applications:General purpose including cutting machines, pumps, fans, conveyors, machines tools of farm duty and food process. 特点：绝缘等级为B级，外壳防护等级为IP44。 Features:The insulation class is B; the protective class is IP44. 使用条件：海拔不超过1000m。环境温度随季节变化，但最高不超过+40℃， 最低不低于-15℃。 Circumstance For Use:The altitude not exceeding 1000m above sea level. The ambient temperature subject to seasonal variations but not exceeding 40℃and not less than -15℃. 性能数据Performance Data380V 50Hz
常用的安装结构型式，以及适用的机座号见下表 Conventional mounting type and suitable frame size are given in following table （with “√”) “√”表示可以制造生产的结构型式。 外形及安装尺寸 Dimensions mm B3 B5 B35
5.1 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50H Z ，满载时电动机的转差率为0.02求电动机的同步转速、转子转速和转子电流频率。 n 0=60f/p S=(n -n)/ n =60*50/2 0.02=(1500-n)/1500 =1500r/min n=1470r/min 电动机的同步转速1500r/min.转子转速1470 r/min, 转子电流频率.f 2=Sf 1 =0.02*50=1 H Z 5.2将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的两根对调，此电动机是否会反转？为什么？ 如果将定子绕组接至电源的三相导线中的任意两根线对调,例如将B,C 两根线对调,即使B相遇C相绕组中电流的相位对调,此时A相绕组内的电流导前于C相绕组的电流2π/3因此旋转方向也将变为A-C-B向逆时针方向旋转,与未对调的旋转方向相反. 5.3 有一台三相异步电动机，其n N =1470r/min,电源频率为50H Z 。设在额定负载 下运行，试求： ①定子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ②定子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ③转子旋转磁场对转子的转速； 30 r/min ④转子旋转磁场对定子的转速； 1500 r/min ⑤转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 0 r/min 5.4当三相异步电动机的负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？
因为负载增加n 减小,转子与旋转磁场间的相对转速( n0-n)增加,转子导体被磁感线切割的速度提高,于是转子的感应电动势增加,转子电流特增加,.定子的感应电动使因为转子的电流增加而变大,所以定子的电流也随之提高. 5.5 三相异步电动机带动一定的负载运行时，若电源电压降低了，此时电动机的转矩、电流及转速有无变化？如何变化？ 若电源电压降低, 电动机的转矩减小, 电流也减小. 转速不变. 5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。 试求：①线电压为380V 时，三相定子绕组应如何接法？ ②求n 0,p,S N ,T N ,T st ,T max 和I st ； ③额定负载时电动机的输入功率是多少？ ① 线电压为380V 时，三相定子绕组应为Y 型接法. ② T N =9.55P N /n N =9.55*3000/960=29.8Nm Tst/ T N =2 Tst=2*29.8=59.6 Nm T max / T N =2.0 T max =59.6 Nm I st /I N =6.5 I st =46.8A 一般n N =(0.94-0.98)n 0 n 0=n N /0.96=1000 r/min SN= (n 0-n N )/ n 0=(1000-960)/1000=0.04 P=60f/ n 0=60*50/1000=3 ③ η=P N /P 输入 P 输入=3/0.83=3.61 5.7 三相异步电动机正在运行时，转子突然被卡住，这时电动机的电流会如何变化？对电动机有何影响？ 电动机的电流会迅速增加,如果时间稍长电机有可能会烧毁.
电气与电子信息工程学院 《计算机仿真及应用B》题目 学号： 姓名: 班级: 任课老师:
三相异步电动机的建模与仿真 一．实验题目三相异步电动机的建模与仿真 二．实验原理 三相异步电动机也被称作感应电机，当其定子侧通入电流后，部分磁通将穿过短路环，并在短路环内产生感应电流。短路环内的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有相位差，从而形成旋转磁场。转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感应电动势和感应电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，从而实现能量转换。 三相异步电动机具有结构简单，成本较低，制造，使用和维护方便,运行可靠以及质量 较小等优点，从而被广泛应用于家用电器，电动缝纫机，食品加工机以及各种电动工具，小型电机设备中，因此，研究三相异步电动机的建模与仿真。 三.实验步骤 1. 选择模块 首先建立一个新的simulink 模型窗口，然后根据系统的描述选择合适的模块添加至模型窗口中。建立模型所需模块如下： 1) 选择simPowerSystems 模块库的Machines 子模块库下的Asynchronous Machine SI Units 模块作为交流异步电机。 2) 选择simPowerSystems 模块库的Electrical Sources 子模块库下的Three-Phase Programmable Voltage Source 模块作为三相交流电源。 3) 选择simPowerSystems 模块库的Three-Phase Library 子模块库下的Three-Phase Series RLC Load 模块作为串联RLC 负载。 4) 选择simPowerSystems 模块库的Elements 子模块库下的Three-Phase Breaker 模块作为 三相断路器，Ground 模块作为接地。 5) 选择SimPowerSystems 模块库的Measurements 子模块库下的Voltage Measurement 模块 作为电压测量。 6) 选择Sources 模块库下的Constant 模块作为负载输入。 7) 选择Signals Rounting 模块库下的Bus Selector 模块作为直流电动机输出信号选择器。 8) 选择Sinks 模块库下的Scope 模块。 9) 选择SimPowerSystems 模块库的Measurements 子模块库下的Three-phase V-I Measurements 用于创建子系统。 2. 搭建模块将所需模块放置合适位置，再将模块从输入端至输出端进行相连，搭建完的串电阻起 动simulink 模型如图 1 所示
三相异步电动机分类特点以及调速方法 三相异步电动机分类： 1、从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。不改变同步转速的调速方法有1)绕线式电动机的转子串电阻调速、2)斩波调速、3)串级调速以及应用电磁转差离合器、4)液力偶合器、5)油膜离合器等调速。不改变同步转速的调速方法在生产机械中广泛使用。 2、改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 3、从调速时的能耗观点来看，有1)高效调速方法与2)低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 我们清楚三相异步电动机转速公式为： n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的，下面松文机电具体介绍其七种调速方法。 一、变极对数调速方法：这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 特点如下：1、具有较硬的机械特性，稳定性良好； 2、无转差损耗，效率高；3、接线简单、控制方便、价格低；4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 二、变频调速方法：变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。其特点：1、效率高，调速过程中没有附加损耗；2、应用范围广，可用于笼型异步电动机；3、 调速范围大，特性硬，精度高；4、 技术复杂，造价高，维护检修困难。 三、串级调速方法 ：串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为
1 电动机分为（交流电动机）（直流电动机），交流电动机分为（同步电动机）（异步电动机）异步电动机分为（三相电动机）（单相电动机） 2电动机主要部件是由（定子）和（转子）两大部分组成。此外，还有端盖、轴承、风扇等 部件。定子铁心：由内周有槽的（硅钢片）叠成三相绕组，机座：铸钢或铸铁。 3根据转子绕组结构的不同分为：（笼型转子转子）铁心槽内嵌有铸铝导条，（绕线型转子）转子铁心槽内嵌有三相绕组。 4笼型电机特点结构简单、价格低廉、工作可靠；（不能人为）改变电动机的机械特性。绕线 式转子电机特点结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子（外加电阻可人为改变）电动 机的机械特性。 5分析可知：三相电流产生的合成磁场是一（旋转的磁场），即：一个电流周期，旋转磁场在空 间转过（360°）旋转磁场的旋转方向取决于（三相电流的相序），任意调换两根电源进线则旋 转磁场（反转）。 6若定子每相绕组由两个线圈（串联），绕组的始端之间互差（60°），将形成（两对）磁 极的旋转磁场。旋转磁场的磁极对数与（三相绕组的排列）有关。旋转磁场的转速取决于磁 场的（极对数）。 p=1 时 (n0=60f 1)。旋转磁场转速n0 与（频率f1）和（极对数p）有关。 7 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为（转差率S）异步电动机运行中S=（ 1--9）％。 8 一台三相异步电动机，其额定转速 n=1460 r/min ，电源频率 f1=50 Hz 。试求电动机在额定负载 下的转差率。 解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1500 r/min ,即 s n0 n 100% 1500 1460 100% 2.7% n0 1500 9 定子感应电势频率 f 1 不等于转子感应电势频率 f 2。 10 电磁转矩公式 sR2 U 12 T K ) 2 R2 (sX 20 2 2 由公式可知 :1. T 与定子每相绕组电压 U 成（正比）。 U 1 ↓则 T↓ 。 2.当电源电压 U1 一定时， T 是 s 的函数 , 3. R2 的大小对T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变（转子电阻R2 ），从而改变转距。 11 三个重要转矩：(1) ( 额定转矩 TN) 电动机在额定负载时的转矩(2) (最大转矩Tmax) 电机带动最大负载的能力,(3) ( 起动转矩Tst)电动机起动时的转矩。 12 如某普通机床的主轴电机(Y132M-4 型 ) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为（T P N 9550 7 . 5 N . m ）。 N 9550 49 . 7 n N 1440 13 转子轴上机械负载转矩T2 不能（大于 Tmax ），否则将造成堵转(停车 )。 过载系数 (能T m ax 一般三相异步电动机的过载系数为 1.8 ~ 2.2 T N 力 ) 14 K st T st 启动条件（ Tst>TL ）否则电动机不能启动，正常工作条 起动能力 T N 件：所带负载的转矩应为（TL 运动控制论文 课题：异步电动机数学模型和电压空间矢量PWM控制技术研究 姓名：xxxxxxxxx 专业：电气工程及自动化 班级：电097 学号：0912002167 日期：2013年3月30日 摘要 由于直流调速的局限性和交流调速的优越性,以及计算机技术和电力电子器件的不断发展,交流异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。目前广泛研究应用的交流异步电动机调速技术有恒压频比控制方式，矢量控制，直接转矩控制等。本论文中所讨论的异步电动机调速技术叫做空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)。相对于直接转矩控制,它有可连续控制,调速范围宽等显著优点。 本文首先对交流异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述，通过对交流异步电动机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理概念的介绍，逐步引出了异步电动机的数学模型和在不同坐标系上的数学模型表达方程式，指出了异步电动机的模型特点是一多变量、强藕合的非线性系统。采用MATLAB /SIMULINK软件包,实现异步电动机动态数学模型的仿真。仿真研究显示,该方法简洁、方便、实时交互性强,能充分融合到其它控制系统中,并具有良好地扩展性。 其次阐述了异步电动机电压空间矢量PWM控制技术的原理和矢量变换方法实现的步骤，据交流电机坐标变换及矢量控制理论提出了异步电机在任意同步旋转坐标系下仿真结构图的建模设想,得出了一种按转子定向磁场下的动态结构图,利用该结构图可以方便的构成电机的仿真模型,进行仿真计算。然后运用MATLAB软件搭建模型进行仿真分析，结果表明电机有良好的稳、动态性能。 通过对仿真软件的应用也表明在进行复杂系统设计时运用仿真工具对设计进行仿真分析是行之有效的方法，可以提高系统设计效率，缩短系统设计时间，并能够较好的进行系统优化。经试验表明，空间电压矢量调制的方法正确可行， 可调高电压利用率和系统精度。 关键词：异步电动机；矢量控制；数学模型；仿真 教案（首页） 授课班级机电高职1002 授课日期 课题序号 3.5 授课形式讲授授课时数 2 课题名称三相异步电动机的使用、维护和检修 教学目标1．了解三相异步电动机启动前的准备工作和启动时的注意事项。2．熟悉三相异步电动机运行中的监视项目。 3．熟悉三相异步电动机的定期检修内容。 4．了解三相异步电动机的常见故障以及处理方法。 教学重点1．了解三相异步电动机启动前的准备工作和启动时的注意事项。2．熟悉三相异步电动机运行中的监视项目。 教学难点1．了解三相异步电动机启动前的准备工作和启动时的注意事项。2．熟悉三相异步电动机运行中的监视项目。 教材内容更 新、补 充及删减 无 课外作业补充 教学后记无 送审记录 课堂时间安排和板书设计 复习5 导 入 5 新 授 60 练 习 15 小 结 5 一、电机选择原则 1、电源的原则 2、防护形式的选择 3、功率的选择 4、起动情况选择 5、转速的选择 二、电机的安装原则 三、电机的接地装置 四、电机的定期检查和保养 五、三相异步电机的常见故障及处理方法 课堂教学安排 课题序号课题名称第页共页教学过程主要教学内容及步骤 导入新授三相异步电动机在生产设备中长期不间断地工作，是目前工矿企业的主要动力装置，电动机的使用寿命是有限的，因为电动机轴承的逐渐磨损、绝缘材料的逐渐老化等等，这些现象是不可避免的。但一般来说，只要选用正确、安装良好、维修保养完善，电动机的使用寿命还是比较长的。在使用中如何尽量避免对电动机的损害，及时发现电动机运行中的故障隐患，对电动机的安全运行意义重大。因此，电动机在运行中的监视和维护，定期的检查维修，是消灭故障隐患，延长电动机使用寿命，减小不必要损失的重要手段。 一、电动机的选择原则 合理选择电动机是正确使用电动机的前提。电动机品种繁多，性能各异，选择时要全面考虑电源、负载、使用环境等诸多因素。对于与电动机使用相配套的控制电器和保护电器的选择也是同样重要的。 1．电源的选择 在三相异步电动机中，中小功率电动机大多采用三相380V电压，但也有使用三相22OV电压的。在电源频率方面，我国自行生产的电动机采用50Hz的频率，而世界上有些国家采用60Hz的交流电源。虽然频率不同不至于烧毁电动机，但其工作性能将大不一样。因此，在选择电动机时应根据电源的情况和电动机的铭牌正确选用。 2．防护型式的选择 由于工作环境不尽相同，有的生产场所温度较高、有的生产场所有大量的粉尘、有的场所空气中含有爆炸性气体或腐蚀性气体等等。这些环境都会使电动机的绝缘状况恶化，从而缩短电动机的使用寿命，甚至危及生命和财产的安全。因此，使用时有必要选择各种不同结构形式的电动机，以保证在各种不同的工作环境中能安全可靠地运行。电动机的外壳一般有如下型式: (1)开启型外壳有通风孔，借助和转轴连成一体的通风风扇使周围的空气与电动机内部的空气流通。此型电动机冷却效果好，适用于干燥无尘的场所。 (2)防护型机壳内部的转动部分及带电部分有必要的机械保护，以防止意外的接触。若电动机通风口用带网孔的遮盖物盖起来，叫网罩式；通风口可防止垂直下落的液体或固体直接进入电动机内部的叫防漏式；通风口可防止与垂直成100o范围内任何方向的液体或固体进入电动机内部的叫防溅式。(3)封闭式机壳严密密封，靠自身或外部风扇冷却，外壳带有散热片。适用于潮湿、多尘或含酸性气体的场合。 (4)防水式外壳结构能阻止一定压力的水进入电动机内部。 (5)水密式当电动机浸没在水中时，外壳结构能防止水进入电动机内部。 (6)潜水式电动机能长期在规定的水压下运行。 (7)防爆式电动机外壳能阻止电动机内部的气体爆炸传递到电动机外部，从而引起外部燃烧气体的爆炸。 3．功率的选择 课堂教学安排 课题序号课题名称第页共页 三相异步电动机复习练习题 基本概念：了解三相异步电动机的基本结构，工作原理，理解转差率的概念；理解机械特性及铭牌数据的含义，正确理解额定转矩、最大转矩和起动转矩，以及过载系数和启动能力；掌握三相异步电动机起动和反转的方法。 分析依据和方法：掌握转速、转差率和同步转速三者之间关系，以及同步转速与磁极对数和电源频率之间的关系；掌握转矩的计算公式；会利用机械特性曲线作简单的定性分析；掌握额定转矩、最大转矩和起动转矩以及额定电流和起动电流的计算；能判断电动机能否起动；掌握降压起动时，起动转矩和起动电流的计算。 基本公式：转速、转差率和同步转速三者之间关系n n n s -= 0 同步转速与磁极对数和电源频率之间的关系p f n 1 060= 转矩与转速的关系2 9.55 P T n = 过载系数N T T max = λ，起动能力N st T T =，效率1 2P P =η Y-△降压起动?=st Y st T T 31 ,?=st Y st I I 3 1 自耦降压起动st st T U U T 21'1' )(=,st st I U U I 1 ' 1' = 一、填空题： 1．电动机是将 能转换为 能的设备。（电、机械） 2．三相异步电动机主要有 和 两部分组成。（定子、转子） 3．三相异步电动机的定子铁心是用薄的硅钢片叠装而成，它是定子的 路部分，其内表面冲有槽孔，用来嵌放 。（磁、定子绕组） 4．三相异步电动机的三相定子绕组是定子的 部分，空间位置相差1200 / P 。（电路） 5．三相异步电动机的转子有 式和 式两种形式。（鼠笼、绕线） 6．三相异步电动机的三相定子绕组通以 ，则会产生 。（三相交流电流、旋转磁场） 7．三相异步电动机旋转磁场的转速称为 同步转速，它与电源频率和 磁极对数 有关。 8．三相异步电动机旋转磁场的转向是由 决定的，运行中若旋转磁场的转向改变了，转子的转向 。（电源的相序、随之改变） 9．一台三相四极异步电动机，如果电源的频率f 1 =50Hz ，则定子旋转磁场每秒在空间转过 25 转。 10．三相异步电动机的转速取决于 、 和 电源频率 f 。（磁场极对数 P 、转差率 S ） 天津职业技术师范大学 课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 指导老师： 班级：机检1112班 组员 天津工程师范学院 课程设计任务书 机械工程学院机检1112 班学生 课程设计课题： 三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日 二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时 间、主要参考资料等）： 1、目的和意义 交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包括： （1）各主要环节的工作原理； （2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）； （3）调节器参数的计算过程。 2．画出一张详细的电气原理图； 3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节 器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考核方式 1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）； 2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。 五、参考文献 1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003 指导教师签字：教研室主任签字： 佳木斯电机股份有限公司企业标准 YGP系列辊道用变频调速 三相异步电动机样本 2007-11-16 发布2007-12-01 实施佳木斯电机股份有限公司发布 1概述 (1) 2选型指南 (1) 3现场应用条件 (1) 4结构特点 (2) 5技术数据表 (2) 6外形尺寸及安装尺寸 (5) 7现场安装时的接口尺寸 (8) 8派生产品 (8) 9订货须知 (8) YGP系列辊道用变频调速三相异步电动机样本 1概述 1.1 该产品适用行业及所配的机械 YGP系列辊道用变频调速三相异步电动机是新一代高可靠性的变频用辊道电机，具有体积小、重量轻、性能好、使用可靠和维护方便的优点，其综合技术指标达到国际同类产品先进水平。 YGP系列辊道用变频调速三相异步电动机适用于频繁起制动、正反转、反接制动等恶劣条件下连续 或断续工作，具有较大的调速范围、过载能力和机械强度，是冶金工业辊道传送的变频电机，也可用于 其它类似机械设备上。 1.2 其它 YGP系列辊道用变频调速三相异步电动机的额定电压为380V ,可按照实际所需的转速范围确定 YGP电机的额定频率的最佳值，调速范围宽、振动小、噪声低，能与国内外各种变频装置相配套。变频范围从5-100HZ ;额定频率以下为恒转距调速，额定频率以上为恒功率调速，适用于V/F控制、转差角频率控制及矢量控制等控制方式。当用于矢量控制时，如用户需要如图1所示等效电路中的参数时，我 公司可单独提供，本样本不再列出。根据电机和变频器的不同选择和实际需要，可按图2所示Q1、Q2、Q3、Q4曲线进行不同的电压补偿，以满足在低频时输出恒转距的要求。 图2 2选型指南 3现场应用条件 3.1 海拔 不超过1000m。（如果在海拔超过1000m使用时，应按GB755的规定处理） 3.2 湿度 最湿月份的月平均最高相对湿度为95%，同时该月份平均最低温度不高于25C。 10.3 节 一、填空题 1、异步电动机的电磁转矩是由和共同作用产生的。 2、三相异步电动机最大电磁转矩的大小与转子电阻r2 值关，起动转矩的大小与转子电阻r2 关。 （填有无关系） 3、一台线式异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的旋转磁场转速，转差率，转速，最大电磁转矩，过载能力，电磁转矩。 4、若三相异步电动机的电源电压降为额定电压的0.8 倍，则该电动机的起动转矩T st =?T stN 。 5、一台频率为f1= 60Hz 的三相异步电动机，接在频率为50Hz 的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的，起动转矩变为原来的。 6、若异步电动机的漏抗增大，则其起动转矩，其最大转矩。 7、绕线式异步电动机转子串入适当的电阻，会使起动电流，起动转矩。 二、选择题 1、设计在f1= 50Hz 电源上运行的三相异步电动机现改为在电压相同频率为60Hz 的电网上，其电动机的（）。 （A）T st 减小，T max 减小，I st 增大（B）T st 减小，T max 增大，I st 减小 （C）T st 减小，T max 减小，I st 减小（D）T st 增大，T max 增大，I st 增大 2、适当增加三相绕线式异步电动机转子电阻r2时，电动机的（）。 （A）I st 减少, T st 增加, T max 不变, s m 增加（B）I st 增加, T st 增加, T max 不变, s m 增加 （C）I st 减少, T st 增加, T max 增大, s m 增加（D）I st 增加, T st 减少, T max 不变, s m 增加 3、一台运行于额定负载的三相异步电动机，当电源电压下降10%，稳定运行后，电机的电磁转矩（）。（A）T em =T N （B）T em = 0.8T N （C）T em = 0.9T N （D）T em >T N 4、一台绕线式异步电动机，在恒定负载下，以转差率s 运行，当转子边串入电阻r = 2r2',测得转差率将为 （）（r 已折算到定子边）。 （A）等于原先的转差率s （B）三倍于原先的转差率s （C）两倍于原先的转差率s （D）无法确定 5、异步电动机的电磁转矩与( )。 （A）定子线电压的平方成正比；（B）定子线电压成正比； （C）定子相电压平方成反比；（D）定子相电压平方成正比。 6、一般电动机的最大转矩与额定转矩的比值叫过载系数，一般此值应( )。 （A）等于1 （B）小于1 （C）大于1 （D）等于0 三、问答题 实验报告 课程名称：数字调速 实验项目：三相异步电机恒压频比调速系统仿真专业班级：自动化1303班 姓名：任永健学号：130302307 实验室号：实验组号： 实验时间：批阅时间： 指导教师：成绩： 沈阳工业大学实验报告 （适用计算机程序设计类） 专业班级：自动化1303班学号：130302307 姓名：任永健 实验名称：三相异步电机恒压频比调速系统仿真 1.实验目的： 熟悉SIMULINK环境。 建立三相异步电机恒压频比调速系统模型并仿真分析。 2.实验内容： 设计并在simulinnk下搭建三相异步电机恒压频比环调速系统 3. 实验方案（程序设计说明） 异步电机的调速有多种方法，转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的一种控制转速方式，在一般的变频调速装置里面都嵌入有这项功能，工作方式为恒压频比的调速方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，使用起来也相对方便，是通用变频器的基本模式。但在低压时候需要一定的补偿电压，采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中的转差率会保持不变，电动机的所以会机械特性会相对较硬，电动机有较好的调速性能。 正选脉冲宽度调制三相逆变电路，是一种以三角波做载波的应用冲量等效原理而获得理想交流电源的电路装置，在调制比与载波比一定的条件下，通过调节外加直流电源的大小就可以获得在额定频率下产生额定电压的正选电压波，通过调节正弦波的频率就可以得到理想的电压频率波，而且调节输入正弦波的频率能得到线性的输出电压幅值。MATLAB在电气领域中的运用随处可见，在这里可以运用MATLAB里的Simulink仿真出具体的模型，通过示波器来观察具体的波形，从而进行进一步的分析。 4. 实验原理（系统的实现方案分析） 首先采用三相双极性SPWM逆变电路产生三相交流电源，全控型器件可以选用IGBT，这样通过调节外加直流电源的大小便可获的理想的输出交流电压源幅值，然后通过改变给定的频率信号来改变异步电机的转速，基本模型如下图所示 Y系列三相异步电动机使用说明书 l、电动机的安装 1．1安装前的准备工作 电动机开箱前应检查包装是否完整无损，有无受潮的现象，开罩后应小心清除电动机上的尘土和防锈层，仔细检查在运输过程中有无变形和损坏，紧固件有无松动或脱落，转子转动是否灵活，铭牌数据是否符合要求，并用500VMQ表测量高压电阻，绝缘电阻应不低于1MQ 否则应对绕组进行干燥处理，但是处理温度不超过J20℃。 1．2电动机的安装场地和安装基础 电动机的安装场地海拔高度应不超过100()m；一般用途的电动机的安装场地要干燥、洁净，电动机周围应通风良好，与其它设备要留有一定的间隔，以便于检查，监视和清扫，环境温度在40℃以下，并需防止强烈的辐射；安装基础要坚固、结实，有一定的刚度，安装面应平整，以保证电机的平衡运行。 I．3电动机的接线 1．3．1电动机应妥善接地，接线盒内右下方及机座外壳有接地装置，必要时亦可利用电动机底脚或法兰盘紧固螺栓接地，以保证电动机的安全运行。 1．4电动机与机械负载的联接 1．4．1电动机可采用联轴器，正齿轴或皮带与负载机械联接，双轴伸电动机的风扇端只允许采用联轴器传动。 1．4．2采用联轴器联接时，电动机轴中心线与负载机械的轴中心线要重合，以免电动机在动行中产生强烈振动，联轴动和不正常的声音等。器的安装偏差为：2极电动机允许偏差0．015mm，4、6、8极电动机偏差0．04mm。 1．4．3立式安装的电动机，轴伸只允许采用联轴器与机械负载联接。 2、电动机的起动 2．1电动机起动前的检查 2．1．1新安装或停用三个月以上的电动机起动前应检查绝缘电阻，测得绝缘电阻值不小于1MQ。 2．1．2检查电动机的紧固螺钉是否拧紧，轴承是否缺油，电动机的接线是否符合要求，外壳是否可靠接地或接零。 2．1．3检查联轴器的螺钉和销钉是否紧固，皮带联接处是否良好，松紧是否合适，机组转动是否灵活，有无卡位，窜动和不正常的声音等。 2．1．4检查熔断器的额定电流是否符合要求，安装是否牢固可靠。 2．1．5检查起动设备接线是否正确，起动装置是否灵活，触点接触是否良好，起动设备的金属处壳是否可靠接地或接零。 2．1．6检查三相电源电压是否正常，电压是否过高过低或三相电压不对称等。 2．1．7上述任何一项有问题，都必须彻底解决，在确认准备工作无误时方可起动。 2．2起动时的注意事项三相异步电动机的建模与仿真分解
三相异步电动机的使用、维护和检修教案
三相异步电动机复习练习题.
三相异步电动机变频调速系统设计及仿真
YGP电机样本
三相异步电动机的机械特性习题
三相异步电动机调速系统仿真
Y系列三相异步电动机使用说明书
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