大型异步电动机起动及调速虚拟仿真实验

实验背景

电机从17世纪被发明以来，得到了长足的发展，已经成为近现代工业的基础。相应的，电机各个方面的理论包括分析、设计、制造、控制等也得到了不断的完善和深化，已日臻完善。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。各国的以电为动力的机械中，约有90%左右为异步电动机。在电力系统的总负荷中，异步电动机的用电量占相当大的比重。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60%多。异步电机功率范围从几瓦到上万千瓦，是国民经济各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机，为多种机械设备和家用电器提供动力。例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等。

电机广泛应用于各个行业

三相异步电动机定子绕组加对称电压后，产生一个旋转气隙磁场，转子绕组导体切割该磁场产生感应电势。由于转子绕组处于短路状态会产生一个转子电流。转子电流与气隙磁场相互作用就产生电磁转矩，从而驱动转子旋转。电动机的转速一定低于磁场同步转速，因为只有这样转子导体才可以感应电势从而产生转子电流和电磁转矩。

普通异步电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。

大型异步电动机常用于隧道挖掘、轨道交通、化工压缩和舰船驱动等具有大功率、大输出转矩、高性能要求和特殊工作环境等场合。大型异步电动机起动与调速涉及到工程问题复杂且具有较强的危险性，例如其中大容量和大电流的特点容易对电网产生冲击，必须采用各类软起动方法；异常状态如缺相或堵转时温升较快；使用场景决定了其必须具有较强的可靠性和稳定性。大型异步电动机不仅能涵盖中小功率异步电机的运行特点，还具备大功率带来特殊之处和不可替代性，因此，掌握熟练驱动大型异步电动机的能力具有十分重要的理论和工程应用意义。

实验是现代科学理论和工程技术的基础，是检验科学理论和技术方法的试金石。工程技术是在科学理论的指导下以工程经验的积累为基础，采用工程和数学方法对工作模型进行抽象和推演，最后规划和设计出优化的方法和技术，回归到工程应用中。一个科学理论是否能得到大家的认可，需要由所建立的理论提供可以证实和证伪的实验来明确。同样，工程技术也需要实实在在的应用于具体工程中才能证明它的有效性和正确性，实验是其间必不可少的过渡环节。

本虚拟仿真实验项目对兆瓦级异步电机进行起动与调速实验，通过对参数定性的探究式调节，学习各参数对电机外特性的定性影响，并可直观观察电机内磁场及温度场的变化物理过程。