三相笼型感应电动机电磁设计.docx

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三相笼型感应电动机电磁设计

三相笼型感应电动机设计及仿真

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学号：

指导老师：

日期：

一课程设计内容：

1．在查阅有关资料的基础上，确定电机主要尺寸、槽配合，定、转子槽形及槽形尺寸。

2．确定定、转子绕组方案。

3．完成电机电磁设计计算方案。

4．画出定、转子冲片图。

5．完成说明书（16开，计算机打印或课程设计纸手写，计算机打印需提供纸质计算原稿）

6.对已经完成的电磁设计方案建立有限元模型，利用ANSOFT软件进行运行性能的仿真计算，给出性能分析图表等。

二设计基本要求：

1．求每位同学独立完成一种型号规格电机的全部电磁方案计算过程，并根据所算结果绘出定、转子冲片图。

2．要求计算准确，绘出图形正确、整洁。

3．要求学生在设计过程中能正确查阅有关资料、图表及公式。

题目2：

Y132M2-6额定数据与性能指标

1、电机型号Y132M2-62、额定功率PN=5.5kW

3、额定频率fN=50Hz4、额定电压及接法UN=380伏1-Δ

5、极数2p=66、绝缘等级B

7、力能指标：

效率

8、功率因数

9、最大转矩倍数

起动性能：

起动电流倍数

起动转矩倍数

主要尺寸

转子外径

定子槽形采用斜肩圆底梨形槽：

转子采用斜肩平底槽：

三概述

三相异步电机广泛应用于采矿、机械、冶金、油田等领域。

三相异步电机在工业中起着重要的作用。

与其他机器相比,它具有成本低、结构简单、易于制造等优点。

但它也有一些缺点,比如小的起动转矩,表现不佳的速度控制在轻载和低功率因数。

Ansoft作为世界领先的电磁有限元分析软件，Maxwell已广泛应于电气设备行业，RMxprt作为Ansoft最重要的一个模块，广泛应用在工程电磁场，它可以优化前期项目的设计。

然后我们可以生成一个合理的2d/3d有限元分析模型。

可自动加载几何和自动定义的各个部分材料,给电动机的边界条件时,励磁电源等等。

在本设计报告中,我们利用AnsoftMaxwell进行建模。

详细分析步骤和过程，根据给定的设计参数结合上课所学习的知识，在AnsoftMaxwell14中进行仿真和计算，来验证电机设计的合理性。

四设计分析

根据给定的设计数据，经过一系列的计算，为后续进行仿真设计打下了基础，三相异步电动机电机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素、确定的尺寸和数据很多。

与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。

根据转子结构分类，可分为笼式和绕线式，本设计选择的是笼型感应电动机设计，其转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。

三相感应电动机作电动机运行时，转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。

电磁设计主要的内容是确定电机的电磁负荷及定子两套绕组的极对数。

仿真设计时需注意以下几点：

（1）负载的性质

明确负载需要恒功率调速或恒转矩调速，或在整个调速范围内部分转速区为恒功率、部分转速区为恒转矩。

（2）调速范围

确定电机的常用转速区间和最大转速区间，以便选择合适的电机数据

（3）通风冷却系统

在设计时应兼顾电机各方面性能的要求，根据不同的情况采取不同的方法，整个

电磁计算中的几个主要部分包括：

主要尺寸与气隙的确定；定转子绕组与冲片设计；工作性能的计算；起动性能的计算等。

五仿真设计

双击桌面的Maxwell16.0，运行Maxwell软件，进入如下界面，点击菜单栏中的，新建电机设计

图1新建电机设计

点击machine，设置电机参数如下

图2设置电机参数

设置定子slot参数如下:

图3定子槽型和参数

双击图中Stator下的Slot，设置定子槽型参数

图4定子槽型参数

双击图中Stator下的Winding，设置定子绕组

图5定子绕组和参数设置

双击图中Rotor设置转子参数

图6转子槽型和参数

双击图中Rotor下的Slot设置转子槽型数据

图7转子槽型数据

双击图中Rotor下的Winding设置转子绕组

图8转子绕组设置

图9定、转子冲片

至此电机参数设置完毕

选择菜单栏中的RMxprt→AnalysisSteup→AddSolutionSetup

设置求解器参数

图10求解器参数设置

求解器设置完毕，开始运行仿真，点击工具栏中的

运行Validate

图11点击仿真

所有参数均设置正确，可以运行仿真，点击工具栏中的

，运行AnalyzeAll

等待运行结束，查看仿真结果,如图12.1-12.3所示：

选择菜单栏中RMxprt→Results→SolutionData→Performance

图12.1查看运行结果

图12.2Designsheets

图12.3Curves（运行特性曲线）

后处理，将RMxprt项目导入到Maxwell2D

图13生成Maxwell2D项目

图14生成3D项目

六仿真结果

Three-PhaseInductionMotorDesign

File:

Setup1.res

GENERALDATA

GivenOutputPower（kW）:

5.5

RatedVoltage（V）:

380

WindingConnection:

Wye

NumberofPoles:

6

GivenSpeed（rpm）:

1462

Frequency（Hz）:

50

StrayLoss（W）:

71.775

FrictionalLoss（W）:

131.076

WindageLoss（W）:

30.751

TypeofLoad:

ConstantSpeed

OperatingTemperature（C）:

75

STATORDATA

NumberofStatorSlots:

36

OuterDiameterofStator（mm）:

210

InnerDiameterofStator（mm）:

148

TypeofStatorSlot:

2

StatorSlot

hs0（mm）:

0.8

hs1（mm）:

0.952

hs2（mm）:

10.548

bs0（mm）:

3.5

bs1（mm）:

6.8

bs2（mm）:

8.8

TopToothWidth（mm）:

6.42671

BottomToothWidth（mm）:

6.27296

LengthofStatorCore（mm）:

140

StackingFactorofStatorCore:

0.95

TypeofSteel:

steel_1008

Numberoflaminationsectors1

Pressboardthickness（mm）:

0

MagneticpressboardNo

NumberofParallelBranches:

1

TypeofCoils:

11

CoilPitch:

0

NumberofConductorsperSlot:

19

NumberofWiresperConductor:

4

WireDiameter（mm）:

0.86

WireWrapThickness（mm）:

0.06

WedgeThickness（mm）:

0

SlotLinerThickness（mm）:

0

LayerInsulation（mm）:

0

SlotArea（mm^2）:

120.388

NetSlotArea（mm^2）:

112.685

SlotFillFactor（%）:

57.0852

LimitedSlotFillFactor（%）:

75

WireResistivity（ohm.mm^2/m）:

0.0217

TopFreeSpaceinSlot（%）:

0

BottomFreeSpaceinSlot（%）:

0

ConductorLengthAdjustment（mm）:

0

EndLengthCorrectionFactor1

EndLeakageReactanceCorrectionFactor1

ROTORDATA

NumberofRotorSlots:

33

AirGap（mm）:

0.35

InnerDiameterofRotor（mm）:

48

TypeofRotorSlot:

3

RotorSlot

hs0（mm）:

1

hs1（mm）:

1.58

hs2（mm）:

18.42

bs0（mm）:

1

bs1（mm）:

6.5

bs2（mm）:

2.6

rs（mm）:

0

CastRotor:

Yes

HalfSlot:

No

LengthofRotor（mm）:

140

StackingFactorofRotorCore:

0.95

TypeofSteel:

steel_1008

SkewWidth:

1

EndLengthofBar（mm）:

0

HeightofEndRing（mm）:

31

WidthofEndRing（mm）:

13.5

ResistivityofRotorBar

at75Centigrade（ohm.mm^2/m）:

0.15873

ResistivityofRotorRing

at75Centigrade（ohm.mm^2/m）:

0.15873

MagneticShaft:

No

MATERIALCONSUMPTION

ArmatureCopperDensity（kg/m^3）:

8900

RotorBarMaterialDensity（kg/m^3）:

2700

RotorRingMaterialDensity（kg/m^3）:

2700

ArmatureCoreSteelDensity（kg/m^3）:

7872

RotorCoreSteelDensity（kg/m^3）:

7872

ArmatureCopperWeight（kg）:

3.37533

RotorBarMaterialWeight（kg）:

1.13184

RotorRingMaterialWeight（kg）:

0.811494

ArmatureCoreSteelWeight（kg）:

13.7141

RotorCoreSteelWeight（kg）:

12.812

TotalNetWeight（kg）:

31.8447

ArmatureCoreSteelConsumption（kg）:

29.4887

RotorCoreSteelConsumption（kg）:

18.0115

RATED-LOADOPERATION

StatorResistance（ohm）:

0.508125

StatorResistanceat20C（ohm）:

0.417974

StatorLeakageReactance（ohm）:

0.324881

RotorResistance（ohm）:

1.24075

RotorResistanceat20C（ohm）:

1.02061

RotorLeakageReactance（ohm）:

0.396957

ResistanceCorrespondingto

Iron-CoreLoss（ohm）:

1.52666e+007

MagnetizingReactance（ohm）:

1.80947

StatorPhaseCurrent（A）:

141.362

CurrentCorrespondingto

Iron-CoreLoss（A）:

1.30867e-005

MagnetizingCurrent（A）:

110.413

RotorPhaseCurrent（A）:

73.5934

CopperLossofStatorWinding（W）:

30462.1

CopperLossofRotorWinding（W）:

20159.6

Iron-CoreLoss（W）:

0.00784373

FrictionalandWindageLoss（W）:

161.827

StrayLoss（W）:

71.775

TotalLoss（W）:

50855.3

InputMechanicalPower（kW）:

63.9569

OutputElectricalPower（kW）:

13.1016

MechanicalShaftTorque（N.m）:

417.745

Efficiency（%）:

20.4851

PowerFactor:

0.141586

RatedSlip:

-0.462

RatedShaftSpeed（rpm）:

1462

Operationmode:

generator

NO-LOADOPERATION

No-LoadStatorResistance（ohm）:

0.508125

No-LoadStatorLeakageReactance（ohm）:

0.329726

No-LoadRotorResistance（ohm）:

1.23865

No-LoadRotorLeakageReactance（ohm）:

0.409937

No-LoadStatorPhaseCurrent（A）:

99.7474

No-LoadIron-CoreLoss（W）:

0.00640152

No-LoadInputPower（W）:

15338.4

No-LoadPowerFactor:

0.23254

No-LoadSlip:

0.00126475

No-LoadShaftSpeed（rpm）:

998.735

BREAK-DOWNOPERATION

Break-DownSlip:

1

Break-DownTorque（N.m）:

375.794

Break-DownTorqueRatio:

0.899577

Break-DownPhaseCurrent（A）:

143.733

LOCKED-ROTOROPERATION

Locked-RotorTorque（N.m）:

375.794

Locked-RotorPhaseCurrent（A）:

143.733

Locked-RotorTorqueRatio:

-0.899577

Locked-RotorCurrentRatio:

1.01677

Locked-RotorStatorResistance（ohm）:

0.508125

Locked-RotorStator

LeakageReactance（ohm）:

0.324738

Locked-RotorRotorResistance（ohm）:

1.24844

Locked-RotorRotor

LeakageReactance（ohm）:

0.396071

DETAILEDDATAATRATEDOPERATION

StatorSlotLeakageReactance（ohm）:

0.226211

StatorEnd-WindingLeakage

Reactance（ohm）:

0.0912937

StatorDifferentialLeakage

Reactance（ohm）:

0.00737612

RotorSlotLeakageReactance（ohm）:

0.339147

RotorEnd-WindingLeakage

Reactance（ohm）:

0.033844

RotorDifferentialLeakage

Reactance（ohm）:

0.016482

SkewingLeakageReactance（ohm）:

0.00748217

StatorWindingFactor:

0.965926

Stator-TeethFluxDensity（Tesla）:

2.44751

Rotor-TeethFluxDensity（Tesla）:

2.34519

Stator-YokeFluxDensity（Tesla）:

2.14273

Rotor-YokeFluxDensity（Tesla）:

1.17919

Air-GapFluxDensity（Tesla）:

1.14309

Stator-TeethAmpereTurns（A.T）:

1678.68

Rotor-TeethAmpereTurns（A.T）:

2591.97

Stator-YokeAmpereTurns（A.T）:

647.83

Rotor-YokeAmpereTurns（A.T）:

7.84111

Air-GapAmpereTurns（A.T）:

427.765

CorrectionFactorforMagnetic

CircuitLengthofStatorYoke:

0.1915

CorrectionFactorforMagnetic

CircuitLengthofRotorYoke:

0.7

SaturationFactorforTeeth:

10.9836

SaturationFactorforTeeth&Yoke:

12.5164

Induced-VoltageFactor:

0.910647

StatorCurrentDensity（A/mm^2）:

60.8397

SpecificElectricLoading（A/mm）:

207.959

StatorThermalLoad（A^2/mm^3）:

12652.2

RotorBarCurrentDensity（A/mm^2）:

16.2385

RotorRingCurrentDensity（A/mm^2）:

6.24831

Half-TurnLengthof

StatorWinding（mm）:

238.629

WINDINGARRANGEMENT

The3-phase,1-layerwindingcanbearrangedin12slotsasbelow:

AAZZBBXXCCYY

Angleperslot（elec.degrees）:

30

Phase-Aaxis（elec.degrees）:

105

Firstslotcenter（elec.degrees）:

0

TRANSIENTFEAINPUTDATA

ForonephaseoftheStatorWinding:

NumberofTurns:

114

ParallelBranches:

1

TerminalResistance（ohm）:

0.508125

EndLeakageInductance（H）:

0.000290597

ForRotorEndRingBetweenTwoBarsofOneSide:

EquivalentRingResistance（ohm）:

4.12711e-006

EquivalentRingInductance（H）:

6.56283e-009

2DEquivalentValue:

EquivalentModelDepth（mm）:

140

EquivalentStatorStackingFactor:

0.95

EquivalentRotorStackingFactor:

0.95

EstimatedRotorInertialMoment（kgm^2）:

0.05047

七心得总结

首先感谢老师对我们课程学习的指导，感谢我们同一小组的其他同学，在这门课程学习和仿真过程中给我很大的帮助。

这篇仿真报告是我对MotorDesignAndCAD这门课学习的一个总结，通过对这门课的学习，我获益良多，不仅学习到了与专业，研究生研究课题相关的知识，还锻炼了对知识检索，整理的能力。

颜老师上课教课方式轻松，上课能全面了解电机设计这门课，顺便还能巩固电机学以及与电机相关的一些知识。

不管是同学的电机学基础怎么样，都能在课堂上学习到电机设计所需要用到的计算，设计思路等等。

最后结课报告的安排也很合理，给我们足够的时间去准备和完成这门课的学习，通过查阅资料，阅读电机设计的书籍，最后到自己独立完成Y132M2-6型号电机的计算，并在Maxwell16.0上完成设计和仿真。

在计算过程中遇到许多不懂的问题，也通过请教同组同学最后得到解决，同时也接触了Maxwell16.0这个强大的电磁计算软件，为之后的学习打下了基础。

参考文献

[1]杨莉,戴文进等《电机设计理论与实践》,清华大学出版社,2013.

[2]贾好来,吝伶艳等《电机CAD技术》,中国电力出版社,2010.

[3]谭建成,《永磁无刷直流电机技术》,机械工业出版社,2011.

[4]宁玉泉,钟长青.大型三相感应电机电磁设计程序[J].大电机技术,1996,02:

31-37+57.

[5]叶光辉.多相感应电机的设计研究[D].湖南大学,2007.

[6]王东,邹会权.基于ANSOFTRMxprt的三相异步电机有限元分析[J].能源研究与管

理,2010,04:

69-71

[7]黄斌.基于AnsoftRMxprt的三相永磁同步电机有限元分析[J].机电技术,2014,05:

38-40.

[8]王振,刘建国,王爱凤.基于ANSOFT的永磁同步电机有限元分析[J].