三相笼型感应电动机电磁设计.docx

1、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 学 院： 姓 名： 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

2、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Y132M2-6 2、额定功率 PN=5.5kW3、额定频率fN =50Hz 4、额定电压及接法UN=380 伏 1-5、极数 2p=6 6、绝缘等级 B7、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

3、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2 d / 3 d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Ansoft Maxwell 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Ansoft Maxwell 14中进行仿真和计算，来验证电机设计的合理性。四 设计

4、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。

5、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Maxwell 16.0，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

6、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RMxprtAnalysisSteupAdd Solution Setup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

7、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Analyze All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RMxprtResults Solution DataPerformance图12.1 查看运行结果图12.2 Design sheets图12.3 Curves (运行特性曲线)后处理，将RMxprt项目导入到Maxwell 2D 图13 生成Maxwell 2D项目 图14 生成3D项目六 仿真结果 Three-Phase Induction Motor Design File: Setup1.res GENERAL DATA Gi

8、ven Output Power (kW): 5.5Rated Voltage (V): 380Winding Connection: WyeNumber of Poles: 6Given Speed (rpm): 1462Frequency (Hz): 50Stray Loss (W): 71.775 Frictional Loss (W): 131.076 Windage Loss (W): 30.751 Type of Load: Constant SpeedOperating Temperature (C): 75 STATOR DATA Number of Stator Slots:

9、 36Outer Diameter of Stator (mm): 210Inner Diameter of Stator (mm): 148Type of Stator Slot: 2Stator Slot hs0 (mm): 0.8 hs1 (mm): 0.952 hs2 (mm): 10.548 bs0 (mm): 3.5 bs1 (mm): 6.8 bs2 (mm): 8.8Top Tooth Width (mm): 6.42671Bottom Tooth Width (mm): 6.27296Length of Stator Core (mm): 140Stacking Factor

10、 of Stator Core: 0.95Type of Steel: steel_1008Number of lamination sectors 1Press board thickness (mm): 0Magnetic press board NoNumber of Parallel Branches: 1Type of Coils: 11Coil Pitch: 0Number of Conductors per Slot: 19Number of Wires per Conductor: 4Wire Diameter (mm): 0.86Wire Wrap Thickness (mm

11、): 0.06Wedge Thickness (mm): 0Slot Liner Thickness (mm): 0Layer Insulation (mm): 0Slot Area (mm2): 120.388Net Slot Area (mm2): 112.685Slot Fill Factor (%): 57.0852Limited Slot Fill Factor (%): 75Wire Resistivity (ohm.mm2/m): 0.0217Top Free Space in Slot (%): 0Bottom Free Space in Slot (%): 0Conducto

12、r Length Adjustment (mm): 0End Length Correction Factor 1End Leakage Reactance Correction Factor 1 ROTOR DATA Number of Rotor Slots: 33Air Gap (mm): 0.35Inner Diameter of Rotor (mm): 48Type of Rotor Slot: 3Rotor Slot hs0 (mm): 1 hs1 (mm): 1.58 hs2 (mm): 18.42 bs0 (mm): 1 bs1 (mm): 6.5 bs2 (mm): 2.6

13、rs (mm): 0Cast Rotor: YesHalf Slot: NoLength of Rotor (mm): 140Stacking Factor of Rotor Core: 0.95Type of Steel: steel_1008Skew Width: 1End Length of Bar (mm): 0Height of End Ring (mm): 31Width of End Ring (mm): 13.5Resistivity of Rotor Bar at 75 Centigrade (ohm.mm2/m): 0.15873Resistivity of Rotor R

14、ing at 75 Centigrade (ohm.mm2/m): 0.15873Magnetic Shaft: No MATERIAL CONSUMPTIONArmature Copper Density (kg/m3): 8900Rotor Bar Material Density (kg/m3): 2700Rotor Ring Material Density (kg/m3): 2700Armature Core Steel Density (kg/m3): 7872Rotor Core Steel Density (kg/m3): 7872Armature Copper Weight

15、(kg): 3.37533Rotor Bar Material Weight (kg): 1.13184Rotor Ring Material Weight (kg): 0.811494Armature Core Steel Weight (kg): 13.7141Rotor Core Steel Weight (kg): 12.812Total Net Weight (kg): 31.8447Armature Core Steel Consumption (kg): 29.4887Rotor Core Steel Consumption (kg): 18.0115 RATED-LOAD OP

16、ERATION Stator Resistance (ohm): 0.508125Stator Resistance at 20C (ohm): 0.417974Stator Leakage Reactance (ohm): 0.324881Rotor Resistance (ohm): 1.24075Rotor Resistance at 20C (ohm): 1.02061Rotor Leakage Reactance (ohm): 0.396957Resistance Corresponding to Iron-Core Loss (ohm): 1.52666e+007Magnetizi

17、ng Reactance (ohm): 1.80947Stator Phase Current (A): 141.362Current Corresponding to Iron-Core Loss (A): 1.30867e-005Magnetizing Current (A): 110.413Rotor Phase Current (A): 73.5934Copper Loss of Stator Winding (W): 30462.1Copper Loss of Rotor Winding (W): 20159.6Iron-Core Loss (W): 0.00784373Fricti

18、onal and Windage Loss (W): 161.827Stray Loss (W): 71.775Total Loss (W): 50855.3Input Mechanical Power (kW): 63.9569Output Electrical Power (kW): 13.1016Mechanical Shaft Torque (N.m): 417.745Efficiency (%): 20.4851Power Factor: 0.141586Rated Slip: -0.462Rated Shaft Speed (rpm): 1462Operation mode: ge

19、nerator NO-LOAD OPERATION No-Load Stator Resistance (ohm): 0.508125No-Load Stator Leakage Reactance (ohm): 0.329726No-Load Rotor Resistance (ohm): 1.23865No-Load Rotor Leakage Reactance (ohm): 0.409937No-Load Stator Phase Current (A): 99.7474No-Load Iron-Core Loss (W): 0.00640152No-Load Input Power

20、(W): 15338.4No-Load Power Factor: 0.23254No-Load Slip: 0.00126475No-Load Shaft Speed (rpm): 998.735 BREAK-DOWN OPERATION Break-Down Slip: 1Break-Down Torque (N.m): 375.794Break-Down Torque Ratio: 0.899577Break-Down Phase Current (A): 143.733 LOCKED-ROTOR OPERATION Locked-Rotor Torque (N.m): 375.794L

21、ocked-Rotor Phase Current (A): 143.733Locked-Rotor Torque Ratio: -0.899577Locked-Rotor Current Ratio: 1.01677Locked-Rotor Stator Resistance (ohm): 0.508125Locked-Rotor Stator Leakage Reactance (ohm): 0.324738Locked-Rotor Rotor Resistance (ohm): 1.24844Locked-Rotor Rotor Leakage Reactance (ohm): 0.39

22、6071 DETAILED DATA AT RATED OPERATION Stator Slot Leakage Reactance (ohm): 0.226211Stator End-Winding Leakage Reactance (ohm): 0.0912937Stator Differential Leakage Reactance (ohm): 0.00737612Rotor Slot Leakage Reactance (ohm): 0.339147Rotor End-Winding Leakage Reactance (ohm): 0.033844Rotor Differen

23、tial Leakage Reactance (ohm): 0.016482Skewing Leakage Reactance (ohm): 0.00748217Stator Winding Factor: 0.965926Stator-Teeth Flux Density (Tesla): 2.44751Rotor-Teeth Flux Density (Tesla): 2.34519Stator-Yoke Flux Density (Tesla): 2.14273Rotor-Yoke Flux Density (Tesla): 1.17919Air-Gap Flux Density (Te

24、sla): 1.14309Stator-Teeth Ampere Turns (A.T): 1678.68Rotor-Teeth Ampere Turns (A.T): 2591.97Stator-Yoke Ampere Turns (A.T): 647.83Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T): 7.84111Air-Gap Ampere Turns (A.T): 427.765Correction Factor for Magnetic Circuit Length of Stator Yoke: 0.1915Correction Factor for Magneti

25、c Circuit Length of Rotor Yoke: 0.7Saturation Factor for Teeth: 10.9836Saturation Factor for Teeth & Yoke: 12.5164Induced-Voltage Factor: 0.910647Stator Current Density (A/mm2): 60.8397Specific Electric Loading (A/mm): 207.959Stator Thermal Load (A2/mm3): 12652.2Rotor Bar Current Density (A/mm2): 16

26、.2385Rotor Ring Current Density (A/mm2): 6.24831Half-Turn Length of Stator Winding (mm): 238.629 WINDING ARRANGEMENTThe 3-phase, 1-layer winding can be arranged in 12 slots as below:AAZZBBXXCCYYAngle per slot (elec. degrees): 30Phase-A axis (elec. degrees): 105First slot center (elec. degrees): 0 TR

27、ANSIENT FEA INPUT DATA For one phase of the Stator Winding: Number of Turns: 114 Parallel Branches: 1 Terminal Resistance (ohm): 0.508125 End Leakage Inductance (H): 0.000290597For Rotor End Ring Between Two Bars of One Side: Equivalent Ring Resistance (ohm): 4.12711e-006 Equivalent Ring Inductance

28、(H): 6.56283e-0092D Equivalent Value: Equivalent Model Depth (mm): 140 Equivalent Stator Stacking Factor: 0.95 Equivalent Rotor Stacking Factor: 0.95Estimated Rotor Inertial Moment (kg m2): 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Motor Design And CAD 这门课学习的一个总结，通过对这

29、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Maxwell 16.0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Maxwell 16.0这个强大的

30、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ANSOFT RMxprt的三相异步电机有限元分析J. 能源研究与管 理,2010,04:69-717 黄斌. 基于Ansoft RMxprt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.