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
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
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