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[Maxwell] 西莫论坛研讨会第十期——三相异步电机故障工况仿真

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[LV.5]常住居民I

发表于 2014-11-12 08:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本次研讨会规则:
1、本贴主要讨论电机故障及预防措施。
2、为了维持讨论秩序,不致引起混乱,发帖时请指明是提问还是回答。
同时,若是回答他人问题,请使用“回复”或者“引用”功能。
此功能在每个楼层的左下角,解答他人问题时,直接点击该问题所在楼层的“回复”或者“引用”,并输入内容即可。
3、尽量将帖子内容描述清楚,凡是提出有效问题,或有效解答他人问题者,均有积分相送。
4、本帖讨论内容仅限电机故障以及预防措施,请勿发表题外内容,违者屏蔽或删帖。

本帖用ansys maxwell做了几个电机故障仿真,电机类型为三相异步电机,具体参数见赵博所著《ansoft12在工程电磁场中的应用》一书。
电机参数:1>额定功率11KW;额定转速1458rpm;额定转矩72NM;额定电压380V;额定频率50HZ;效率0.85;功率因数0.86;绕组链接D接。
                2>定子外径260mm;定子内径170mm;轴向长度155mm;定子槽数36;材料D23_50。
                3>转子外径169mm;转轴外径60mm;轴向长度155mm;转子槽数26;材料D23_50。;鼠笼为铸铝材料。
注:大家可以依照如下故障工况进行讨论,如有其它故障没列出可以跟帖写上,能做的我尽量补上。大家可以讨论下以下故障引起的原因以及防止方法。

帖子目录:

1楼额定负载仿真

2楼突加负载

3楼突减负载

4楼缺相仿真

5楼断条仿真

6楼匝间短路

7楼动态偏心

8楼静态偏心


声明:以下仿真均为学习讨论,资料请下载24小时内删除,请支持正版软件!工程附件在9楼


一、额定负载启动仿真
1、模型场图
模型.png
2、额定转矩
额定转矩.png
3、额定电流
额定电流.png
4、额定速度
额定转速.png
5、额定铜损
额定铜损.png
6、额定铁损
额定铁损.png
7、鼠笼涡流损耗
额定鼠笼条损耗.png
8、外电路
外电路.png

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 楼主| 发表于 2014-11-12 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 zptonghua 于 2014-11-5 15:39 编辑

二、故障1:突加负载
要点:motion的负载采用if函数,if(a,b,c),判断条件a,如果为真,执行b,如果为假,执行c。本案例0.4s前为空载启动仿真,0.4s时加上额定负载。
1、转矩
转矩.png
2、电流
电流.png
3、速度
转速.png
4、铁损
铁损.png
5、铜损
铜损.png
6、鼠笼涡流损耗
鼠笼条损耗.png
7、外电路
与额定工况相同
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 楼主| 发表于 2014-11-12 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 zptonghua 于 2014-11-5 15:40 编辑

三、故障2:突减负载
要点:motion的负载采用if函数,if(a,b,c),判断条件a,如果为真,执行b,如果为假,执行c。本案例0.4s前为带载启动仿真,0.4s时卸掉负载。
1、转矩
转矩.png
2、电流
电流.png
3、转速
速度.png
4、铜损
铜损.png
5、铁损
铁损.png
6、鼠笼条物流损耗
鼠笼条损耗.png
7、外电路
参见额定负载外电路
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 楼主| 发表于 2014-11-12 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 zptonghua 于 2014-11-5 15:42 编辑

四、故障3:缺相仿真
要点:外电路采用压控开关,开关闭合,电机带载启动仿真,0.4s时开关断开,A相串大负载接入电机绕组,等效缺相。
1、转矩
转矩.png
2、电流
电流.png
3、速度
速度.png
4、铜损
铜损.png
5、铁损
铁损.png
7、鼠笼条涡流损耗
鼠笼条损耗.png
8、外电路
外电路.png
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 楼主| 发表于 2014-11-12 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 zptonghua 于 2014-11-5 15:43 编辑

五、故障4:鼠笼条断条
要点:鼠笼条断条4跟,两根相邻,对极方向另外相邻两根。采用maxwell软件中setup的Continue from a previously solver,固做一个该故障仿真需要两个工程,第一个工程额定带载启动仿真,仿真截止时间0.4s。第二个仿真设置断条为低电导率材料(电导率应大于1,或者设置绝缘阈值)。两个工程求解完成后倒入0.4s前结果即可。
1、转矩
转矩.png
2、电流
电流.png
3、速度
转速.png
4、铜损
铜损.png
5、铁损
铁损.png
6、鼠笼条涡流损耗
鼠笼条损耗.png
7、外电路
参考额定负载外电路

点评

断条时,仿的时间应该再长一些,电流的拍频会更明显  详情 回复 发表于 2014-12-2 21:05
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 楼主| 发表于 2014-11-12 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 zptonghua 于 2014-11-5 17:26 编辑

六、故障5:匝间短路
要点:案例为A相某个槽短路2匝,对极方向同样(因为半模型仿真)。本案例不考虑短路后的接触电阻,认为接触电阻为0。通过外电路压控开关控制,当时间再0.4s以前为额定带载启动仿真,当时间为0.4s时,开关闭合,短路掉设置好的短路绕组。
1>对A相某个槽内的绕组分割出一小部分,设置为短路绕组,并定义短路匝数,该槽剩余的绕组应减去短路匝数。
2>分割出的短路绕组应注意位置,处于槽位置不同,其阻抗不同,本例设置为槽底2匝绕组。
3>设置时应注意进线短路2匝,出线也要设置短路2匝。
4>应该采用外电路,短路绕组处于交变磁场中感生电压,短路阻抗低,会产生较大电流,进而烧毁绕组。
5>绕组的阻值和端部电感应按照短路匝数和每相串联匝数按照比例平分。
1、转矩
转矩.png
2、电流
电流.png
3、速度
转速.png
4、铜损
铜损.png
5、铁损
铁损.png
6、鼠笼条涡流损耗
鼠笼条损耗.png
7、外电路
外电路.png
8、相电流与短路电流
相电流与短路电流.png
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 楼主| 发表于 2014-11-12 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 zptonghua 于 2014-11-6 09:56 编辑

七、故障6:转子动态偏心
要点:动态偏心,转子旋转一周,转子圆心轨迹组成一个半径为偏心位移的圆心,示意图如下图所示。仿真时对转子铁芯、鼠笼条和inneregion移动偏心位移,旋转坐标系不动,即可形成动态偏心工况。
动态偏心示意图.png
1、转矩
转矩.png
2、电流
电流.png
3、速度
转速.png
4、铜损
铜损.png
5、铁损
铁损.png
6、鼠笼涡流损耗
涡流损耗.png
7、外电路
参照额定负载外电路
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 楼主| 发表于 2014-11-12 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 zptonghua 于 2014-11-6 10:02 编辑

八、故障7:转子静态偏心
要点:静止偏心,转子的转轴固定不变,转子转动一圈的圆心轨迹为一个点,最小气隙和最大气隙位置固定不变,示意图如下图所示。仿真时把转子铁芯、鼠笼条、转轴以及inneregion移动偏心距离,然后在移动后的转子圆心建立局部坐标系,设置该局部坐标系的z轴为旋转轴,这样实现静态偏心工况。
静态偏心示意图.png
1、转矩
转矩.png
2、电流
电流.png
3、速度
速度.png
4、铜损
铜损.png
5、铁损
铁损.png
6、鼠笼涡流损耗
涡流损耗.png
7、外电路
参考额定负载外电路
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 楼主| 发表于 2014-11-12 08:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 zptonghua 于 2014-11-12 08:55 编辑

工程附件楼层,占楼

IM_DEMO_V15.zip

679.43 KB, 下载次数: 899, 下载积分: 西莫币 -1

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该用户从未签到

发表于 2014-11-12 09:23 | 显示全部楼层
高手啊  学习了  
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[LV.5]常住居民I

发表于 2014-11-12 20:42 | 显示全部楼层
顶楼主,对故障分析比较全面,一直从事异步电机设计,学习了!
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[LV.5]常住居民I

发表于 2014-11-12 20:46 | 显示全部楼层
求问,希望MAXWELL的铁损计算值更接近实际,应该怎样考虑?

点评

关于铁损的讨论,论坛上多有相关帖子,有限元计算的铁损相比实际却是悬殊较大。如果制作工艺控制的好,可以根据自己生产的电机不同功率的统计出个系数来,这样可以为以后设计作为参考  详情 回复 发表于 2014-11-13 14:36
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[LV.7]常住居民III

发表于 2014-11-12 22:04 | 显示全部楼层
楼主故障分析很全面,但外电路中电感、电阻输入是否有误?

点评

电阻和电感为Rmxprt一键元产生,外电路的电阻为绕组相直流电阻值,电感为端部电感,应该是正确的,本课题不讨论此项内容  详情 回复 发表于 2014-11-13 14:38
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[LV.1]初来乍到

发表于 2014-11-13 11:25 | 显示全部楼层
请问如图所示的这种偏心情况,如何仿真  ,理论上这是一个3D问题   ,是否可用2d分段等效  ,您比对过3d与与2d分段等效的异同吗? 2014-11-13 10-06-23.jpg

点评

感谢小于的参与 根据2D分段等效法原来来看,我觉得这个问题可以用2D分段法等效,进线异步电机的固定速度仿真,等有时间仿真一组,看看到底差多少  详情 回复 发表于 2014-11-13 14:40
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[LV.5]常住居民I

 楼主| 发表于 2014-11-13 14:36 | 显示全部楼层
WZ_leelfy 发表于 2014-11-12 20:46
求问,希望MAXWELL的铁损计算值更接近实际,应该怎样考虑?

关于铁损的讨论,论坛上多有相关帖子,有限元计算的铁损相比实际却是悬殊较大。如果制作工艺控制的好,可以根据自己生产的电机不同功率的统计出个系数来,这样可以为以后设计作为参考
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 楼主| 发表于 2014-11-13 14:38 | 显示全部楼层
xingdian_521 发表于 2014-11-12 22:04
楼主故障分析很全面,但外电路中电感、电阻输入是否有误?

电阻和电感为Rmxprt一键元产生,外电路的电阻为绕组相直流电阻值,电感为端部电感,应该是正确的,本课题不讨论此项内容
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 楼主| 发表于 2014-11-13 14:40 | 显示全部楼层
电机小学生 发表于 2014-11-13 11:25
请问如图所示的这种偏心情况,如何仿真  ,理论上这是一个3D问题   ,是否可用2d分段等效  ,您比对过3d与 ...

感谢小于的参与{:soso_e113:}
根据2D分段等效法原来来看,我觉得这个问题可以用2D分段法等效,进线异步电机的固定速度仿真,等有时间仿真一组,看看到底差多少
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[LV.5]常住居民I

 楼主| 发表于 2014-11-13 14:42 | 显示全部楼层
下载量挺大,回帖率挺低的啊,不足10:1,呵呵
可能讨论的技术含量太低了,仿真来说不是很难,目的是希望大家讨论关于电机故障的产生原因以及解决办法,希望大家发表意见,有价值的提问和回答都可以得到simol币奖励
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[LV.2]偶尔看看I

发表于 2014-11-13 16:13 | 显示全部楼层
非常棒!学习了!
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发表于 2014-11-13 16:14 | 显示全部楼层
zptonghua 发表于 2014-11-12 08:50
六、故障5:匝间短路
要点:案例为A相某个槽短路2匝,对极方向同样(因为半模型仿真)。本案例不考虑短路 ...

片间短路,用Ansoft怎样出来的涡流损耗与频率的关系曲线图。

点评

这个问题中,硅钢片表面涂有磷酸盐,为了是增加片间绝缘,防止产生大环涡电流 当绝缘破坏时会产生附加损耗,但是这个破损的位置怎么定,破损之后是完全接触,接触电阻为0还是有一定的接触电阻,这个都不好判断,仿  详情 回复 发表于 2014-11-13 16:46
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