hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:23

Ansoft EM专题讨论(二)——三相异步电机设计

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:10 编辑

现以一个80机座的三相感应电机为例,用Maxwell+RMxprt做一个三相感应电机启动的仿真。为了让广大初学者看得更明白,我将步骤做的详细一点。
参数:380V/50Hz  P2=1100W  n=2850
η=79%  cosφ=0.79
定子参数:外径128 内径:65 槽形见图1:
转子参数:外径64.2 内径:20.5 槽形见图2:



hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:24

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:12 编辑

先用RM做路算


hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:25

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:03 编辑

性能曲线

hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:26

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-1-10 12:40 编辑

以上就完成了RM的路算。对了还有一个路算的计算单,在2D分析中是要用的。
计算单:
             Three-Phase Induction Motor Design
                      File: Setup1.res
   GENERAL DATA
Given Output Power (kW): 1.1
Rated Voltage (V): 380
Winding Connection: Wye
Number of Poles: 2
Given Speed (rpm): 2850
Frequency (Hz): 50
Stray Loss (W): 22
Frictional Loss (W): 15
Wind Loss (W): 15
Type of Load: Constant Power
Operating Temperature (C): 75
   STATOR DATA
Number of Stator Slots: 24
Outer Diameter of Stator (mm):   128
Inner Diameter of Stator (mm):   65
Type of Stator Slot: 2
Dimension of Stator Slot
      hs0_stator (mm):   0.7
      hs1_stator (mm):   0.7
      hs2_stator (mm):   8.8
      bs0_stator (mm):   2.5
      bs1_stator (mm):   4.6
      bs2_stator (mm):   7
Top Tooth Width (mm):   4.28275
Bottom Tooth Width (mm):   4.20055
Number of lamination sectors 0
Press board thickness (mm):   0
Magnetic press board No
Number of Conductors per Slot: 70
Number of Parallel Branches: 1
Number of Wires per Conductor: 2
Type of Coils: 11
Coil Pitch: 0
Wire Diameter (mm):   0.53
Wire Wrap Thickness (mm):   0.04
Slot Insulation Thickness (mm):   0.2
Top Free Space in Slot (%): 0
Bottom Free Space in Slot (%): 0
Conductor Length Adjustment (mm):   0
End Length Correction Factor 1
Limited Slot Fill Factor (%): 75
   ROTOR DATA
Number of Rotor Slots: 28
Air Gap (mm):   0.4
Inner Diameter of Rotor (mm):   20.5
Type of Rotor Slot: 1
Dimension of Rotor Slot
      hr0_top (mm):   0.2
      hr01_top (mm):0.2
      hr2_top (mm):   7
      br0_top (mm):   0
      br1_top (mm):   3.2
      br2_top (mm):   1.62
Cast Rotor: Yes
Half Slot: No
Skew Width: 1.78
End Length of Bar (mm):   0
Height of End Ring (mm):   8
Width of End Ring (mm):   10
Resistivity of Rotor Bar
at 75 Centigrade (ohm.mm^2/m): 0.0263158
Resistivity of Rotor Ring
at 75 Centigrade (ohm.mm^2/m): 0.0263158
   MATERIAL CONSUMPTION
Armature Copper Density (kg/m^3):   8900
Rotor Bar Material Density (kg/m^3):   2689
Rotor Ring Material Density (kg/m^3):   2689
Armature Core Steel Density (kg/m^3):   7872
Rotor Core Steel Density (kg/m^3):   7872
Armature Copper Weight (kg):   1.26815
Rotor Bar Material Weight (kg):   0.132043
Rotor Ring Material Weight (kg):   0.0754214
Armature Core Steel Weight (kg):   4.64333
Rotor Core Steel Weight (kg):   1.37199
Total Net Weight (kg):   7.49093
Armature Core Steel Consumption (kg):   8.2817
Rotor Core Steel Consumption (kg):   1.98525
   RATED-LOAD OPERATION
Stator Resistance (ohm): 5.29389
Stator Leakage Reactance (ohm): 4.12046
Rotor Resistance (ohm): 5.64127
Rotor Leakage Reactance (ohm): 7.09699
Resistance Corresponding to
Iron-Core Loss (ohm): 1.54988e+008
Magnetizing Reactance (ohm): 170.223
Stator Phase Current (A): 2.36588
Current Corresponding to
Iron-Core Loss (A): 1.31334e-006
Magnetizing Current (A): 1.1958
Rotor Phase Current (A): 1.9613
Copper Loss of Stator Winding (W): 88.896
Copper Loss of Rotor Winding (W): 65.1009
Iron-Core Loss (W): 0.000802
Frictional and Wind Loss (W): 29.7178
Stray Loss (W): 22
Total Loss (W): 205.716
Input Power (kW): 1.30578
Output Power (kW): 1.10006
Mechanical Shaft Torque (N.m): 3.70337
Efficiency (%): 84.2457
Power Factor: 0.824426
Rated Slip: 0.0544833
Rated Shaft Speed (rpm): 2836.55
   NO-LOAD OPERATION
No-Load Stator Resistance (ohm): 5.29389
No-Load Stator Leakage Reactance (ohm): 4.12296
No-Load Rotor Resistance (ohm): 5.64115
No-Load Rotor Leakage Reactance (ohm): 17.8122
No-Load Stator Phase Current (A): 1.25755
No-Load Iron-Core Loss (W): 0.000885155
No-Load Input Power (W): 80.2731
No-Load Power Factor: 0.0704044
No-Load Slip: 0.00136341
No-Load Shaft Speed (rpm): 2995.91
   BREAK-DOWN OPERATION
Break-Down Slip: 0.7
Break-Down Torque (N.m): 15.4642
Break-Down Torque Ratio: 4.1757
Break-Down Phase Current (A): 14.4801
   LOCKED-ROTOR OPERATION
Locked-Rotor Torque (N.m): 14.8493
Locked-Rotor Phase Current (A): 16.8985
Locked-Rotor Torque Ratio: 4.00966
Locked-Rotor Current Ratio: 7.14257
Locked-Rotor Stator Resistance (ohm): 5.29389
Locked-Rotor Stator
Leakage Reactance (ohm): 3.85183
Locked-Rotor Rotor Resistance (ohm): 5.68395
Locked-Rotor Rotor
Leakage Reactance (ohm): 3.30024
   DETAILED DATA AT RATED OPERATION
Stator Slot Leakage Reactance (ohm): 1.60744
Stator End-Winding Leakage
Reactance (ohm): 1.68295
Stator Differential Leakage
Reactance (ohm): 0.830077
Rotor Slot Leakage Reactance (ohm): 4.75769
Rotor End-Winding Leakage
Reactance (ohm): 0.414714
Rotor Differential Leakage
Reactance (ohm): 0.788756
Skewing Leakage Reactance (ohm): 1.13703
Slot Fill Factor (%): 72.5187
Stator Winding Factor: 0.957662
Stator-Teeth Flux Density (Tesla): 1.35773
Rotor-Teeth Flux Density (Tesla): 1.36448
Stator-Yoke Flux Density (Tesla): 1.20139
Rotor-Yoke Flux Density (Tesla): 1.82146
Air-Gap Flux Density (Tesla): 0.63459
Stator-Teeth Ampere Turns (A.T): 20.4966
Rotor-Teeth Ampere Turns (A.T): 17.5194
Stator-Yoke Ampere Turns (A.T): 75.8166
Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T): 56.2517
Air-Gap Ampere Turns (A.T): 254.498
Correction Factor for Magnetic
Circuit Length of Stator Yoke: 0.695559
Correction Factor for Magnetic
Circuit Length of Rotor Yoke: 0.165046
Saturation Factor for Teeth: 1.14938
Saturation Factor for Teeth & Yoke: 1.66831
Induced-Voltage Factor: 0.927797
Stator Current Density (A/mm^2): 5.36193
Specific Electric Loading (A/mm): 19.4643
Stator Thermal Load (A^2/mm^3): 104.366
Rotor Bar Current Density (A/mm^2): 5.1408
Rotor Ring Current Density (A/mm^2): 6.29082
Half-Turn Length of
Stator Winding (mm):   192.22
   WINDING ARRANGEMENT
The 3-phase, 1-layer winding can be arranged in 24 slots as below:
AAAAZZZZBBBBXXXXCCCCYYYY
Average coil pitch is: 10
Angle per slot (elec. degrees): 15
Phase-A axis (elec. degrees): 112.5
First slot center (elec. degrees): 0

   TRANSIENT FEA INPUT DATA
For one phase of the Stator Winding:
Number of Turns: 280
Parallel Branches: 1
Terminal Resistance (ohm): 5.29389
End Leakage Inductance (H): 0.005357
For Rotor End Ring Between Two Bars of One Side:
Equivalent Ring Resistance (ohm): 2.05946e-006
Equivalent Ring Inductance (H): 2.51741e-009
2D Equivalent Value:
Equivalent Model Depth (mm): 80
Equivalent Stator Stacking Factor: 0.95
Equivalent Rotor Stacking Factor: 0.95
Estimated Rotor Inertial Moment (kg m^2): 0.0010407


上面红色部分在2D中是要用到的参数。

hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:28

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:04 编辑

RM输出

hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:28

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:04 编辑

开始用MAXWELL 2D来分析

hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:30

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:09 编辑

绕组分组


hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:30

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:15 编辑

设置材料


hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:32

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:20 编辑

设置边界和激励源

hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:33

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:21 编辑

设置铁芯损耗参数

hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:34

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:22 编辑

设置求解条件

hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:35

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:23 编辑

设置动态分析有关选项

hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:35

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:24 编辑

分析

hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:36

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:27 编辑

在Maxwell 2D主窗口中,点击下拉菜单Post Process/Transient Data,弹出PlotData窗口和 Open 小窗口。在Open窗口中双击某项特性数据文件,PlotData窗口中绘出该特性的动态过程曲线图

下面是这个实例的性能的动态曲线




hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:37

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-2-23 08:29 编辑

MAXWELL 3D的建模(欣赏一下),完毕。



hypo_qu 发表于 2009-1-10 12:39

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-1-10 13:27 编辑

附件为以上整理的文件(PDF格式)

tthjcr 发表于 2009-1-10 13:26

支持!写得很详细,是用11版吧,最好有个计算结果和实际结果比较,以及差异产生原因更好

hypo_qu 发表于 2009-1-10 14:01

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-5-21 17:03 编辑

结果对比

上科所计算的结果
                                    三相异步电动机设计主要数据            
             ----------------------------------------------------------------------------
               定子槽数=24.   定子外径=128.00 转子外径= 64.20
               转子槽数=28.   定子内径= 65.00 转子内径= 20.50电压=220.0跨距= 104.85
               铁心长=80.00 铁心有效长=80.80               并联路数= 1.
                                                               线圈伸出长=37.27
               定子净铁心长=76.00转子净铁心长=76.00      每相串联导体数= 560.0
               定子槽口宽= 2.50      转子槽口宽= 1.00          每槽导体数= 70.
               定子槽宽=4.60       转子槽宽= 3.20            绕组层数= 1.
               定子槽底半径= 3.50    转子槽宽= 1.62            定子线规1: 2.*.5300
               定子槽斜边高=.70    转子槽宽=.00            定子线规2: 0.*.0000
               定子槽高= 8.80      转子槽宽=.00            导线面积:.44
               定子槽口高=.70      转子槽口高=   .20          节距 :10.00(________)
               定子齿宽= 4.21      转子槽高1= 1.60
                                                               定子绕组伸出铁心直线部分长:10.00
                                                               线圈半匝长=220.58
               转子上齿宽= 3.37      转子槽高2= 8.60         铜重:   1.53(kg) B25=15400.00
               转子下齿宽=.00      转子槽高3=.00         铝重:      .22(kg) P10=2.12
               定子齿距= 8.51      转子齿距= 7.20            铁重:   9.71(kg) B50=16400.00
               定子槽肩斜角度数(角度)= 33.70 定子电阻= 6.0749                     P15=5.10
               转子槽肩斜角度数(角度)=   .00 转子电阻= 8.1963         定子电密=5.51
               定子轭部磁路计算最小的高度= 17.80转子导条电密= 4.7799端环电密= 7.0397
               转子轭部磁路计算最小的高度= 17.47斜槽度:   1.78      槽绝缘厚度: .20
                                                               导线漆膜厚度:.04   .00
               定子轭高=18.97      转子轭高= 17.74         定子槽有效面积:    59.64
               气隙长度= .40         转子槽形代号= 3.          槽满率:.7101    槽楔厚度:1.50
               定子齿下部宽= 4.28    定子齿上部宽= 4.18      转子上齿下部磁密=       .00
                                                               转子下齿下部磁密=14843.66
               定子轭最大磁密=12404.2   转子轭最大磁密=12636.1
             ----------------------------------------------------------------------------
                           面积   磁 密   磁路长度 单位安匝数 安匝数
                定子齿:   3840.4   13364.    10.7   9.98      10.64
                定子轭:   1441.5   11641.    85.6   5.91      35.42
                转子齿:   3581.5   14329.    10.5      14.34    15.02
                              .0         0.      .0      .00
                转子轭:   1348.5   12444.    19.3   7.48       5.01
                气隙:   8249.8      6221.      .50             249.48
                                                   总匝数:      315.57
                有功电流=    1.6667                        损耗(标么值)      损耗(实际值)
                磁化电流=   .8709                        铜耗:   .0978   107.5801
                空载电流=   .9977                        铝耗:   .1028   113.0716
                                                             铁耗:   .0310      34.0956
                定子轭部磁路校正系数=.700                  杂散耗:   .0200      22.0000
                转子轭部磁路校正系数=.347                  机械耗:   .0200      22.0000
                电抗电流系数=1.0238                        总损耗:   .2716   298.7473
                输入标么值: 1.2716
                电流标么值                电流实际值
                定子电流 1.4578            2.4296
                转子电流 1.2866            123.2167
             ----------------------------------------------------------------------------
                           磁 密       Cm**3   W/cm^3   损耗
               空载定子齿:14350.7       81.9    .036      2.99
               空载定子轭:12501.0      493.8    .027       13.32
             ----------------------------------------------------------------------------
                      效率       功率因数最大起动转矩倍数   起动转矩倍数   起动电流倍数
               计算值: .7864   .8723         2.74                2.66         4.68
               设计值: .7500   .7500         2.50                2.00         6.00
               热负荷= 1100.6410    转差率= .0887      材料成本=   116.50
             ----------------------------------------------------------------------------
                型号 :80B             频率 : 50.极数: 2. 绝缘等级 :( 允许温升80k )   
                                                                                       
                功率 :1.10 (kw)   绕组接法:   1--   矽钢片牌号 :DR510         
                                                                                       
                计算 :_____________日期 :2009- 5-21 校核 :_____________日期 :___________
             ----------------------------------------------------------------------------
             ----------------------------------------------------------------------------

hypo_qu 发表于 2009-1-10 14:05

本帖最后由 hypo_qu 于 2009-1-10 14:11 编辑

实测

forlink 发表于 2009-1-10 18:57

非常精彩的帖子,相信对新手有很好的指导意义
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