Ansoft EM专题讨论（二）——三相异步电机设计

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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：

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先用RM做路算

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性能曲线

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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。

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RM输出

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开始用MAXWELL　2D来分析

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绕组分组

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设置材料

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设置边界和激励源

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设置铁芯损耗参数

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设置求解条件

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设置动态分析有关选项

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分析

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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

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MAXWELL　3D的建模(欣赏一下),完毕。

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附件为以上整理的文件（PDF格式）

tthjcr

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

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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 :___________
             ----------------------------------------------------------------------------
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hypo_qu

实测

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