Ansoft-感应电机设计算例

11kW、380V、3相感应电机（未标注长度单位：mm）1、电机数据1.1额定数据额定功率PN=11kW；额定电压UN=380V；相数m=3相；频率f=50Hz；极对数p=2；额定转速：1460r/min定子绕组接法：接；B级绝缘；封闭型自扇冷却，主要技术指标按技术条件JB3074-82的规定1.2主要尺寸定子外径D1=260；定子内径Di1=170；转子外径D2=169；转子内径Di2=60；铁心长度lt=155；定子槽数Z1=36；转子槽数Z2=26。1.3定子数据定子槽数数据：见图1图1定子槽型数据槽绝缘厚度：0.3定子绕组数据：单层交叉时，节距：1~9、2~10、11~18每线圈匝数：29；线规：21.3，漆层厚度：0.08（双边）并联支路数：1每相串联匝数：174绕组端部直线部分长度：1575C时铜线电阻率：0.021710-6.m硅钢片密度：7.8103kg/m3铜材密度：8.9103kg/m31.4转子数据转子槽型及端环数据：见图2转子内径：60a)b)图2转子槽型及端环数据75C时铝材电阻率：0.043410-6.m1.5其他数据杂耗系数：0.02机械损耗：102.8W铁心材料：D232、RmxPrt计算（Ansoft12）2.1计算过程注意槽形尺寸标注同课本不同：图3绕组排列（可以得到端部连接）铝材的编辑结果需要看最后的计算结果（SolutionData），在SolutionData中给出的是铝材75C时的电阻率（单位：.mm2/m）,但铝材输入编辑时给定的是75C时的电导率（单位：Siemens/m）:1Siemens/m=1/m。正常铝在75C时的电阻率为0.0434.mm2/m=0.043410-6m，化为电导率为23041475Siemens/m，因此在编辑铝材时需要赋23041475Siemens/m时的电阻率。2.2计算结果2.2.1Performance2.2.2DesignSheet2.2.3Curve2.2.4课本计算与RmxPrt计算结果比较课本手算结果RmxPrtMaxwell一般计算定子线圈平均半匝长340322.7槽满率（%）7674.16基波绕组系数0.95980.9598铜消耗(kg)8.807.96铁消耗（kg）80.6679.64铝消耗（kg）2.44参数计算定子电阻（75C,）0.96740.918转子电阻（75C,）0.861952定子漏抗（）2.63482.285转子漏抗（）4.499空载计算气隙磁密（T）0.7218定子齿磁密（T）1.524定子轭磁密（T）1.337转子齿磁密（T）1.384转子轭磁密（T）1.296定子电流（A）4.394.372负载计算气隙磁密（T）0.68840.71定子齿磁密（T）1.4531.486定子轭磁密（T）1.2751.29转子齿磁密（T）1.3201.283转子轭磁密（T）1.2361.251额定转速（r/min）14601460定子电流（A）12.6312.2612.12电机转矩(Nm)71.9171.9171.77=72.45(电磁转矩)-0.673(机械转矩，根据RmxPrt)效率（%）89.0789.7功率因数0.8580.862定子铜耗（W）463414转子铜耗（W）323299铁耗（W）233227.0机械耗（W）102.8102.8杂耗（W）220220定子电流密度(A/mm2)4.764.618线负荷(A/mm)24.6923.96热负荷(A/mm3)117.52110.67转子导条电流密度(A/mm2)3.263.135转子端环电流密度(A/mm2)2.222.03起动性能计算起动电流倍数5.876.18起动转矩倍数2.071.829最大转矩倍数2.2752.853．2D-FEM计算（由RmxPrt导入）3.1计算过程运行完RmxPrt项目后，执行RMxprt/AnalysisSetup/CreateMaxwellDesignAnsoft12版本可以采用一键式将RmxPrt模型直接导入到2D截面中，自动完成几何模型的绘制、材料定义、激励源添加、边界条件给定、网络剖分和求解参数设置等前处理项，用户只需进行简单进行求解和后处理即可。注意这一一键式导入方式仅限于2D的瞬态场，若进行其他场分析需要用户自己设置。这一软件自动生成的瞬态计算模型，对应的计算为转子在额定转速（1460r/min）时的恒速运行，所模拟的是额定速度下三相绕组电流和转子上的电磁转矩。经过较长的时间得到结果：3.2输出结果3.2.1电流波形和转矩波形和大小双击Results中的WindingCurrents和Torque，得到图4和图5所示的三相电流和转矩波形。注意：软件自动给的工况是转子在0时刻已经被拖至额定转速，然后在0时刻突然加电，因此电流和转矩在开始时都有一个明显的冲击，所以只观察电流转矩稳定时的值即可。，图4三相电流波形图5转矩波形从图4可以得到平均转矩值，从图5可以得到稳定后的有效值。以计算电流有效值为例，方法如下：在图形区单击右键，给出有效值大小。3.2.2后处理42D-FEM计算（直接进行Ansoft瞬态场分析）