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文档简介

1、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: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ANSOF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.

2、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: 丫132M6 额定数据与性能指标1、电机型号 Y132M6 2 、额定功率 P N=5.5kW3、额定频率fN =50Hz 4 、额定电压及接法UN=380伏1- 5、极数2 p=66、绝缘等级B7. 力能指标:效率n = 0.8538 、功率因数COS甲=0.789、最大转矩倍数TM = 2.0起动性能:起动电流倍数I; = 6.5,起动转矩倍数Ts; = 2.0D 1= 0 .21 m主要尺寸 DH = o.148m| = 0.18m 二 0.35mm Di2 = d 二 0.048 m转子外径 D2 二 D - 2 二 0.

3、1473 m定子槽形采用斜肩圆底梨形槽:b01 = 3.5mm, h01 = 0.8mm; bs1 = 6.8mm,30 , rs1 = 4.4mm, hs11 hs12 = 11.5mm转子采用斜肩平底槽:b02 二 1mm , h02 二 1mm ; bs21 = 6.5mm, bs22 二 2.6mm, : 2 = 30 , hs21 hs22 二 20 mm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。A

4、n soft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2 d / 3 d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An soft Maxwell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An soft Maxwell 14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

5、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

6、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Maxwell 16.0,运行Maxwell软件,进入如下界面,点击菜单栏中PrmpeftE 冷qedJ1 RMMlOewqnl - MdcJne厂 Stn hl44u的,新建电机设计ITBA I h IPUI-I !

7、= iiVr r*J ! I4 .ifaiIF irf J #Fin IR il- !vi I- - #v1 = -t !鲁 T L -i IS 4*B: i II m: b !MilP IM el9产弋 U i 川f aJ W jH Oi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,设置定子槽型参数啊 FUMTSEP 畑T罪呻.111H 丽|F iEllilT知川*iTiThJiTIFKrt JBrfT4*&G iFl*KT* iThdnupbh?宇 Proj?cl ” 曲窗 卩- J-Kfr

8、urn1*Ut1.1U讲岖分j_F i) )枷吧Lt1事疋fikliic伽屯额i Irpi*2*吨酣LH厂tE1EFtiv c-f pir hJl*r-Cjixtcr:,11Lfixba of aiaiuict .口LID“LI 0.ltcJi flv.11 .r斑 J if .i4-駅止bt Eif str uiis厂fSTtQSBA141 blside *in .r1J7 SliMf li 14 1 IF0nr* fJM. Q rw .ITM 4Vsluai-Uru iE-rilaaiikd. /Uaxcr upti-axi A asl-y 1jblli IlJ.LIi厂Ul dA.j K

9、ii,.rP-iralld. Tr: JO 5*5nn51豐肪 iimwidEL KT*厂Ida Erin3.nIDI d口工 binrsl臥自rm机缶TkJIQI山皿小Hlr132 ettEgSI帆 djFOLlig- Bi2iEiliirr Ns JJCD.图4定子槽型参数双击图中Stator下的Winding ,设置定子绕组Prtiecrl 秫如_ _LCtaLli | lrTr7lil&LI iB |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XwitUnitErJ ijeitc4 VBcsct-ii 11 en.

10、RieaJ-njJ-y |MsUInnhnSlot dirtejision JUDKEOU0nnnnSi atar. Me:OUnE=1L sannJ. 5Bnr:SLt. c.ini-ms-1 on. IfsL厂N盘LB.4Enn用 lnri厂SaO【tinnnSL-t dintML W; BsO厂ill& 5ran& “祚r2 Cnn2. GiifiSL iiitiuira: 112厂15nranOrmSlot电鸥i 两 IUrSluw H.讯叩PropTc; Drcjerl2 - RMprtDrMgml - MachineSet图7转子槽型数据双击图中Rotor下的Winding设置转子

11、绕组所口产代匕玉 Fup - R7MpflUes+grl - V jJiine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 RMxprtAnalysisSteup Add Solution Setup设置求解器参数VIL-OB已 C 中DozfLpti ,h45i Jl*dU:tL4l:即讨.WT DvxihuLiFJI 叭&;V;%4i x:边口吧:tj : ?!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 Solutionis IProjertl - RMxnrtneignl图 12.2 Design sheets

12、Name | Input Curienf ys SpsedClurvv IrrtoIrfs-Ll Cuaients?s? w w122.122.何卸 luaJn5BCLl_IWCOO0002W00600 W50000IH! j ir: IT B2 W-G2 5O-Cl an图12.3 Curves ( 运行特性曲线)后处理,将 RMxprt项目导入到 Maxwell 2DDesign SettingsGeate 帥 xwd Designf/ Ena.bl e* AmoftFi-aj ctn#Cretftd-J Sun IW&7 01 10i:24:24 2016F i 1 OwnedBW or

13、 Kbnchr1 f415 igFroduct=i,MaxwellNs tUni queTEOMackw ar ds=alE 电 DttsktopVersion (1 OInfr tiruc tijir e Ver si OIL Cl 0 ) Send DesktopJbegin Maxwell3:DEnv 1 r 0runen Vrsio (1A )lMxwell3DEnrir(iMiiei4tJ$begin M axweHZDEnvi r 0 iun en tz匚 51mpEKrt FiXePrajKtanagtf* Jd 二 Fir nj 託 t2T 胡 fl axweUSADesign

14、l Tr ansi enlf IT )*0 jj(TZt Half Jodutin NIIQ;由 IJ IlifiuticmMaterial. TtoreEtkCBldL Exp ox t Opti onsDefined. D a_tPircijEcHL图13生成Maxwell 2D项目六仿真结果Three-Phase In duct ion Motor Desig nFile: Setup1.resGENERAL DATAGive n Output Power (kW):5.5Rated Voltage (V): 380Winding Connection:WyeCrest? Mar/.e

15、DesignProject ManagerSolJiy: MvanahoigFa-o_j QC 1.1 *Maxwells DIRlnicpzr t E e s . gini ti crLs:甲甲曰-田图14生成3D项目u2wNumber of Poles: 6Given Speed (rpm): 1462Freque ncy (Hz):50Stray Loss (W):71.775Frictio nal Loss (W): 131.076Win dage Loss (W): 30.751Type of Load: Constant SpeedOperat ing Temperature (C

16、):75STATOR DATANumber of Stator Slots: 36Outer Diameter of Stator (mm):210Inner Diameter of Stator (mm):148Type of Stator Slot: 2Stator Sloths0 (mm):0.8hs1 (mm):0.952hs2 (mm):10.548bs0 (mm):3.5bs1 (mm):6.8bs2 (mm):8.8Top Tooth Width (mm):6.42671Bottom Tooth Width (mm):6.27296Len gth of Stator Core (

17、mm):140Stacki ng Factor of Stator Core:0.95Type of Steel: steel_1008Number of lam in ati on sectors 1Press board thick ness (mm):0Magn etic press board NoNumber of Parallel Bran ches: 1Type of Coils: 11Coil Pitch:0Number of Con ductors per Slot:19Number of Wires per Con ductor:4Wire Diameter (mm):0.

18、86Wire Wrap Thick ness (mm):0.06Wedge Thick ness (mm): 0Slot Liner Thick ness (mm):0Layer In sulatio n (mm): 0Slot Area (mmA2):120.388Net Slot Area (mmA2):112.685Slot Fill Factor (%): 57.0852Limited Slot Fill Factor (%):75Wire Resistivity (ohm.mmA2/m): 0.0217Top Free Space in Slot (%):0Bottom Free S

19、pace in Slot (%):0Con ductor Len gth Adjustme nt (mm): 0End Len gth Correcti on Factor 1End Leakage Reacta nee Correction Factor 1ROTOR DATANumber of Rotor Slots: 33Air Gap (mm):0.35Inner Diameter of Rotor (mm):48Type of Rotor Slot: 3Rotor Sloths0 (mm):1hs1 (mm):1.58hs2 (mm):18.42bs0 (mm):1bs1 (mm):

20、6.5bs2 (mm):2.6rs (mm):0Cast Rotor:YesHalf Slot: NoLen gth of Rotor (mm):140Stator Resista nee (ohm): 0.508125Stacki ng Factor of Rotor Core:0.95Type of Steel: steel_1008Skew Width: 1End Len gth of Bar (mm):0Height of End Ri ng (mm):31Width of End Ring (mm):13.5Resistivity of Rotor Barat 75 Cen tigr

21、ade (ohm.mmA2/m):0.15873Resistivity of Rotor Ri ngat 75 Cen tigrade (ohm.mmA2/m):0.15873Mag netic Shaft:NoMATERIAL CONSUMPTIONArmature Copper De nsity (kg/mA3):8900Rotor Bar Material De nsity (kg/mA3):2700Rotor Ring Material Den sity (kg/mA3):2700Armature Core Steel Den sity (kg/mA3):7872Rotor Core

22、Steel Den sity (kg/mA3):7872Armature Copper Weight (kg):3.37533Rotor Bar Material Weight (kg):1.13184Rotor Ri ng Material Weight (kg):0.811494Armature Core Steel Weight (kg):13.7141Rotor Core Steel Weight (kg):12.812Total Net Weight (kg):31.8447Armature Core Steel Con sumption (kg):29.4887Rotor Core

23、 Steel Co nsumptio n (kg):18.0115RATED-LOAD OPERATIONStator Resista nee at 20C (ohm): 0.417974Stator Leakage Reactanee (ohm): 0.324881Rotor Resista nee (ohm): 1.24075Rotor Resista nee at 20C (ohm): 1.02061Rotor Leakage Reactanee (ohm): 0.396957Resista nee Corresp onding toIron-Core Loss (ohm): 1.526

24、66e+007Mag netiz ing Reaeta nee (ohm):1.80947Stator Phase Curre nt (A):141.362Current Corresp onding toIron-Core Loss (A):1.30867e-005Mag netiz ing Curre nt (A):110.413Rotor Phase Curre nt (A): 73.5934Copper Loss of Stator Win di ng (W):30462.1Copper Loss of Rotor Winding (W):20159.6Iron-Core Loss (

25、W): 0.00784373Frietio nal and Win dage Loss (W): 161.827Stray Loss (W):71.775Total Loss (W):50855.3In put Meeha nical Power (kW):63.9569Output Eleetrieal Power (kW):13.1016Meeha nical Shaft Torque (N.m):417.745Effieie ncy (%): 20.4851Power Factor: 0.141586Rated Slip:-0.462Rated Shaft Speed (rpm):146

26、2Operati on mode: gen eratorNO-LOAD OPERATIONNo-Load Stator Resista nee (ohm): 0.508125No-Load Stator Leakage Reacta nee (ohm): 0.329726No-Load Rotor Resista nee (ohm): 1.23865No-Load Rotor Leakage Reacta nee (ohm): 0.409937No-Load Stator Phase Curre nt (A): 99.7474No-Load Iron-Core Loss (W): 0.0064

27、0152No-Load In put Power (W):15338.4No-Load Power Factor: 0.23254No-Load Slip: 0.00126475No-Load Shaft Speed 仲m): 998.735BREAK-DOWN OPERATIONBreak-Dow n Slip: 1Break-Dow n Torque (N.m):375.794Break-Dow n Torque Ratio:0.899577Break-Dow n Phase Curre nt (A):143.733LOCKED-ROTOR OPERATIONLocked-Rotor To

28、rque (N.m): 375.794Locked-Rotor Phase Curre nt (A): 143.733Locked-Rotor Torque Ratio: -0.899577Locked-Rotor Curre nt Ratio: 1.01677Locked-Rotor Stator Resista nee (ohm): 0.508125Locked-Rotor StatorLeakage Reacta nee (ohm): 0.324738Locked-Rotor Rotor Resista nee (ohm): 1.24844Locked-Rotor RotorLeakag

29、e Reacta nee (ohm): 0.396071DETAILED DATA AT RATED OPERATIONStator Slot Leakage Reacta nee (ohm): 0.226211Stator En d-Wi nding LeakageReacta nee (ohm):0.0912937Stator Differen tial LeakageReacta nee (ohm):0.00737612Rotor Slot Leakage Reacta nee (ohm): 0.339147Rotor En d-Wi nding LeakageReacta nee (o

30、hm):0.033844Rotor Differen tial LeakageReacta nee (ohm):0.016482Skewi ng Leakage Reacta nee (ohm):0.00748217Stator Win di ng Factor: 0.965926Stator-Teeth Flux Density (Tesla): 2.44751Rotor-Teeth Flux Density (Tesla): 2.34519Stator-Yoke Flux Den sity (Tesla): 2.14273Rotor-Yoke Flux Den sity (Tesla):

31、1.17919Air-Gap Flux De nsity (Tesla): 1.14309Stator-Teeth Ampere Turns (A.T): 1678.68Rotor-Teeth Ampere Turns (A.T): 2591.97Stator-Yoke Ampere Turns (A.T): 647.83Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T):7.84111Air-Gap Ampere Turns (A.T): 427.765Correcti on Factor for Magn eticCircuit Length of Stator Yoke: 0.1

32、915Correcti on Factor for Magn eticCircuit Length of Rotor Yoke:0.7Saturatio n Factor for Teeth: 10.9836Saturatio n Factor for Teeth & Yoke:12.5164In duced-Voltage Factor: 0.910647Stator Curre nt Den sity (A/mmA2): 60.8397Specific Electric Load ing (A/mm): 207.959Stator Thermal Load (AA2/mmA3): 1265

33、2.2Rotor Bar Curre nt De nsity (A/mmA2):16.2385Rotor Ring Curre nt Den sity (A/mmA2): 6.24831Half-Tur n Len gth ofStator Winding (mm):238.629WINDING ARRANGEMENTThe 3-phase, 1-layer winding can be arran ged in 12 slots as below:AAZZBBXXCCYYAn gle per slot (elec. degrees):30Phase-A axis (elec. degrees

34、): 105First slot cen ter (elec. degrees): 0TRANSIENT FEA INPUT DATAFor one phase of the Stator Winding:Number of Turns:114Parallel Bran ches:1Terminal Resista nee (ohm): 0.508125End Leakage In ducta nee (H):0.000290597For Rotor End Ring Betwee n Two Bars of One Side:Equivale nt Ring Resista nee (ohm

35、): 4.12711e-006Equivale nt Ri ng In ducta nee (H): 6.56283e-0092D Equivale nt Value:Equivale nt Model Depth (mm): 140Equivale nt Stator Stack ing Factor:0.95Equivale nt Rotor Stack ing Factor:0.95Estimated Rotor In ertial Mome nt (kg 口人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 Motor Design And CAD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

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