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文档简介
1、三相笼型感应电动机电磁设计三相笼型感应电动机设计及仿真姓名:学院:学号:指导老师: 日期:-课程设计内容: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。确定定、转子绕组方案。完成电机电磁设计计算方案。画出定、转子冲片图。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)对已经完成的电磁设计方案建立有限元模型,利用ANSOFT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:.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。.要求计算准确,绘出图形正确、整洁。.要求学生在设计
2、过程中能正确查阅有关资料、图表及公式。题目2: Y132M2-6额定数据与性能指标1、电机型号Y132M2-62、额定功率Pn=5. 5kW3、额定频率=50Hz4、额定电压及接法Uk380伏1-A5、极数2K66、绝缘等级B7、力能指标:效率77 = 0.8538、功率因数COS0 = O.789、最大转矩倍数2=2.0起动性能:起动电流倍数/: =6.5,起动转矩倍数7; =2.0主要尺寸Dj = 0.21 mDil = 0.148/n/ = 0.18/7? S = 0.35% Di2 =(J = 0.048m Z/ = 3%转子外径 D2 = D - 25 = 0.1473m定子槽形采用
3、斜肩圆底梨形槽:b0l = 3.5 , /z01 = 0.8mm ;bsl = 6.8 ,al = 30 c, rsl = 4.4 ,/vll + /?vl2 = 11 .5nun 转子采用斜肩平底槽:()2 = 6.52z,么 22 = 2.6 mm,= 300,4,+ /v?2 = 20.三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。Ansoft作为世界领先的电磁有限元分析软件,Maxwell已广 泛应于电气
4、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Ansoft 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Ansoft Maxwell 14中进行仿真和计算,来验证电机设计的合理性。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 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
5、。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
6、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 栏中的,新建电机设计后击rvixyvllmxpLtO-lacZLlAroJ,vt:N n1xp,t二考Vl.Sf我交I . I, ,| G UI x.X - - II |I3MI Ui?|0. Q1 an Eni 13 |图
7、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:Er |Vdoa| (bit jn*aitC v | 0s9210e 2H0o1 p. . ISlat Trp2|SLQ ty。 Uu .LMiinktiM 1fmhn- ii la mathr0s.9”.“ p “ Bq,lH005he* ri a ne4svr Gz tnoxi彩 | 殷aPropenn Prqe2 - RMaprtDeol - Machine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Properties: Proieal - RMxprtDeWgcl -
8、MachineSlotAutorAutoKw2,Um411d. f.TrDgg Ml 31 8s.fcO0 8rc0-Slot aneniig: K*0Ksl。的rr0.352Slot djncMion: KslKw210 5组rcSlot dirtaaviaa: Kw28s03.5rri3.5anS1“ 心C3iQd: BsO8T6 6re8.却Slot dicesig: 8T8 8re8.好Slot djdenaioa: B12VmI IEvAlndted V | Descriptig | Bzid-c-Tilyrrrrrrrr厂 Shpr:Dyil - Md:hine11 r IHr*V
9、Qie| Uii Tnlmti V Jcritioi-Slot Tjk3IOoter )i.m 3Iccur ha.(6 BIxoxth Sul tjpcstljCO3-2* of Z3,伏hi”加。*r of slot5 1Got VJ* of tbStod Kytn of lh4.8a luur sgUt of.KU;a;CH !UtwSlxn ndtl zg.Ulu ginWci.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Properties; Project2 - RMxprtDesign - MachineSlot1HaneUni i Ey如stud VJesc
10、riptj onRead-onlyKsOInn1nnSlot dinensiori: MsOKsOl0nnOnnSlot din&ncion: KsOiVKsJ1.55nn1.5Bwt.Slot dinansion: M:LMVXs218.42nn8. IZlTfTiSlot dinazizion: X:Zr:0InnInnSlot dincztsion: BsOrBslBs2 Bs6.5nn6. SnnSlot dinension: Bslr2 6nn2. 6nnSlot dinension: Bs2r0nnOrmSlot dimension: Rsr: Shov Xi ddcs.询室I 取
11、消图7转子槽型数据双击图中Rotor下的Winding设置转子绕组图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 RMxprtf AnalysisSteupf Add Solution Setup设置求解器参数Solulion Setup求解器设置完毕,开始运行仿真,点击工具栏中的运行ValidateValidation Check: Project2 - RMxprtDesignlRMxprtDexignlValidation Check completed.d Design Settings Machino Analysis Setup彳 OptimctricsClo
12、eAbort图11点击仿真所有参数均设置正确,可以运行仿真,点击工具栏中的管,运行Analyze All等待运行结束,查看仿真结果,如图12. 1-12. 3所示:选择菜单栏中RMxprt-*Results- SolutionDataf Performance图12.1查看运行结果图 12. 2 Design sheetsSolutions: Projectl - RMxprtDesignlSimulaticn:|Setup1三| | Peifamance三|Design Varatbrrferfomance Design Sheet CurvesName: |rpU: Current v$
13、Speed二|14250-62.50-1 00082.50-200.00800.00400.00600.00irprr jCurve IrrfoInput Cuirent一 -一 5050 122,102.1)ca-n53CU 一. 0)图12.3 Curves (运行特性曲线)后处理,将RMxprt项目导入到Maxwell 2DDesign SettingsMaterial Threshold. | Export Options User Deined. Data |R7 Enable$begin ? AnsoftProj ect?4Created= Sun Map 01 10:24:24
14、2016FileOwnedByW orkbench=falseFroduct= MaxwelVNextUniqueID=0MoveBackwards=alseSbegin Desktop-*Version (14? 0)InfrastructureVersi on.Cl, 0)Send Desktop-*Sbegin ? fi1axwelL3DEnvir oiuneuf,Version (1, 0)$end ? MaxwelL3DEnvriroiunerLf, $begin ? FilaxwellZDEnvir oiunent, I 一I卜mpoirt FiLc.确定 取消 IProject
15、TanagerCreate Mal Design日春Proj ect2*日盟 Maxwell2DDesignl (Transient, XT)*回发 Kh:prtDesignl (Three ?hase Induction Mot。:0-LJ DefinitionsnrProject 图13生成Max.ell 2D项目Project Manager日Create Maxwell Design萼中甲S-田Froj eel1* 圜 MaxwellZDDe 鼎 MxwellSDJRIilxpi- tDe sig D&fiiki ti ons图14生成3D项目六仿真结果Three-Phase Indu
16、ction Motor DesignFile: Setupl. resGENERAL DATAGiven Output Power (kW): 5. 5Rated Voltage (V): 380Winding Connection: WyeNumber of Poles: 6Given Speed (rpm): 1462Frequency (Hz): 50Stray Loss (W) : 71. 775Frictional Loss (W): 131. 076Windage Loss (W): 30.751Type of Load: Constant SpeedOperating Tempe
17、rature (C): 75STATOR DATANumber of Stator Slots: 36 TOC o 1-5 h z Outer Diameter of Stator (mm):210Inner Diameter of Stator (mm):148Type of Stator Slot: 2Stator Slot hsO (mm) :0. 80. 952hsl (mm):hs2 (mm):10. 548bsO (mm):3.5bsl(mm):6.8bs2 (mm):8.8Top Tooth Width (mm):6. 42671Bottom Tooth Width (mm):6
18、. 27296Length of Stator Core (mm): 140Stacking Factor of Stator Core: 0. 95Type of Steel: steel_1008Number of lamination sectors 1Press board thickness (mm): 0Magnetic press board NoNumber of Parallel Branches: 1Type of Coils: 11Coil Pitch: 0Number of Conductors per Slot: 19Number of Wires per Condu
19、ctor: 4Wire Diameter (mm): 0. 86Wire Wrap Thickness (mm):0. 06Wedge Thickness (mm): 0Slot Liner Thickness (mm): 0Layer Insulation (nun): 0Slot Area (mm 2): 120, 388Net Slot Area (mm 2): 112.685Slot Fill Factor (%): 57.0852Limited Slot Fill Factor (%) :75Wire Resistivity (ohm. mnT2/m): 0. 0217Top Fre
20、e Space in Slot (%):0Bottom Free Space in Slot (%): 0Conductor Length Adjustment (mm):0End Length Correction Factor 1End Leakage Reactance Correction Factor 1ROTOR DATANumber of Rotor Slots: 33 TOC o 1-5 h z Air Gap (mm) :0. 35Inner Diameter of Rotor (mm): 48Type of Rotor Slot: 3Rotor SlothsO (mm):1
21、hsl(mm):1. 58hs2(mm):18. 42bsO(mm):1bsl(mm):6 5bs2(mm):2. 6rs (mm) :0Cast Rotor: YesHalf Slot: NoLength of Rotor (mm):140Stacking Factor of Rotor Core: 0. 95Type of Steel: steel_1008Skew Width: 1End Length of Bar (mm): 0Height of End Ring (mm):31Width of End Ring (mm): 13. 5Resistivity of Rotor Bara
22、t 75 Centigrade (ohm. mm2/m) : 0. 15873Resistivity of Rotor Ringat 75 Centigrade (ohm. mm2/m): 0.15873Magnetic Shaft: NoMATERIAL CONSUMPTIONArmature Copper Density (kg/m3):8900Rotor Bar Material Density(kg/m3):2700Rotor Ring Material Density (kg/nT3): 2700Armature Core Steel Density (kg/m 3): 7872Ro
23、tor Core Steel Density (kg/m 3): 7872Armature Copper Weight (kg):3.37533Rotor Bar Material Weight (kg):1.13184Rotor Ring MaterialWeight(kg):0.811494Armature Core SteelWeight(kg):13.7141Rotor Core Steel Weight (kg):12. 812Total Net Weight (kg):31. 8447Armature Core Steel Consumption (kg): 29. 4887Rot
24、or Core Steel Consumption (kg): 18.0115RATED-LOAD OPERATIONStator Resistance (ohm): 0.508125Stator Resistance at 20C (ohm) :0.417974Stator Leakage Reactance (ohm) :0.324881Rotor Resistance (ohm): 1. 24075Rotor Resistance at 20C (ohm): 1.02061Rotor Leakage Reactance (ohm): 0. 396957Resistance Corresp
25、onding toIron-Core Loss (ohm): 1.52666e+007Magnetizing Reactance (ohm): 1. 80947Stator Phase Current (A):141, 362Current Corresponding toIron-Core Loss (A): 1.30867e-005Magnetizing Current (A): 110. 413Rotor Phase Current (A): 73. 5934Copper Loss of Stator Winding (W):30462. 1Copper Loss of Rotor Wi
26、nding (W): 20159. 6Iron-Core Loss (W): 0. 00784373Frictional and Windage Loss (W): 161.827Stray Loss (W) : 71. 775Total Loss (W) : 50855. 3Input Mechanical Power (kW): 63. 9569Output Electrical Power (kW) :13.1016Mechanical Shaft Torque (N. m): 417. 745Efficiency (%): 20.4851Power Factor: 0.141586Ra
27、ted Slip: -0. 462Rated Shaft Speed (rpm): 1462Operation mode: generatorNO-LOAD OPERATIONNo-Load Stator Resistance (ohm):0. 508125No-Load Stator Leakage Reactance (ohm):0. 329726No-Load Rotor Resistance (ohm) :1.23865No-Load Rotor Leakage Reactance (ohm): 0. 409937No-Load Stator Phase Current (A): 99
28、. 7474No-Load Iron-Core Loss (W):0. 00640152No-Load Input Power (W): 15338.4No-Load Power Factor: 0. 23254No-Load Slip: 0.00126475No-Load Shaft Speed (rpm): 998,735BREAK-DOWN OPERATIONBreak-Down Slip: 1Break-Down Torque (N. m): 375.794Break-Down Torque Ratio: 0.899577Break-Down Phase Current (A):143
29、,733LOCKED-ROTOR OPERATIONLocked-Rotor Torque (N. m): 375,794Locked-RotorPhase Current (A) :143.733Locked-Rotor Torque Ratio: -0. 899577Locked-Rotor Current Ratio:1.01677Locked-Rotor Stator Resistance (ohm):0. 508125Locked-Rotor StatorLeakage Reactance (ohm): 0. 324738Locked-Rotor Rotor Resistance (
30、ohm):24844Locked-Rotor RotorLeakage Reactance (ohm): 0.396071DETAILED DATA AT RATED OPERATIONStator Slot Leakage Reactance (ohm): 0. 226211Stator End-Winding LeakageReactance (ohm): 0. 0912937Stator Differential LeakageReactance (ohm): 0. 00737612Rotor Slot Leakage Reactance (ohm): 0. 339147Rotor En
31、d-Winding LeakageReactance (ohm): 0. 033844Rotor Differential LeakageReactance (ohm): 0. 016482Skewing Leakage Reactance (ohm): 0. 00748217Stator Winding Factor: 0.965926Stator-Teeth FluxDensity(Tesla):44751Rotor-Teeth Flux Density (Tesla):2.34519Stator-Yoke Flux Density (Tesla): 2. 14273Rotor-Yoke
32、Flux Density (Tesla): 1. 17919 Air-Gap Flux Density (Tesla) :1. 14309 Stator-Teeth Ampere Turns (A. T): 1678.68 Rotor-Teeth Ampere Turns (A. T):2591.97 Stator-Yoke Ampere Turns (A. T): 647,83 Rotor-Yoke Ampere Turns (A. T): 7.84111 Air-Gap Ampere Turns (A. T):427, 765 Correction Factor for MagneticC
33、ircuit Length of Stator Yoke: 0.1915 Correction Factor for MagneticCircuit Length of Rotor Yoke: 0. 7 Saturation Factor for Teeth: 10. 9836 Saturation Factor for Teeth & Yoke: 12. 5164Induced-Voltage Factor: 0.910647 Stator Current Density (A/mnT2): 60,8397 Specific Electric Loading (A/mm): 207. 959
34、Stator Thermal Load (A 2/mm 3):12652.2Rotor Bar Current Density(A/mm2):16. 2385Rotor Ring Current Density(A/mnT2):6. 24831Half-Turn Length ofStator Winding (mm):238.629WINDING ARRANGEMENTThe 3-phase, 1-layer winding can be arranged in 12 slots as below:AAZZBBXXCCYYAngle per slot (elec, degrees): 30Phase-A axis (elec, degrees):105First slot center (elec, degrees): 0TRANSIENT FEA INPUT DATAFor one phase of the Stator Winding:Number of Turns: 114Parallel Branches
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