三相笼型感应电动机设计及仿真

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：一课程设计内容：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。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：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．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：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fN=50Hz4、额定电压及接法UN=380伏1-Δ5、极数2p=66、绝缘等级B7、力能指标：效率8、功率因数9、最大转矩倍数起动性能：起动电流倍数,起动转矩倍数主要尺寸转子外径定子槽形采用斜肩圆底梨形槽：转子采用斜肩平底槽：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2d/3d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AnsoftMaxwell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AnsoftMaxwell14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Maxwell16.0，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，设置定子槽型参数图4定子槽型参数双击图中Stator下的Winding，设置定子绕组图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RMxprt→AnalysisSteup→AddSolutionSetup设置求解器参数图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点击仿真所有参数均设置正确，可以运行仿真，点击工具栏中的，运行AnalyzeAll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→SolutionData→Performance图12.1查看运行结果图12.2Designsheets图12.3Curves(运行特性曲线)后处理，将RMxprt项目导入到Maxwell2D图13生成Maxwell2D项目图14生成3D项目六仿真结果Three-PhaseInductionMotorDesignFile:Setup1.resGENERALDATAGivenOutputPower(kW): 5.5RatedVoltage(V): 380WindingConnection: WyeNumberofPoles: 6GivenSpeed(rpm): 1462Frequency(Hz): 50StrayLoss(W): 71.775FrictionalLoss(W): 131.076WindageLoss(W): 30.751TypeofLoad: ConstantSpeedOperatingTemperature(C): 75STATORDATANumberofStatorSlots: 36OuterDiameterofStator(mm): 210InnerDiameterofStator(mm): 148TypeofStatorSlot: 2StatorSlot hs0(mm): 0.8hs1(mm): 0.952hs2(mm): 10.548bs0(mm): 3.5bs1(mm): 6.8bs2(mm): 8.8TopToothWidth(mm): 6.42671BottomToothWidth(mm): 6.27296LengthofStatorCore(mm): 140StackingFactorofStatorCore: 0.95TypeofSteel: steel_1008Numberoflaminationsectors 1Pressboardthickness(mm): 0Magneticpressboard NoNumberofParallelBranches: 1TypeofCoils: 11CoilPitch: 0NumberofConductorsperSlot: 19NumberofWiresperConductor: 4WireDiameter(mm): 0.86WireWrapThickness(mm): 0.06WedgeThickness(mm): 0SlotLinerThickness(mm): 0LayerInsulation(mm): 0SlotArea(mm^2): 120.388NetSlotArea(mm^2): 112.685SlotFillFactor(%): 57.0852LimitedSlotFillFactor(%): 75WireResistivity(ohm.mm^2/m): 0.0217TopFreeSpaceinSlot(%): 0BottomFreeSpaceinSlot(%): 0ConductorLengthAdjustment(mm): 0EndLengthCorrectionFactor 1EndLeakageReactanceCorrectionFactor 1ROTORDATANumberofRotorSlots: 33AirGap(mm): 0.35InnerDiameterofRotor(mm): 48TypeofRotorSlot: 3RotorSlot hs0(mm): 1hs1(mm): 1.58hs2(mm): 18.42bs0(mm): 1bs1(mm): 6.5bs2(mm): 2.6rs(mm): 0CastRotor: YesHalfSlot: NoLengthofRotor(mm): 140StackingFactorofRotorCore: 0.95TypeofSteel: steel_1008SkewWidth: 1EndLengthofBar(mm): 0HeightofEndRing(mm): 31WidthofEndRing(mm): 13.5ResistivityofRotorBar at75Centigrade(ohm.mm^2/m): 0.15873ResistivityofRotorRing at75Centigrade(ohm.mm^2/m): 0.15873MagneticShaft: NoMATERIALCONSUMPTIONArmatureCopperDensity(kg/m^3): 8900RotorBarMaterialDensity(kg/m^3): 2700RotorRingMaterialDensity(kg/m^3): 2700ArmatureCoreSteelDensity(kg/m^3): 7872RotorCoreSteelDensity(kg/m^3): 7872ArmatureCopperWeight(kg): 3.37533RotorBarMaterialWeight(kg): 1.13184RotorRingMaterialWeight(kg): 0.811494ArmatureCoreSteelWeight(kg): 13.7141RotorCoreSteelWeight(kg): 12.812TotalNetWeight(kg): 31.8447ArmatureCoreSteelConsumption(kg): 29.4887RotorCoreSteelConsumption(kg): 18.0115RATED-LOADOPERATIONStatorResistance(ohm): 0.508125StatorResistanceat20C(ohm): 0.417974StatorLeakageReactance(ohm): 0.324881RotorResistance(ohm): 1.24075RotorResistanceat20C(ohm): 1.02061RotorLeakageReactance(ohm): 0.396957ResistanceCorrespondingto Iron-CoreLoss(ohm): 1.52666e+007MagnetizingReactance(ohm): 1.80947StatorPhaseCurrent(A): 141.362CurrentCorrespondingto Iron-CoreLoss(A): 1.30867e-005MagnetizingCurrent(A): 110.413RotorPhaseCurrent(A): 73.5934CopperLossofStatorWinding(W): 30462.1CopperLossofRotorWinding(W): 20159.6Iron-CoreLoss(W): 0.00784373FrictionalandWindageLoss(W): 161.827StrayLoss(W): 71.775TotalLoss(W): 50855.3InputMechanicalPower(kW): 63.9569OutputElectricalPower(kW): 13.1016MechanicalShaftTorque(N.m): 417.745Efficiency(%): 20.4851PowerFactor: 0.141586RatedSlip: -0.462RatedShaftSpeed(rpm): 1462Operationmode: generatorNO-LOADOPERATIONNo-LoadStatorResistance(ohm): 0.508125No-LoadStatorLeakageReactance(ohm): 0.329726No-LoadRotorResistance(ohm): 1.23865No-LoadRotorLeakageReactance(ohm): 0.409937No-LoadStatorPhaseCurrent(A): 99.7474No-LoadIron-CoreLoss(W): 0.00640152No-LoadInputPower(W): 15338.4No-LoadPowerFactor: 0.23254No-LoadSlip: 0.00126475No-LoadShaftSpeed(rpm): 998.735BREAK-DOWNOPERATIONBreak-DownSlip: 1Break-DownTorque(N.m): 375.794Break-DownTorqueRatio: 0.899577Break-DownPhaseCurrent(A): 143.733LOCKED-ROTOROPERATIONLocked-RotorTorque(N.m): 375.794Locked-RotorPhaseCurrent(A): 143.733Locked-RotorTorqueRatio: -0.899577Locked-RotorCurrentRatio: 1.01677Locked-RotorStatorResistance(ohm): 0.508125Locked-RotorStator LeakageReactance(ohm): 0.324738Locked-RotorRotorResistance(ohm): 1.24844Locked-RotorRotor LeakageReactance(ohm): 0.396071DETAILEDDATAATRATEDOPERATIONStatorSlotLeakageReactance(ohm): 0.226211StatorEnd-WindingLeakage Reactance(ohm): 0.0912937StatorDifferentialLeakage Reactance(ohm): 0.00737612RotorSlotLeakageReactance(ohm): 0.339147RotorEnd-WindingLeakage Reactance(ohm): 0.033844RotorDifferentialLeakage Reactance(ohm): 0.016482SkewingLeakageReactance(ohm): 0.00748217StatorWindingFactor: 0.965926Stator-TeethFluxDensity(Tesla): 2.44751Rotor-TeethFluxDensity(Tesla): 2.34519Stator-YokeFluxDensity(Tesla): 2.14273Rotor-YokeFluxDensity(Tesla): 1.17919Air-GapFluxDensity(Tesla): 1.14309Stator-TeethAmpereTurns(A.T): 1678.68Rotor-TeethAmpereTurns(A.T): 2591.97Stator-YokeAmpereTurns(A.T): 647.83Rotor-YokeAmpereTurns(A.T): 7.84111Air-GapAmpereTurns(A.T): 427.765CorrectionFactorforMagnetic CircuitLengthofStatorYoke: 0.1915CorrectionFactorforMagnetic CircuitLengthofRotorYoke: 0.7SaturationFactorforTeeth: 10.9836SaturationFactorforTeeth&Yoke: 12.5164Induced-VoltageFactor: 0.910647StatorCurrentDensity(A/mm^2): 60.8397SpecificElectricLoading(A/mm): 207.959StatorThermalLoad(A^2/mm^3): 12652.2RotorBarCurrentDensity(A/mm^2): 16.2385RotorRingCurrentDensity(A/mm^2): 6.24831Half-TurnLengthof StatorWinding(mm): 238.629WINDINGARRANGEMENTThe3-phase,1-layerwindingcanbearrangedin12slotsasbelow:AAZZBBXXCCYYAngleperslot(elec.degrees): 30Phase-Aaxis(elec.degrees): 105Firstslotcenter(elec.degrees): 0TRANSIENTFEAINPUTDATAForonephaseoftheStatorWinding:NumberofTurns: 114ParallelBranches: 1TerminalResistance(ohm): 0.508125EndLeakageInductance(H): 0.000290597ForRotorEndRingBetweenTwoBarsofOneSide:EquivalentRingResistance(ohm): 4.12711e-006EquivalentRingInductance(H): 6.56283e-0092DEquivalentValue:EquivalentModelDepth(mm): 140EquivalentStatorStackingFactor: 0.95EquivalentRotorStackingFactor: 0.95EstimatedRotorInertialMoment(kgm^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MotorDesignAndCAD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，给我们足够的时间去准备和完成这门课的学习，通过查阅资料，阅读电机设计的书籍，最后到自己独立完成Y132M2-6型号电机的计算，并在Maxwell16.0上完成设计和仿真。在计算过程中遇到许多不懂的问题，也通过请教同组同学最后得到解决，同时也接触了Maxwell16.0这个强大的电磁计算软件，为之后的学习打下了基础。参考文献[1]杨莉,戴文进等《电机设计理论与实践》,清华大学出版社,2013.[2]贾好来,吝伶艳等《电机CAD技术》,中国电力出版社,2010.[3]谭建成,《永磁无刷直流电机技术》,机械工业出版社,2011.[4]宁玉泉,钟长青.大型三相感应电机电磁设计程序[J].大电机技术,1996,02:31-37+57.[5]叶光辉.多相感应电机的设计研究[D].湖南大学,2007.[6]王东,邹会权.基于ANSOFTRMxprt的三相异步电机有限元分析[J].能源研究与管理,2010,04:69-71[7]黄斌.基于AnsoftRMxprt的三相永磁同步电机有限元分析[J].机电技术,2014,05:38-40.[8]王振,刘建国,王爱凤.基于ANSOFT的永磁同步电机有限元分析[J].基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第一章绪论 11.1课题研究的背景与意义 11.1.1无人机简介 11.1.2转台在航空领域中的作用 21.2现在转台的研究方向 21.3本文的主要研究内容 3第二章三轴测试转台原理及控制系统设计 42.1三轴测试转台的结构及原理 42.2三轴测试转台控制系统的原理 52.3无刷直流电机的选择 52.4无刷直流电机传递函数模型 72.5无刷直流电机的PID控制 9第三章三轴测试转台控制系统的实现 133.1数据采集系统 133.1.1常用的测速方法 143.1.2数据采集原理 153.2串口通信系统 16第四章上位机软件开发 214.1上位机控制软件选取 21HYPERLINK"H:\\准备修改传百度