【正文】 厚度為 17 設(shè)計(jì)定子槽型 因定子槽型為圓導(dǎo)線散嵌，故采用梨形槽，齒部平行。 電機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程。 為 保證一定的槽滿率，需增加定子線徑。采用的主要尺寸及相關(guān)參數(shù)如下： 鐵心長度： 270mm 氣隙長度： 定子沖片外徑： 445mm 定子沖片內(nèi)徑： 300mm 轉(zhuǎn)子沖片 內(nèi) 徑： 100mm 并聯(lián)支路數(shù)： 4根， △ 聯(lián)結(jié) 繞組型式： 雙層疊繞 線圈跨距 ： 15 頂轉(zhuǎn)子槽數(shù)（ Z1/Z2） : 60/50 為了設(shè)計(jì)方便，定子槽型及尺寸參考已有電機(jī)。 （ 9）性能曲線 包括轉(zhuǎn)速 輸入電流曲線、轉(zhuǎn)速 效率曲線、轉(zhuǎn)速 功率因數(shù)曲線、轉(zhuǎn)速 輸出功率曲線、轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩曲線。 （ 5）空載運(yùn)行數(shù)據(jù) 11 包括空載定子電阻、空載定子電抗、空載轉(zhuǎn)子電阻、空載轉(zhuǎn)子漏抗、空載定子電流、空載鐵心損耗、空載輸入功率、空載功率因數(shù)、空載轉(zhuǎn)差率和空載轉(zhuǎn)速。 （ 2） 設(shè)計(jì)定子鐵心和定子繞組 在定子選項(xiàng)中輸入定子內(nèi)徑、定子外徑、槽數(shù)、槽型、槽型尺寸、繞組類型、槽絕緣厚度、線圈伸出鐵心直線部分長度、并聯(lián)支路數(shù)、每槽導(dǎo)體數(shù)、線圈跨距、并繞根數(shù)、導(dǎo)線漆膜厚度、導(dǎo)線直徑和線規(guī)代號(hào)。漏磁場亦有飽和現(xiàn)象，定、轉(zhuǎn)子漏電抗 X1和 X2 也為非線性參數(shù)。 （ 2） 支持任何單、雙層繞組設(shè)計(jì)的繞組編輯器 對(duì)于具有交流多相繞組的電機(jī)，除常用的鏈?zhǔn)?、疊式、同心式和交叉式單、雙層繞組外 ， RMxprt 還提供一種非常靈活的繞組編輯器，使用戶可以根據(jù)自己的 需要，設(shè)計(jì)出各種特殊繞組，如單雙層混合繞組、大小相待變極多速繞組、三相正弦繞組等。 Xm 是經(jīng)過線性化處理的非線性參數(shù)，其數(shù)值隨主磁場的飽和程度而變化。等值電路的各項(xiàng)參數(shù)均與定子電流、轉(zhuǎn)子電流有關(guān)。 因而氣隙磁場有 p 個(gè)周期，定子繞組具有 p對(duì)極。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)的電流反過來又產(chǎn)生第二個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。 RMxprt 具有以下特點(diǎn)： （ 1） Windows 風(fēng)格介面，模版化參數(shù)輸入 : 工作條件 ,幾何尺寸 , 材料特性等 （ 2） 基于經(jīng)典的電機(jī)分析理論和等效磁路法的快速解析分析 （ 3） 提供美國、中國材料庫和 公制、英制單位 （ 4） 自動(dòng)排列多種繞組型式或用戶自定義任意繞組連接方式 （ 5） 無刷電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)線路類型、控制方式及開關(guān)管參數(shù)可設(shè)定 （ 6） 直流電機(jī)詳細(xì)的換向器和電刷參數(shù)可設(shè)定 （ 7） 輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)驗(yàn)證功能 （ 8） 提供豐富的預(yù)設(shè)計(jì)電機(jī)模型庫 （ 9） 自動(dòng)設(shè)計(jì)功能 : 槽形尺寸、線圈匝數(shù)、線規(guī)、起動(dòng)電容等 （ 10） 求解時(shí)考慮材料非線性Ｂ – Ｈ特性、三維斜槽和端部效應(yīng) （ 11） 參數(shù)化和優(yōu)化設(shè)計(jì)功能：尺寸等參數(shù)無需指定，可用一定變化范圍的變量表示 （ 12） 數(shù)據(jù)、圖形、自定義 結(jié)果輸出模式 7 （ 13） 多種負(fù)載種類 Ansoft RMxprt 使用說明 RMxprt 一般流程 圖 RMxprt一般流程 RMxprt 在三相感應(yīng)電機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 感應(yīng)電機(jī) 分析方法 三相感應(yīng)電機(jī)的定子繞組通常連接到對(duì)稱的三相電源 上。 RMxprtTM 為工程人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中及時(shí)地評(píng)估和平衡設(shè)計(jì)方案提供了有效工具。 （ 6） 噪聲：電機(jī)在空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的 A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)（ dB），以及在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)超過空載運(yùn)行的噪聲聲功率級(jí)增量。 （ 2） 功 率因素：電動(dòng)機(jī)輸入有效功率與視在功率之比。最后分別繪制部件的分裝配圖和零件圖，并對(duì)總裝配草圖進(jìn)行必要的修改。技術(shù)條件可按單個(gè)產(chǎn)品制定，也可根據(jù)整個(gè)系列或某種型式的電機(jī)來制定。 電機(jī)設(shè)計(jì)的過程可分為： （一）準(zhǔn)備階段 通常包括兩方面內(nèi)容。 電機(jī)設(shè)計(jì)是個(gè)復(fù)雜的過程，需要考慮的因素和確定的尺寸、數(shù)據(jù)很多，這就難免會(huì)遇到錯(cuò)綜復(fù)雜的矛盾。 4 異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)與過程 電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格、技術(shù)要求、結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面 國家的方針政策和生產(chǎn)實(shí)際情況，運(yùn)用有關(guān)的理論和計(jì)算方法，正確處理設(shè)計(jì)時(shí)遇到的各種矛盾，從而設(shè)計(jì)出性能好、體積小、 結(jié)果簡單、運(yùn)行可靠、制造和使用方便的先進(jìn)產(chǎn)品。 按機(jī)殼的保護(hù)方式分，有防護(hù)式異步電動(dòng)機(jī)、封閉式異步電動(dòng)機(jī)，以及防爆式異步電動(dòng)機(jī)。從電磁關(guān)系方面看，異步電機(jī)和變壓器很相似，研究變壓器的許多方法可以用于異步電機(jī)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體變流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，異步電機(jī)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，一些采用直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)正在被異步電機(jī)所替代。它可以是三相的，也可以是單相的，前者主要用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，后者則廣泛用于各種民用電器和電動(dòng)工具。The performance optimizes。學(xué)會(huì)使用 ANSOFT RMxprt 進(jìn)行電機(jī)的設(shè)計(jì)與仿真。繼而核算電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)及性能，并對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)做必要的調(diào)整，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 電磁設(shè)計(jì)是根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求確定電機(jī)的電磁負(fù)荷，計(jì)算轉(zhuǎn)子、定子沖片和鐵心各部分尺寸及繞組數(shù)據(jù)。電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的軟件之 一。Design。但由于做發(fā)電機(jī)工作性能較差，故 主要作為電動(dòng)機(jī)使用。但是，異步電機(jī)也有一些缺點(diǎn)，主要是：不能經(jīng)濟(jì)地在寬廣的范圍內(nèi)調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸取滯后的電流、使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低。又因轉(zhuǎn)子電流是靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，因此異步電機(jī)也稱為感應(yīng)電機(jī)。大功率機(jī)械拖動(dòng)時(shí)，一般都用三相異步電動(dòng)機(jī)，又包括單鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)和深槽式異步電動(dòng)機(jī)。它可用高速鉆孔、精密磨削、氣流紡紗、激光通訊、測距、水下攝影、驅(qū)動(dòng)分子式真空泵高速葉輪、導(dǎo)航設(shè)備和各種驅(qū)動(dòng)裝置 。例如深入現(xiàn)場，訪問用戶和查詢有關(guān)技術(shù)資料等，一邊以便對(duì)所設(shè)計(jì)電機(jī)的技術(shù)要求、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)有加工條件等有所了解，從而為具體的設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，減少設(shè)計(jì)差錯(cuò)。 對(duì)電機(jī)的技術(shù)要求通常在有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)條件中規(guī)定，其內(nèi)容視具體電機(jī)而異。技 術(shù)條件在一定程度上可以看作是制造廠與用戶間的一種技術(shù)協(xié)議，它是指導(dǎo)全部設(shè)計(jì)工作和產(chǎn)品驗(yàn)收時(shí)的技術(shù)依據(jù)。 通常，首先根據(jù)技術(shù)條件或技術(shù)任務(wù)書中規(guī)定 的防護(hù)型式，安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計(jì)算中所選負(fù)荷的高低，來選取合適的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)；然后安排產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)，繪制總裝配草圖。 異步電動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo) 異步電動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)有： （ 1） 效率：電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比，通常用百分?jǐn)?shù)表示。 （ 5） 最大轉(zhuǎn)矩：電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下所能產(chǎn)生的最大穩(wěn)態(tài)異步轉(zhuǎn)矩。 RMxprtTM 還能快速地對(duì)成百上千種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，并可對(duì)預(yù)選方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的方案可根據(jù)模型的對(duì)稱性，自動(dòng)生成合理的二維 /三維電磁場有限元分析模型。 RMxprt 與 Ansoft 的 Maxwell 集成在同一設(shè)計(jì)環(huán)境中，設(shè)計(jì)者可單獨(dú)使用RMxprtTM，也可將其優(yōu)選出的設(shè)計(jì)方案自動(dòng)生成二維 /三維有限元分析模型，用Maxwell 對(duì)電機(jī)進(jìn)行更精確的電磁場分析設(shè)計(jì) , 實(shí)現(xiàn)電機(jī)解析 有限元自動(dòng)設(shè)計(jì)流程。轉(zhuǎn)子繞組一般為鼠籠型，其極數(shù)自動(dòng)與定子繞組保持一致。 定子繞組分為 p 組線圈，每一組都按三相對(duì)稱分布，在電機(jī)中 占據(jù) π D/2p 空間，此處 D 為氣隙直徑。由于漏磁場有飽和現(xiàn)象， X1 和 X2為非 線性參數(shù)。 圖 分布參數(shù)等效電路 在激磁支路中， Xm為激磁電抗， RFe 為鐵心損耗所對(duì)應(yīng)的電阻。 功率因素由下式確定： PF =1P / (3* 1U *1I ) 效率由下式確定： eff = 2P /1P *100% RMxprt 設(shè)計(jì)感應(yīng)電機(jī)的主要特點(diǎn) （ 1） 線圈和繞組的排布優(yōu)化設(shè)計(jì) 當(dāng)設(shè)計(jì)者采用全極式單層繞組式 RMxprt將自動(dòng)對(duì)繞組按鏈?zhǔn)?(當(dāng) q=2)或交叉式(當(dāng) q≥ 3的奇數(shù) ) 進(jìn)行排布，以減少繞組端部長度。 10 （ 4） 任何運(yùn)行工況下都考慮非線性參數(shù)和分布參數(shù)的影響 由于主磁場存在飽和現(xiàn)象，激磁 電抗 Xm 為非線性參數(shù)。 RMxprt 設(shè)計(jì)輸入 （ 1） 主要性能設(shè)計(jì) 在相關(guān)窗口中輸入額定輸出功率、額定電壓、極數(shù)、頻率、額定轉(zhuǎn)速、雜散損耗、風(fēng)磨損耗、鐵心長度、鐵心疊壓系數(shù)、硅鋼片牌號(hào)與其 BH曲線、電機(jī)工作溫度、繞組聯(lián)結(jié)方式和負(fù)載類型。 仿真結(jié)果包括： （ 1）主要性能數(shù)據(jù) （ 2）定子數(shù)據(jù) （ 3）轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù) （ 4）額定運(yùn)行數(shù)據(jù) 包括定子電阻、定子漏抗、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子漏抗、鐵損等效電阻、激磁電抗、定子相電流、鐵損電流、激磁電流、轉(zhuǎn)子相電流、定子繞組銅損、轉(zhuǎn)子繞組銅損、鐵心損耗、風(fēng)摩損耗、雜散損耗、輸入功率、輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩、效率、功率因素、額定轉(zhuǎn)差率和額定轉(zhuǎn)速。 （ 8） 額定工況下的電機(jī)參數(shù) 包括 定子槽漏抗 、 定子繞組端部漏抗 、 轉(zhuǎn)子槽漏抗 、 轉(zhuǎn)子繞組端部漏抗 、 轉(zhuǎn)子繞組諧波漏抗 、 斜槽漏抗 、 槽滿率 、 定子繞組系數(shù) 、 定子齒磁通密度 、 轉(zhuǎn)子齒上部磁通密度 、 轉(zhuǎn)子齒部磁通密度 、 轉(zhuǎn)子軛部磁通密度 、 氣隙磁通密度 、 定子齒安匝 、轉(zhuǎn)子齒部安匝 、 定子軛部安匝 、 轉(zhuǎn)子軛部安匝 、 氣隙安匝 、 定子 軛部磁路長度修正系數(shù) 、 轉(zhuǎn)子軛部磁路長度修正系數(shù) 、 齒飽和系數(shù) 、 感應(yīng)電壓系數(shù) 、 定子電流密度 、定子線負(fù)荷 、 定子熱負(fù)荷 、 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流密度 、 轉(zhuǎn)子端環(huán)電流密度 和 定子繞組半匝長 。為了加工方便 ， 參考頻率為 50Hz 的 Y2 系列電機(jī) 的相關(guān)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì) 本文參考的電機(jī)型號(hào)為 Y2280M4。 根據(jù)異步電機(jī)定子端感應(yīng)電動(dòng)勢公式： 1 1 1 14 .4 4 mE j f N k?? ? ? 在定子電流頻率 1f 增加的情況下，要保證電機(jī)內(nèi)部主磁通 m? 基本不變，則需減少定子線圈匝數(shù) 1N 。本設(shè)計(jì)通過改變轉(zhuǎn)子槽型，達(dá)到改善起動(dòng)性能的目的。 13 電磁計(jì)算 給定值與性能指標(biāo) 電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)要求，而一般的三相感應(yīng)電機(jī)應(yīng)滿足下列性能指標(biāo)： （ 1）效率 ? （ 2）功率因數(shù) cos? （ 3）最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) /mNTT （ 4）起動(dòng)電流倍數(shù) /st NII （ 5）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) /st NTT （ 6）啟動(dòng)過程的最小轉(zhuǎn)矩 minT 同時(shí)通常給定感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的下列額定數(shù)據(jù)與標(biāo)幺值： （ 1）額定功率 NP 電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率 （ 2）額定電壓 NU 電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)所接的電源電壓 （ 3）額定頻率 Nf 電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的電源頻率 （ 4）額定轉(zhuǎn)速 Nn 電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，通常為同步轉(zhuǎn)速 根據(jù)這些性能指標(biāo)，我們得出了所設(shè)計(jì)的 150Hz 三相感應(yīng)電機(jī)的復(fù)算方案如下： 額定數(shù)據(jù)和主要尺寸 1 額定功率 NP =200kW 2 額定電壓 380NNU U V???(? 接 ) 3 功電流1 NKWNPIAmU??? 4 效 率 ??? ％ 5 功率因數(shù) cos? =％ 6 極對(duì)數(shù) p=2 7 定 轉(zhuǎn)子槽數(shù) 12/ 60 / 50ZZ? 8 定轉(zhuǎn)子 每極槽數(shù) 1pZ = 1Z /2p=15 2pZ = 2Z /2p= 9 確定電機(jī)主要尺寸 取鐵心長 il =270mm 定子外徑 1D =445mm 14