【正文】 .................................................. 2 1 緒 論 ............................................................... 3 2 Ansoft RMxprt 簡介 ................................................... 6 Ansoft RMxprt 概述 ............................................. 6 Ansoft RMxprt 使用說明 ......................................... 7 3 異步電機電磁設計 ................................................... 12 概述 .......................................................... 12 電磁計算給定值與性能指標 ...................................... 13 額定數據和主要尺寸 ............................................ 13 磁路計算 ...................................................... 16 參數計算 ...................................................... 19 工作性能計算 .................................................. 23 起動性能計算 .................................................. 25 4 電機仿真結果 ....................................................... 28 電機總體數據 .................................................. 28 定子相關數據 .................................................. 28 轉子相關數據 .................................................. 29 材料消耗 ...................................................... 29 額定運行數據 .................................................. 30 空載運行數據 .................................................. 31 最大轉據點數據 ................................................ 31 堵轉數據 ...................................................... 31 額定工況下的電機參數 .......................................... 32 電機性能曲線仿真 ............................................. 33 電機動態(tài)有限元分析 ........................................... 35 結論 ................................................................. 38 致謝 ................................................................. 39 參考文獻 ............................................................. 41 1 150Hz 三相異步電機設計與實驗 摘 要 ： 異 步電機是 工農業(yè)生產中應用最廣泛的電機，其性能的提高具有重要意義 .在文章中簡要介紹了異步電機設計的基礎知識，闡述中小型電機的設計方法與步驟，介紹了電磁設計的步驟與計算程序，也述及電機的優(yōu)化設計。 電磁設計是根據設計技術要求確定電機的電磁負荷，計算轉子、定子沖片和鐵心各部分尺寸及繞組數據。 本文也簡單介紹了 ANSOFT RMxprt 軟件的基礎知識。電機設計領域應用最廣泛的軟件之 一。 關鍵詞： 電動機；設計；性能優(yōu)化； Ansoft RMxprt。Design。Ansoft RMxprt. 3 1 緒 論 異步電動機的用途與分類 異步電機是一種交流電機 。但由于做發(fā)電機工作性能較差，故 主要作為電動機使用。 異步電機與其他各種電機相比，具有結構簡單，運行可靠，價格低兼等優(yōu)點，所以它的用途十分廣泛。但是，異步電機也有一些缺點，主要是：不能經濟地在寬廣的范圍內調速，必須從電網吸取滯后的電流、使電網的功率因數降低。 異步電機運行時，氣隙中的旋轉磁場與轉子繞組之間存在相對運動，依靠電磁感應作用使轉子繞組中感應電流．產生電磁轉矩，從而實現機電 能量轉換。又因轉子電流是靠電磁感應產生的，因此異步電機也稱為感應電機。 異步電動機的種類很多，從不同的角度考慮，有不同的分類方法。大功率機械拖動時，一般都用三相異步電動機，又包括單鼠籠式異步電動機、雙鼠籠式異步電動機和深槽式異步電動機。 按定子頻 率分，有低頻電動機，中頻電動機和高頻電動機。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、驅動分子式真空泵高速葉輪、導航設備和各種驅動裝置 。 在設計前和設計過程中，設計人員還應認真進行調查研究，聽取有關人員的意見和建議。例如深入現場，訪問用戶和查詢有關技術資料等，一邊以便對所設計電機的技術要求、現狀、發(fā)展趨勢、生產經驗與現有加工條件等有所了解，從而為具體的設計打下堅實的基礎，減少設計差錯。因此設計人員必須全面的、綜合的看問題，并能因時因地制宜，針對具體情況采取不同的解決方法 。 對電機的技術要求通常在有關的國家標準或技術條件中規(guī)定，其內容視具體電機而異。首先是熟悉國家標準，收集相近電機的產品樣本和技術資料，并聽取生產和使用單位的意見和要求；然后在國家標準有關規(guī)定及分析相應資料的基礎上，編制技術任務或技術建議書。技 術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協(xié)議，它是指導全部設計工作和產品驗收時的技術依據。 （二）電磁設計： 本階段的任務是根據技術任務書的規(guī)定，參考生產實踐經驗，通過計算和方案比較，來確定與所設計電機電磁性有關的尺寸和數據，選定有關材料，并核算電磁性能。 通常，首先根據技術條件或技術任務書中規(guī)定 的防護型式，安裝方式與冷卻方式，再考慮電磁計算中所選負荷的高低，來選取合適的通風冷卻系統(tǒng)；然后安排產品的總體結構，繪制總裝配草圖。 結構設計通常在電磁設計后進行，但有時也和電磁設計平行交叉的進行，以便相互調整。 異步電動機主要性能指標 異步電動機性能指標有： （ 1） 效率：電動機輸出機械功率與輸入電功率之比，通常用百分數表示。 （ 3） 起動電流：電動機在額定電壓、額定頻率和轉子起動時從供電回路輸入的最大穩(wěn)態(tài)方均根電流。 （ 5） 最大轉矩：電動機在額定電壓、額定頻率下所能產生的最大穩(wěn)態(tài)異步轉矩。 （ 7） 振動：電動機在空載穩(wěn)態(tài)運行時振動速率有效值。 RMxprtTM 還能快速地對成百上千種設計方案進行評估，并可對預選方案進行設計優(yōu)化，優(yōu)化設計后的方案可根據模型的對稱性，自動生成合理的二維 /三維電磁場有限元分析模型。 隨著電機應用領域的不斷拓展，工程設計人員在產品小型化、高效率以及高性能方面面臨越來越多的挑戰(zhàn)。 RMxprt 與 Ansoft 的 Maxwell 集成在同一設計環(huán)境中，設計者可單獨使用RMxprtTM，也可將其優(yōu)選出的設計方案自動生成二維 /三維有限元分析模型，用Maxwell 對電機進行更精確的電磁場分析設計 , 實現電機解析 有限元自動設計流程。 定子繞組由 p 對極，在空間成正弦分布。轉子繞組一般為鼠籠型，其極數自動與定子繞組保持一致。這兩個旋轉磁場在電機氣隙中產生合成磁場 。 定子繞組分為 p 組線圈，每一組都按三相對稱分布，在電機中 占據 π D/2p 空間，此處 D 為氣隙直徑。 由于 8 三相對稱 ， 可建立如圖一所示的一相等值電路 ,對三相感應電機進行性能分析。由于漏磁場有飽和現象， X1 和 X2為非 線性參數。由于集膚效應 R2和 X2 均為由圖 效值，且隨轉差率 s 變化。 圖 分布參數等效電路 在激磁支路中， Xm為激磁電抗， RFe 為鐵心損耗所對應的電阻。 外施相電壓 U1 時，可方便地由電路分析得出定子電流 I1 和折算到定子側的轉子電流 I2。 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 設計感應電機的主要特點 （ 1） 線圈和繞組的排布優(yōu)化設計 當設計者采用全極式單層繞組式 RMxprt將自動對繞組按鏈式 (當 q=2)或交叉式(當 q≥ 3的奇數 ) 進行排布，以減少繞組端部長度。 在繞組編輯器中，通過改變每個線圈的相屬 Phase、匝數 Turns、入邊槽號 Out Slot，可排布出任意所需的單、雙層繞組分布形式。 10 （ 4） 任何運行工況下都考慮非線性參數和分布參數的影響 由于主磁場存在飽和現象，激磁 電抗 Xm 為非線性參數。由于集膚效應， R2和 X2 均為由分布參數電路導出的等效值，且隨轉子滑差 s變化。 RMxprt 設計輸入 （ 1） 主要性能設計 在相關窗口中輸入額定輸出功率、額定電壓、極數、頻率、額定轉速、雜散損耗、風磨損耗、鐵心長度、鐵心疊壓系數、硅鋼片牌號與其 BH曲線、電機工作溫度、繞組聯(lián)結方式和負載類型。 （ 3） 設計轉子鐵心和轉子鼠籠繞組 在轉子選項中輸入徑向氣隙長度、轉子內徑、轉子槽數、槽型與槽形尺寸、轉子材料、槽型的組合變化、通風槽形式、斜槽（轉子槽距的倍數）、導條伸出鐵心長度、端環(huán)徑向高度、端環(huán)軸向寬度、導條電阻率和端環(huán)電阻率。 仿真結果包括： （ 1）主要性能數據 （ 2）定子數據 （ 3）轉子數據 （ 4）額定運行數據 包括定子電阻、定子漏抗、轉子電阻、轉子漏抗、鐵損等效電阻、激磁電抗、定子相電流、鐵損電流、激磁電流、轉子相電流、定子繞組銅損、轉子繞組銅損、鐵心損耗、風摩損耗、雜散損耗、輸入功率、輸出功率、輸出轉矩、效率、功率因素、額定轉差率和額定轉速。 （ 6） 最大轉矩點數據 包 括最大轉差率、最大轉矩、最大轉矩與額定轉矩比和最大轉矩點的相電流。 （ 8） 額定工況下的電機參數 包括 定子槽漏抗 、 定子繞組端部漏抗 、 轉子槽漏抗 、 轉子繞組端部漏抗 、 轉子繞組諧波漏抗 、 斜槽漏抗 、 槽滿率 、 定子繞組系數 、 定子齒磁通密度 、 轉子齒上部磁通密度 、 轉子齒部磁通密度 、 轉子軛部磁通密度 、 氣隙磁通密度 、 定子齒安匝 、轉子齒部安匝 、 定子軛部安匝 、 轉子軛部安匝 、 氣隙