RMxprt在三相異步電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

1、上滄理工丸厚研究生課程（論文類(lèi)）試卷2 0 13 / 2 0 14學(xué)年第 J_學(xué)期課程名稱：電機(jī)電器的電磁場(chǎng)課程代碼：12000419論文題目：RMxprt在三相異步電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用學(xué)生姓名：徐鎮(zhèn)乾專業(yè)、學(xué)號(hào)：132440294學(xué)院： 光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院 課程（論文）成績(jī)：（）課程（論文）評(píng)分依據(jù)（必填）：任課教師簽字：日期：2014年1月13日1電機(jī)電器的電磁場(chǎng)The electromag netic field of electric mach ines and applia ncesDOI: 10.7500/AEPS20xxxxxxxxxRMxprt在三相異步電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用徐鎮(zhèn)乾（光

2、電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海理工大學(xué)，上海200093 ）摘要：本文主要介紹 AnsoftV12版本中的RMxprt電機(jī)模塊在實(shí)際電機(jī)設(shè)計(jì)中的使用方法。RMxprt是基于電機(jī)等效電路和磁路的設(shè)計(jì)理念來(lái)計(jì)算、仿真各種電機(jī)模型，具有建立模型簡(jiǎn)單快捷、參數(shù)調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí)具備一定的設(shè)計(jì)精度和可靠性，此外又為進(jìn)一步的二維和三維有限元求解奠定了基礎(chǔ)。因此，熟悉使用 RMxprt模塊，可在電機(jī)設(shè)計(jì)上事半功倍。提高在工程上相關(guān)電機(jī)設(shè)計(jì)的熟練度和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：RMxprt;電機(jī)；磁路;有限元求解0引言三相異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的電機(jī)類(lèi)型之 一，其被廣泛應(yīng)用在冶金、煤炭、礦山、機(jī)械和油田 等各個(gè)工業(yè)生

3、產(chǎn)領(lǐng)域。其民用三相異步電動(dòng)機(jī)從建國(guó) 初仿蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的JO系列、JO2系列演變到后來(lái)的 丫系列、丫2系列，并逐步走到了今天的丫3系列。該類(lèi)型的電機(jī)在體積上逐漸減小，效率不斷提高。1工程模型的描述在本例中采用國(guó)標(biāo)的 丫系列作為計(jì)算樣機(jī)， 先在 RMxprt模塊中建立基本電機(jī)模型，再送入Maxwell2D中進(jìn)行有限元分析。選取的三相異步電機(jī)型號(hào)為 Y160M-4，其基本尺寸及繞組參數(shù)如圖1所示。019（XJ0（a）定子槽形尺寸收稿日期：2014-1-1;修回日期：2014-1-3上海理工基金資助項(xiàng)目（基金編號(hào)）;電機(jī)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)）。36槽均布（b）轉(zhuǎn)子槽形尺寸圖1Y160M-4電機(jī)定轉(zhuǎn)子槽形尺寸

4、Figure 1 Y160M - 4 stator rotor slot size該電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子鐵心軸向長(zhǎng)度為155mm鐵心材料采用熱軋硅鋼片D23。定子繞組采用三相60 相帶，線規(guī)為 1.3mm銅線，2股并繞作為一匝，每 槽28匝，單層繞組，節(jié)距為1-9。定子繞組采用三角形接法。電機(jī)額定功率為11kW, 4極，同步轉(zhuǎn)速為1500rpm，三相電壓源為380V, 50Hz。轉(zhuǎn)軸采用不銹鋼材料，機(jī)座采用鑄鐵材料，兩者均不導(dǎo)磁，不作為電機(jī)的主磁路部分。2 Y160M-4電機(jī)的參數(shù)設(shè)定2.1 Machi ne項(xiàng)設(shè)置過(guò)程對(duì)改Y160M-4三相異步電動(dòng)機(jī)，設(shè)置NuberofPoles （電機(jī)的極數(shù)）為

5、4； Stray Loss Factor （電機(jī)雜散損耗百分比）取0.02 ； Fictional Loss（電電機(jī)電器的電磁場(chǎng)The electromag netic field of electric mach ines and applia nces機(jī)的機(jī)械摩擦損耗）取估算為130W； Windage Loss（電機(jī)的風(fēng)磨損耗）給定為 30瓦；Referenee Speed （計(jì)算時(shí)的初始轉(zhuǎn)速）在這里該值不能大1500rpm。2.2 Stator項(xiàng)設(shè)置過(guò)程設(shè)置Outer Dimeter （電機(jī)定子鐵心外徑）為 260mm Inner Dimeter （電機(jī)定子鐵心內(nèi)徑）設(shè)定為 170mm

6、 Length （電機(jī)定子鐵心實(shí)際軸向長(zhǎng)度）設(shè) 定為155mm Stacki ng Factor（電機(jī)定子鐵心疊壓系數(shù)）設(shè)定為 0.95 ； Steel Type （電機(jī)定子鐵心沖 片材料）設(shè)定為 D23-50 ； Number of Slots（電機(jī)定子槽數(shù)）設(shè)定為定子36槽；Slot Type （定子槽形代號(hào)）設(shè)定為2號(hào)梨型槽。該槽詳細(xì)形尺寸如下：Lamination Sectors為定子沖片的扇形分瓣數(shù)， 這里設(shè)定為1，即定子沖片是一個(gè)整體。在大型異步 電動(dòng)機(jī)中，有時(shí)為了提高硅鋼片沖壓定子沖片時(shí)的材 料利用率，往往將定子沖片分為幾個(gè)等尺寸的扇形 瓣，該值描述的就是分瓣的瓣數(shù)。Press

7、Board Thick ness為定子端部壓板厚度，這里設(shè)定為0，即不考慮定子端部壓板的導(dǎo)磁性對(duì)電 機(jī)端部漏抗的影響。在較大型異步電動(dòng)機(jī)中，為了防止定子鐵心散花、端部沖片反翹，往往都采用較厚的 端部壓板進(jìn)行端部固定。端部壓板的使用，對(duì)電機(jī)端部漏抗有一定的影響。該值描述的就是假如采用了導(dǎo) 磁的壓板，將計(jì)算其對(duì)電機(jī)性能改變。如果未采用端板或采用非導(dǎo)磁端板，該值可設(shè)定為0。Skew Width為定子的斜槽數(shù)，在這里設(shè)定為0，即定子不斜槽。丫系列三相異步電動(dòng)機(jī)均采用定子直槽而轉(zhuǎn)子斜槽 的設(shè)計(jì)，因而該值為0。若使用定子斜槽，則需輸入該參數(shù)，該斜槽度是以定子槽數(shù)為計(jì)量單位，即斜過(guò)了幾個(gè)定子槽，該值可以為小

8、數(shù)。然后進(jìn)行Slot項(xiàng)和Winding項(xiàng)設(shè)置過(guò)程，設(shè)置 過(guò)程如圖2A和圖2B所示。圖2B定子繞組和導(dǎo)線設(shè)置對(duì)話框Figure 2B stator windings and leads Settings dialog boxPztfCirVias: TIQI-i - Hrpitlieiipi - EidhineItMtutZnlmitd ?ilu廠Ixnl bdE Tn翠E uh Iiw EbiiifQlurir irtdj*u if 也 hTip law h-iMltrQkaxr diifefcl町 if th*End ClivuKtQ1*4 dtcKi hvtoiSkL LlmjUIuiiJ

9、4A ilit LemTUdrazTE5Until Fdl FttlwXluiLlii ilH E山 Hd.醮 I 軸圖2B定子繞組和導(dǎo)線設(shè)置對(duì)話框Figure 2B stator windings and leads Settings dialog box 至此，有關(guān)定子鐵心及三相繞組的設(shè)置全部完畢。選中工程樹(shù)中的Stator項(xiàng)，再單擊主界面中部的Main按鈕，會(huì)岀現(xiàn)已設(shè)置好的定子沖片橫截面圖， 如圖3所示。圖3 定子沖片圖Figure 3 stator lamination2.3 Rotor項(xiàng)設(shè)置過(guò)程Rotor電機(jī)轉(zhuǎn)子各項(xiàng)參數(shù)如圖4所示。Pc ibf; TLfiffH - Rlxpchai

10、Knl - IichufifeLM皿1 H i i.圖4 Rotor項(xiàng)中的參數(shù)設(shè)定對(duì)話框Figure 4 Rotor entry in the Preferences dialog box在前面，我們已經(jīng)選定了2號(hào)轉(zhuǎn)子槽型，在RMxprt異步電動(dòng)機(jī)設(shè)定中，我們選擇軟件提供的4種轉(zhuǎn)子槽型中的第 2種，參照本節(jié)的 Y160M-4電機(jī)轉(zhuǎn) 子槽型數(shù)據(jù)，可以直接輸入的各項(xiàng)參數(shù)。如圖5所示。5圖5 Slot項(xiàng)中的參數(shù)設(shè)定Figure 5 Slot key parameter settings在Slot設(shè)置中，軟件提供了轉(zhuǎn)子閉口槽結(jié)構(gòu)， 體現(xiàn)在Hs01這個(gè)參數(shù)上，該參數(shù)描述的就是槽口距 轉(zhuǎn)子外徑的距離，樣機(jī)

11、為開(kāi)口槽結(jié)構(gòu)，故該值等于0。輸入所有槽型參數(shù)后點(diǎn)擊確定按鈕退岀，同時(shí)可以按照察看定子沖片外形的方法察看轉(zhuǎn)子沖片外形，轉(zhuǎn)子沖片如圖6所示。Table 2 the relationship between speed and TorqueSpeed(rpm)050010001500Torque (Nm)10511413624 RMxprt 模塊與 Maxwell2d/3d 的耦合4.1 RMxprt 導(dǎo)入至Maxwell2D有限元?？焐鲜龈鱾€(gè)參數(shù)檢查完畢后，簡(jiǎn)單設(shè)定 RMxprt菜 單項(xiàng)后就可以直接輸岀至 Maxwell有限元分析中。將 RMxprt模型采用一鍵式直接導(dǎo)入到 2D界面中，就可 以自

12、動(dòng)完成幾何模型繪制、材料定義、激勵(lì)源添加、 邊界條件給定、網(wǎng)格剖分和求解參數(shù)設(shè)置等前處理 項(xiàng)，我們只需要簡(jiǎn)單進(jìn)行求解和后處理即可。這種鍵式導(dǎo)入方式僅限于2D的瞬態(tài)場(chǎng)，若要進(jìn)行其它場(chǎng)分析需要用戶自己更改設(shè)置。2D圖形如圖9所示。圖6定子沖片圖Figure 6 stator lamination圖9額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)最后計(jì)算時(shí)刻的磁力線和磁密分布圖Figure 9-point final calculation of the rated speed of the magnetic field lines and magnetic moment density tribtion 4.2 RMxprt 導(dǎo)入至

13、Maxwell3D有限元模塊RMxprt模塊計(jì)算后的模型也可以直接導(dǎo)入至 Maxwell3D三維電磁場(chǎng)計(jì)算模塊中，其導(dǎo)入的方法與導(dǎo)入至Maxwell2D模塊相類(lèi)似。從所生成的電機(jī)周期 模型來(lái)看，由 RMxprt模塊所形成的 Maxwell3D電機(jī) 非常貼近于真實(shí)電機(jī)模型，散下線繞組端部非常逼 真，而斜槽的鼠籠繞組也與真實(shí)丫系列電機(jī)極為近似，僅鼠籠端環(huán)上沒(méi)有轉(zhuǎn)子風(fēng)扇、平衡柱，同時(shí)轉(zhuǎn)子端環(huán)未采用拔模，但這對(duì)三維電磁場(chǎng)計(jì)算精度幾乎沒(méi)有影響。3D圖形如圖10所示。3 Y160M-4電機(jī)的仿真設(shè)定及計(jì)算結(jié)果我們已將Y160M-4樣機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)、定子參數(shù)、轉(zhuǎn)子參數(shù)及轉(zhuǎn)軸參數(shù)全部設(shè)定完畢。仿真參數(shù)的設(shè)定至關(guān)

14、重要，這意味著將要計(jì)算前面輸入的電機(jī)模型在 該狀態(tài)下的工況， 一般是將額定工作狀態(tài)設(shè)定為分析 對(duì)象。完成以上操作以后，求解之前，我們要先檢查 模型是否正確無(wú)誤，軟件提供了自動(dòng)檢測(cè)模型是否正確的功能，當(dāng)所有檢測(cè)結(jié)果均為對(duì)號(hào)時(shí)，我們就可以檢查計(jì)算結(jié)果。轉(zhuǎn)速與相電流關(guān)系如表 1所示，轉(zhuǎn)速 與機(jī)械轉(zhuǎn)矩關(guān)系如表2所示。表1轉(zhuǎn)速與相電流數(shù)據(jù)關(guān)系Table 1 the relationship between speed and phase currentdataSpeed(rpm)500In put Current(A)69.86610001500585Q25D50QITWn)圖10 3D圖像Figure

15、 10 3D image of Fig表2轉(zhuǎn)速與機(jī)械轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)關(guān)系希望本文起到以點(diǎn)帶面的效果，對(duì)大家學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)電機(jī)5結(jié)語(yǔ)本文介紹RMxprt旋轉(zhuǎn)電機(jī)分析專家模塊，設(shè)計(jì) 了一臺(tái)實(shí)際中的三相異步電動(dòng)機(jī)，詳細(xì)介紹了 RMxprt電機(jī)模塊中異步電動(dòng)機(jī)模塊的使用方法。了 介紹了整套計(jì)算流程，還繼續(xù)介紹了如何由RMxprt模型導(dǎo)入至 Maxwell 2D 和Maxwell 3D 模塊進(jìn)行下一 步的有限元計(jì)算。其中，還重點(diǎn)介紹了在 RMxprt下 的參數(shù)分析，通過(guò)參數(shù) 化計(jì)算可獲得較高性能下的 電 機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸。RMxprt模塊下包含了十余種電機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)是比較典型的案例，其他類(lèi)型的電機(jī)計(jì) 算流程與之似，可

16、以結(jié)合軟件自帶的幫助文檔自學(xué)，有幫助參考文獻(xiàn)1 趙博,等.Ansoft 12在工程電磁場(chǎng)中的應(yīng)用M.中國(guó)水利水電出版社,2013-4-1.2 楊爾濱，楊歡紅，劉蓉暉，等.工程電磁場(chǎng)基礎(chǔ)與應(yīng)用（第二版）M.中國(guó)電力出版社,2009-9-1.3 李發(fā)海，王巖，等.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)（第 4版）M.清華 大學(xué)出版社,2012-6-1.作者（1988 ），男，碩士研究生，主要研究方向：電機(jī)與電器E-mail : 570666955RMxprt application of three-phase asynchronous motorsXU Zhe n Qia n(Optoelectronic Inform

17、ation and Computer Engineering, Shanghai University, Shanghai 200093)Abstract: This paper describes AnsoftV12 versions RMxprt motor module in the actual use of the motor design. RMxprt is based on the equivale nt circuit and magn etic motor desig n to calculate a variety of motor simulatio n model, with the establishme nt of the model is simple and quick and easy parameter adjustme nt, along with a certa in de-gree of accuracy and reliability of the design, but also for the addition of two fur