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基于Ansoft Maxwell的三相鼠笼异步电机综合设计报告一、三相鼠笼异步电机设计方案算例（6）1.性能数据额定功率P N：15 kW；额定频率f N：50 Hz极数2p：6额定转速n N：977 r/min 堵转电流倍数：6.37空载励磁电流：7.97A 绝缘等级：F级工作制：连续(S1)额定电压U N：380V额定电流I N：17.71 A功率因数cosφ：0.828 ind 额定效率ηN：89.76 %堵转转矩倍数：2.38防护等级：IP542.定子数据定子铁心：定子铁心外径D1：290 mm；定子铁心内径D i1：205 mm；铁心长度l i：170 mm；气隙长度δ：0.45 mm；定子槽数z1：54；铁心材料：Steel1008 定子绕组：绕组型式：双层叠绕组，Δ接；绕组节距：1-9；并联支路数a1：3；定子每槽匝数N s1：38；直线部分伸出铁心长l d：15 mm；端部投影长f d：32.9 mm；绕组材料：漆包铜圆线定子采用梨形槽，如图所示：定子槽形尺寸：b01：3.50 mm；b11：6.05 mm；b21：8.37 mm；h01：0.80 mm；h1：16.11 mm；α1：30°3.转子数据转子铁心：转子铁心外径D2：204.1 mm；轴径D i2：70 mm；铁心长度l i：170 mm；转子槽数z2：44；斜槽：1个齿距；铁心材料：Steel1008；转子绕组：绕组型式：笼型绕组；端环气隙处直径D R：196 mm；端环高度b R：28 mm；端环长度l R：20 mm；绕组材料：铸铝；转子采用圆底平行槽，如图所示：转子槽形尺寸：b02：1.30 mm；b12：4.81 mm；b22：4.81 mm；h02：0.80 mm；h2：27.20 mm；α2：30°二、创建几何模型及设定材料属性1.定子铁心设置（设置窗口）截图（属性窗口）截图2.转子铁心设置（设置窗口）截图（属性窗口）截图3.定子绕组设置（设置窗口）截图4. 转子绕组设置（设置窗口）截图（属性窗口）截图5.边界条件设置（单击边界条件“Boundaries”，绘图窗口）截图（设置窗口）截图6.电机几何模型（模型窗口+绘图窗口）截图三、空载磁场仿真设置1.激励设置A相线圈为Current激励，其中电流值58.29A，（线圈）A1-1、A1-2方向为Positive，As1_1、As1-2方向为Negative。
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JIAngsuunIVeRsITY电气工具软件Ansoft课程设计班级：学号：姓名：指导老师：课设时间：1.200wbLDc电机参数设计分析电机主要参数：pole8ccc120pulsewidth压降0.3V0.6V电流限制2.25A2A定子外径56mm内径31mm叠长40mm定子材料Dw310-35定子槽数9槽定子槽型3槽参数：等齿宽5mmhs00.5hs10.75hs26.5bs01Rs2绕组匝数130匝针对不同转速需要分析多少匝效率比较高。
转子参数外径30mm内径12mm材料同定子磁瓦类型1极弧系数0.7磁瓦材料ndfe35磁瓦厚度2.5mm分析参数：功率200w电压220V转速2000rpm电机结构图：2.bLDcRmxprt性能分析800.00Torque1RmxprtDesign1curveInfoAnsoFToutputTorquesetup1:perf ormance700.00600.00outputTorque[mnewtonmeter]500.00400.00300.0 0200.00100.000.000.001000.002000.003000.00Rspeed[rpm]4000.00500 0.006000.00单一参数化分析：8.00misc.RmxprtDesign3curveInfoAirgapTorqueToDccurrentRatiosetup1: performancecond='110'AirgapTorqueToDccurrentRatiosetup1:performan cecond='120'AirgapTorqueToDccurrentRatiosetup1:performancecond='1 30'AirgapTorqueToDccurrentRatiosetup1:performancecond='140'AirgapT orqueToDccurrentRatiosetup1:performancecond='150'AnsoFT7.006.00Ai rgapTorqueToDccurrentRatio5.004.003.002.001.000.000.001000.002000. 003000.004000.00Rspeed[rpm]5000.006000.007000.00双参数化分析：3.bLDcmaxwell性能分析a磁密云图：b转矩曲线及平均值：875.00Torquemaxwell2DDesign4curveInfoAnsoFTmoving1.Torquesetup1: Transient675.00moving1.Torque[mnewtonmeter]475.00275.0075.00-12 5.000.001.252.503.75Time[ms]5.006.257.50最后，小编希望文章对您有所帮助，如果有不周到的地方请多谅解，更多相关的文章正在创作中，希望您定期关注。
六相异步电机的ANSOFT有限元分析1 引言目前，在国内外的生产实际中大部分都使用三相交流电机，但是由于多相电机可靠性高、性能好，多相电机将被广泛的应用。
和常规的三相感应电机相比，多相感应电机可以在不提高相电压的情况下增加电机的容量，谐波成份小，运行性能好[1]。
本文利用ANSOFT软件对相同定转子结构的三相电机和六相电机进行了有限元分析，三相电机采用一般的三相60°相带绕组，六相电机采用六相双Y移30°绕组。
与三相电机相比，六相电机具有以下优点：（1）在相同的电机额定容量下，六相电机每相的容量是三相电机每相容量的一半。
因此，从三相电机过渡到六相电机设计时，可保持电流不变或较原来数值为小，而在原来电压至其一半之间选择电压，以获得最佳方案。
由此可见，六相电机通过增加电机相数，实现低压大容量。
故相同容量的电机，六相电机的电压及电流的选择范围更为广泛[2]。
（2）电机相数的增多，使得空间谐波次数增大，且幅值下降，转矩脉动下降，降低了电机的机械振动和噪声。
六相双Y 移30°绕组在对称负载下，由基波电流产生的合成磁动势谐波中，只存在v′=（12k±1）次谐波，式中k=0，1，2，…。
与三相60°相带绕组的v′=（6k±1）次谐波比较，六相双Y移30°绕组不存在v′=5，7，17，19，…等次谐波，特别是5次和7次谐波，是三相绕组磁动势谐波中较强的两个分量，对电机的性能影响较大。
因此，六相绕组不产生这两个分量的磁动势谐波具有重要的实际意义[3,4]。
（3）可靠性提高。
多相电机相数的冗余，使多相电机在定子一相或多相开路或者短路时可降额起动并继续运行，与三相电机相比，多相电机可在缺相时继续运行[5]。
（4）能减小槽电流从而节约导线材料。
当改用六相绕组并保持相电压不变，和原来的三相绕组比较，相电流可以降低一半，从而可以减小导线截面积节约材料。
2 六相电机的工作原理多相感应电机和一般的三相感应电机在主要结构和组成形式上是相同的，都是由定子和转子组成的。
·158·文章编号：2095－6835（2021）11－0158－03基于Ansoft Maxwell 软件的异步电动机仿真教学实践宁银行（上海电机学院电气学院，上海201306）摘要：有限元仿真技术的发展，有效地推动了高校实验教学改革。
以异步电机为例，介绍了基于Ansoft Maxwell 软件的仿真教学，包括磁场分析、绕组设计、感应电势、转矩特性等内容。
教学实践表明，引入仿真技术，能使抽象的概念和原理变得生动形象，有利于学生深入理解电机的运行机理和电磁特性，并培养了学生利用仿真软件解决工程实践问题的能力。
关键词：电机学；仿真技术；实验教学；异步电动机中图分类号：TM301文献标志码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2021.11.0681引言“电机学”是电气工程一级学科的一门重要专业基础课程，涉及变压器、直流电机、异步电机和同步电机等内容，包括电机的结构、原理、特性等内容，课程知识范围广，内容抽象，学生普遍反映不易理解。
电机学实验、实践等环节教学效果的好坏直接影响到学生对理论知识的理解和应用[1]，加大实验教学改革是近年来高等教育界形成的共识[2-4]。
由于实验技术、实验场地、经费等原因，导致传统电机学实验的实验内容和实验条件受限，存在内容单一、缺乏创新性等问题[5-7]。
为此，不少教育工作者积极呼吁或建议在传统实验的基础上，引入仿真实验[8-10]，并探讨了虚拟仿真技术在教学中的应用目前，关于电机本体结构、运行机理、电磁分析等实验教学的文献报道较少，而这些内容却是电机学中的重点和难点。
以Ansoft Maxwell 、Jmag 为代表的有限元仿真软件已经较为成熟，为电机学仿真实验教学提供了技术保障。
本文以异步电机为例，介绍了基于Ansoft Maxwell 的仿真实验。
2仿真软件介绍Ansoft Maxwell 软件是世界上著名的低频电磁场有限元分析软件，在工程电磁领域的分析中得到了广泛的应用。
h扬州大学专业软件应用综合设计报告水能学院11级电气工程及其自动化专业题目异步电动机综合仿真设计四学生鲁波学号 101601131指导教师张建华2012年11月1日异步电机综合仿真设计四摘要：MATLAB是一款强大的计算机辅助设计软件工具，MATLAB具有数值、符号运算，绘图功能，仿真等功能。
MATLAB的SIMULINK仿真环境是美国MathWorks公司专门为MATLAB语言设计提供的结构图编程与系统仿真的专用软件工具。
利用SIMULINK仿真环境分析异步电机制动时的各参数情况，以及不同的制动方式的比较。
关键字：SIMULINK，异步电机，制动参数，MATLAB1 引言异步电机又称感应电机是交流电机的一种。
具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高，价格较低等优点。
异步电机主要作为电动机使用，是当今应用最广，需要量最大的一种电机。
主要部件是定子，转子。
制动时生产机械对电机的有一种特殊要求。
异步电机可以采用机械制动，也可以采用电磁制动，常用的电磁制动方法：1）自然制动 2）能耗制动 3）反接制动 4）回馈制动。
本实验的目的是通过MATLAB的仿真实验，了解异步电机的运行情况。
1.掌握SIMULINK仿真环境常用模块库和电力系统模块库；2.对鼠笼式异步电动机自然制动进行仿真设计；3.对鼠笼式异步电动机能耗制动进行仿真设计；4.对鼠笼式异步电动机反接制动进行仿真设计；5.对鼠笼式异步电动机回馈制动进行仿真设计；2 设计依据及框图2.1 设计平台MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
《基于ANSOFT的三相异步电机电磁设计（Y280M-4）》课程设计学生姓名：学号：专业班级：电气工程及其自动化指导教师：2019年11月16 日目录1.课程设计目的 (3)2.课程设计题目描述和报告内容 (3)3.课程设计报告内容 (4)1.课程设计目的（1）尝试进行电机设计，将所学知识进行实践（2）深入了解异步电机内部的结构（3）学习使用Ansoft，并掌握基本的用法2.课程设计题目描述和报告内容2.1题目描述（1）课程设计题目：基于ANSOFT的三相异步电机电磁设计（Y280M-4）（2）型号：Y280M-4（3）使用使用软件：Ansoft、AutoCAD等2.2主要步骤（1）决定额定数据及主要尺寸（2）将基本参数和主要尺寸导入Ansoft软件进行仿真（3）从Ansoft软件输出结果（5）对输出结果进行处理，比对设计要求（5）总结报告3. 课程设计报告内容3.1基本参数 型号：Y280M-4 额定功率：kW 90P N = 额定电压：V 380U N = 绕组连接方式：三角 极数：4p =额定转速：min /r 1500n = 频率：Hz 50f = 杂散损耗：W 1800p S = 风摩损耗：W 1050p fw = 运行温度：75 摄氏度 运行方式：电动机 负载类型：恒定负载3.2 决定额定数据及主要尺寸并运算 （1）型号：Y280M-4 （2）输出功率：kW 90P 2= （3）外施相电压：V 380U 1=（4） 功电流：kW I =1132U m 10P ×=380390000×A 947.78=（5） 效率：93.0'η= （6）功率因数：89.0'cos =（7）极数：4p =（8）定、转子槽数：50Q ,60Q 21== （9）定子每极槽数：15460p Q Q 1P1===转子每极槽数：5.12450p Q Q 22P === （10）定子、转子冲片尺寸如下图3.2-1，3.2-2：图3.2-1 定子冲片尺寸 单位：mm 比例：1∶1图3.2-2 转子冲片尺寸 单位：mm 比例：1∶1（11）极距：）（cm 561.234301415.3p D πτil P =×==（12）定子齿距：）（cm 571.160301415.3Q D πt 1i11=×==（13）转子齿距：）（cm 874.15082.291415.3Q D πt 222=×== （14）节距：14y =（15）转子斜槽宽：）（cm 964.1571.125.1t 25.1b 1sk =×== （16）每槽导体数：20Z 1= （17）每相串联导体数：400132060a m Z Q Z 11111φ=××== 式中，1a 1=。
(18)绕组线规： 导线并绕根数与截面积之积)cm (792.2656.31381.95'J a 'I 'A N'211111=×==式中，1'I ——定子电流初步估算值，且)A (381.9589.093.0947.78'cos 'ηI 'I KW 1=×==1'J ——定子电流密度，按经验选用，选取21mm /A 56.3'J = 根据11'A 'N 值，查表得，选取五根直径为1.3mm 导线并绕。
(19)槽满率槽尺寸示意如下图3.2-3：图3.2-3 槽尺寸示意图①槽面积)cm (598.2)mm (817.25925.5π)325(23.85.522R π)h 'h (2b R 2A 2222s 1s s ==×++×=++=②槽绝缘占面积：)(202.02.205.52523.0)'2(22cm mm R h C A s i i ==⨯+⨯⨯=+=）（）（ππ③槽有效面积)(396.2202.0598.22cm A A A i s e =-=-=④槽满率795.010396.238.1205A d Z N S 22e2f =×××=+=式中，绝缘厚度取mm C i 3.0=；导体绝缘后外径mm 38.1d =； 槽楔厚度取cm 3.0h =。
（20）铁芯长度cm 5.32l = ①铁芯有效长度)cm (68.3209.025.32δ2l l ef =×+=+=②净铁芯长)cm (875.305.3295.0l K l Fe Fe =×==式中，铁芯压装系数95.0K Fe =。
（21）绕组系数9567.019567.0K K K 1p 1d 1dp =×==①分布系数9567.0212sin5)5212sin(2αsin q )q 2αsin(K 111d =××==式中，54350p m Q q 111=×==12601804Q πp α1=×==②短距系数1)90βsin(K 1p =•=（22）每相有效串联导体数68.3829567.0400K Z 1dp 1φ=×=3.3软件仿真将以上结果及基本参数导入Ansoft软件进行仿真如下：图3.3-1 主设计图图3.3-2 基本数据4极三相感应电机，风摩损耗1000W，杂散损耗1800W。
图3.3-3 定子数据定子外径445mm，内径300mm，槽数60，长度325mm。
图3.3-4 定子槽图3.3-5 定子绕组双层绕组，4条并联支路，跨距为14，每根导体由5根直径1.3mm，绝缘厚度0.08mm的导线绞合而成。
图3.3-6 定子端/绝缘槽楔厚度为2，槽满率上限选取0.8。
绝缘厚度3mm。
图3.3-7 转子数据转子外径为298.2mm，内径100mm，槽数50，长度325mm。
图3.3-8 转子绕组图3.3-9 运行条件运行方式为电动机，接恒定负载，温度75摄氏度。
图3.3-10 接线方式接线方式为Delta，即三角接线，频率为工频50Hz3.4软件输出报告得出以下结果 基本参数 额定功率：kW 90P N = 额定电压：V 380U N = 绕组连接方式：三角 极数：4p =额定转速：min /r 1500n = 频率：Hz 50f = 杂散损耗：W 1800P s = 摩擦损耗：813.793W P f = 风阻损耗：210.524W P w = 运行方式：电动机 负载类型：恒定负载 运行温度：C 75θ = 定子参数 定子槽数：60Q 1= 定子外径：mm 445D 1= 定子内径：mm 300D 1i = 槽型：2定子冲片如图3.2-1所示1mm h s0= mm 2413.1h 1s = 7587.23h 2s = mm 4b 0s = mm 3.8b 1s =mm 11b 2s =顶部齿距：7.64537mm t 11=底部齿距：7.43594mm t 12= 定子铁芯长度：mm 325l Fe = 定子铁芯压装系数：95.0K Fe = 铁芯材料：50_23D 分层扇区数 1 压板厚度：0 磁压板无并联支路数：4a = 线圈类型：21 线圈节距：14y = 每槽导体数：20Z 1= 每导体导线数：5 导线直径：mm 3.1A 1= 导线绝缘厚度：mm 08.0c = 槽楔厚度：mm 2h = 槽衬厚度：0层间绝缘厚度：mm 3C 1= 槽面积：2s 288.422mm A = 净槽面积：2e 241.508mm A = 槽满率：78.8546%S f = 槽满率上限：%80S p =线电阻率：/m mm 0.0217ohm.ρ2l = 导线长度调整：0 端长度校正因数：1端漏抗校正因数： 1转子参数 转子槽数：50Q 2= 气隙宽度：9.0δ=转子内径：mm 100D 1i = 转子冲片如图3.3-2所示 铸造转子：是 半槽：是转子铁芯长度：mm 325l = 转子铁芯压装系数：95.0K Fe = 铁芯材料：50_23D 斜槽度：25.1S K = 杆端长度：0 端环高度：60D H = 端环宽度：mm 57.22D R =75摄氏度下转子铁芯电阻率：/m ohm.mm 0.0434783ρ2B = 75摄氏度下转子环电阻率：/m ohm.mm 0434783.0ρ2R = 磁力轴：无 材料消耗电枢铜密度：2Cu kg/m 8900ρ= 转子棒料密度：3B kg/m 2700ρ= 转子环材料密度：3R kg/m 2700ρ= 电枢铁芯钢密度：3Fe1kg/m 7820ρ=转子芯钢密度：32Fe kg/m 7820ρ= 电枢铜重：kg 2393.44m 1Cu = 转子棒料重量：kg 719.11m B =转子环材料重量：kg 47228.5m R = 电枢铁芯重量：kg 064.163m 1Fe = 定子芯钢重量：kg 416.117m 2Fe = 净总重量：kg 911.341m t = 电枢铁芯用钢量：kg 919.313m 3Fe = 转子芯钢消耗量：kg 666.170m 4Fe = 额定负载运行参数 定子电阻：Ω0510203.0R 1=20摄氏度下定子电阻：Ω0419683.0R 20_1=定子漏抗：Ω17797.0X 1= 转子电阻：Ω0388406.0R 2=20摄氏度下转子电阻：Ω0319495.0R 20_2= 转子漏抗：Ω745993.0X 2= 电阻对应铁芯损耗：Ω2.285R Fe _1= 磁化电抗：Ω1791.14X m = 定子相电流：A 6538.93I p 1= 电流对应铁芯损耗：A 29129.1I Fe _1= 磁化电流：A 9731.25I m = 转子相电流：A 4375.84I p 2= 定子绕组铜耗：W 5.1342P 1Cu = 转子绕组铜耗：W 764.830P 2Cu =铁芯损耗：W 25.1426P Fe = 风摩损失：W 57.1035P fw = 杂散损耗：W 1800P S = 总损耗：W 48.6435p =∑ 输入功率：kW 4832.96P 1= 输出功率：kW 0477.90P 2= 机械转矩：m N 49.578T 1•= 效率：%3299.93η= 功率因数：886835.0φcos = 额定转差率：00903848.0s N = 额定转速：rpm 44.1486n N = 空载参数空载定子电阻：Ω0510203.0r 1= 空载定子漏抗：Ω178253.0x 1= 空载转子电阻：Ω0388256.0r 2= 空载转子漏抗：Ω747006.0x 2= 空载定子相电流：A 5567.26i 1= 空载铁芯损耗：W 55.1480p Fe = 空载输入功率：W 43.4444p 1= 空载功率因数 ：0873481.0'φcos = 空载转差率：5-1070931.9's ×= 空载额定转速：rpm 85.1499'n =分解操作最大转差率：045.0n m = 最大转矩：m N 75.1392T m •= 最大转矩比：40756.2T *= 最大相电流：356.767转子锁操作起动转矩：m N 503.559T st •= 起动电流：A 241.510I st =起动转矩比：967178.0T *st= 起动电流比：44816.5I *st=锁定转子后的定子 电阻：Ω0510203.0R 1st =漏抗：Ω162243.0X 1st = 锁定转子电阻：Ω123285.0R 1st = 锁定转子漏抗：Ω586629.0X 2st = 额定运行详细数据 定子槽漏抗：Ω0967574.0X 1s = 定子端部绕组漏抗：Ω0350809.0X 1e = 定子差动漏抗：Ω00461317X 1d = 转子槽漏抗：Ω404672.0X 2s = 转子端部绕组漏抗：Ω0290265.0X 2e = 转子差动漏抗：Ω0849948.0X 2d = 斜槽漏抗：Ω227298.0X sk =定子绕组系数：951436.0K 1dp = 定子齿磁通密度：T 51335.1B 1t == 转子齿磁通密度：T 38875.1B 2t = 定子磁轭磁通密度：T 34586.1B 1j = 转子磁轭磁通密度：T 29627.1B 2j = 气隙磁通密度：T 69012.0B δ= 定子齿安匝：T A 3817.57AT t1•= 转子齿安匝：T A 0681.66AT 2t •= 定子磁轭安匝：T A 3247.85AT 1y •=转子磁轭安匝：T A 2841.20AT 2y •= 气隙安匝：T A 962.585AT δ•=定子磁轭的电路长度磁校正系数：521118.0ξ1= 转子磁轭的电路长度磁校正系数：406072.0ξ2= 齿饱和系数：21068.1K s =齿和磁轭的饱和系数：39091.1K ty = 诱导电压系数：969146.0 定子电密：21A/mm 52792.3J = 比电负载：A/mm 8109.29A 1= 定子热负荷：321/mm A 171.105AJ = 转子条电流密度：2B A/mm 80465.1J = 转子环电流密度：2R A/mm 42.1J = 定子绕组半匝长度：mm 152.624L Z =绕线布置三相两层绕组可以布置在15个槽中，如下所示：BBBBB AAAAAZZZZZ 每槽角度： 12λ= A 相轴线： 108α= 第一槽中心：0暂态 FEA 输入数据 对于定子绕组的一个相位： 圈数：200N = 并联支路数：4a = 端电阻：Ω0510203,0R E = 端漏电感：Ω000111666.0X E = 一侧两杆之间的转子端环：等效环电阻：Ω1080519.4'R 7R -×= 等效环电感：H 105903.4'L 8R -×= 二维等价值：等效模型深度：mm 325L D = 等效定子叠加系数：95.0'K 1= 等效转子叠加系数：95.0'K 2= 估计转子惯性矩：22m kg 96792.1'T =3.5描述电机性能的图表图3.5-1 相电流与转速图3.5-2 效率与转速图3.5-3 输出机械功率与转速图3.5-4 功率因数与转速图3.5-5 转矩与转速图3.5-6 相电流与输出功率图3.5-7 效率与输出功率图3.5-8 功率因数与输出功率图3.5-9 转差率与输出功率图3.5-10 转矩与输出功率图3.5-11 漏阻抗与转差率图3.5-12 转矩与转差率图3.5-13 输入电流弱磁控制图3.5-14 频率弱磁控制图3.5-15 输出功率弱磁控制图3.5-16 转差率弱磁控制图3.5-17 输出转矩弱磁控制图3.5-18 相电压弱磁控制3.6部分参数对比3.7 结论与心得 3.7.1数据分析（1）主要参数如输出功率、效率等基本课程设计符合要求，此次课程设计基本成功。
