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第二讲三相交流感应发电机的数学模型三相交流异步发电机是一种通过定、转子绕组间的电磁耦合来实现机械能-电能的能量转换装置。
研究三相交流异步发电机的电磁关系是了解三相交流发电机运行问题的理论基础，为风电机组联网运行分析奠定理论基础，对解决风电机组联网运行问题具有重要的意义。
2.1 abc坐标下的有名值方程2.1.1理想电机为了便于定量分析三相交流电机的能量转换过程，本节基于理想电机假设，建立了三相交流异步电机的数学模型，即假设：1)电机铁心的导磁系数为常数，即忽略铁心磁饱和、磁滞的影响，也不计涡流及集肤作用等的影响；2)对纵轴及横轴而言，电机转子在结构上是完全对称的，即电机磁路在空间上完全对称；3)定（转）子三个绕组的位置在空间上互相相差120°电角度，三个绕组在结构上完全相同；4)定子绕组和转子绕组均在气隙空间中产生正弦分布的磁动势；5)只考虑气隙基波磁场的作用；6)电机定、转子表面光滑。
在此基础上，对定、转子绕组回路电压电流正方向、定、转子电流与磁链正方向等做如下规定：1）定子绕组电压、电流正方向遵循发电机惯例；2）转子绕组电压、电流正方向遵循电动机惯例；3）定子负值电流产生正值磁链；转子正值电流产生正值磁链。
三相绕组在空间对称分布，沿逆时针方向各绕组轴线互差120度电角度，转子按逆时针方向旋转，在以上规定下，三相交流电机定、转子绕组的空间分布纵向剖面图如图2-1所示：sQsCsB ＇sAsBsA ＇sC ＇sDra ＇rb ＇rc ＇rarbrcβr αr θr······rω1ω图2-1 三相交流电机定、转子绕组空间分布纵向剖面示意图图中：sA 和sA ’、sB 和sB ’、sC 和sC’分别表示A 、B 、C 三相定子绕组；ra 和ra ’、rb 和rb ’、rc 和rc ’分别表示a 、b 、c 三相转子绕组；定子A 相绕组轴线正方向为空间位置参考方向即sD 轴，转子绕组a 相轴线即r α轴超前sD 轴θr 电角度。
电机与拖动基础第一章电机的基本原理........................................... 第二章电力拖动系统的动力学基础................................. 第三章直流电机原理............................................. 第四章直流电机拖动基础......................................... 第五章变压器................................................... 第六章交流电机的旋转磁场理论................................... 第七章异步电机原理............................................. 第八章同步电机原理............................................. 第九章交流电机拖动基础......................................... 第十章电力拖动系统电动机的选择.................................第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。
1-2 答：1-3 电与磁存在三个基本关系，分别是1-4 （1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。
感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即1-5 t ΦNe d d -= 1-6 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。
1-7 （2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。
电机热仿真案例今天来给你唠唠电机热仿真这个事儿。
就好比我们要给电机做个体检，看看它在工作的时候会不会发烧啥的。
先来说说我们这个电机的情况吧。
这是一个工业生产线上常用的电机，功率还不小呢，就像一个大力士，天天都在那儿拼命干活。
那为啥要做热仿真呢？你想啊，电机工作的时候就像人在跑步，跑久了身体就会发热。
电机要是太热了，就会出问题，可能就会像人中暑一样，突然罢工，那生产线可就麻烦大了。
我们开始做热仿真的时候，首先得建立电机的模型。
这就像是给电机画个像，把电机的每一个部件，什么定子、转子、线圈啊，都画得清清楚楚的。
这就像搭积木一样，一块一块地把电机在电脑里搭起来。
不过这可不像搭真正的积木那么简单，每个部件的尺寸、材料特性都得考虑进去。
比如说，定子的材质是铁，它导热的速度就和线圈那种铜材质不一样，就像铁和铜在传递热量的时候有自己的个性一样。
然后呢，我们要设定电机的工作条件。
这电机在生产线里可不是悠闲地晃悠，它有一定的转速，还有负载呢。
这就好比你让一个人跑步，你得告诉他跑多快，还要给他背上多重的包一样。
我们得把电机的转速、负载这些条件都告诉电脑，这样电脑才能模拟出电机真实的工作状态。
好了，模型建好了，工作条件也设定了。
现在就开始让电脑模拟电机工作发热的过程啦。
电脑就像一个超级大脑，它根据我们给的信息开始计算电机每个部位的温度变化。
就像有无数个小温度计在电机的各个角落测量温度一样。
过了一会儿，结果出来了。
哇塞，我们发现电机的线圈部分温度升得特别快。
这就好比电机的心脏（线圈就像电机的心脏一样重要）在快速发热呢。
为什么会这样呢？原来啊，我们发现是因为电机在这种高负载的情况下，线圈里的电流很大，电流就像调皮的小精灵，在里面跑来跑去的时候就会产生很多热量。
而且呢，线圈周围的散热条件不是很好，就像把一个小火炉放在一个小角落里，热量散不出去。
那怎么办呢？这就像医生给病人开药方一样，我们得想办法给电机降温。
我们提出了几个方案。
Vol. 25 No. 10Oct. 2021第25卷第10期2021年10月电机与控制学报Electric Machines and Control真空干泵用屏蔽电机抗冲击持续带载能力评估与实验安跃军I,陈嘉伟I,邓文宇2,王光玉j 孙宝玉2,孔祥玲3,齐丽君S 李明I(1.沈阳工业大学电气工程学院，沈阳110870；2.沈阳中北通磁科技股份有限公司技术中心，沈阳110159； 3.中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司，沈阳110168；4.渤海大学控制科学与工程学院，辽宁锦州121013)摘 要:针对真空泵在实际工作过程中，电机出现冲击载荷情况下持续带载能力无法合理利用的问题，对真空泵用屏蔽电机抗冲击持续带载能力进行了定量计算和实验分析。
以一台5 kW 的屏蔽 电机为例，根据真空泵实际工作运行时的冷却条件，利用有限元分析法对25弋和33兀两种冷却水 温下电机额定运行时的稳态温度场进行计算，确定电机的最热点位置及最热点温度的安全裕量。
通过设置过载转矩模拟冲击载荷，在不考虑电机动态特性的情况下，与电机最大转矩比较确定电机 没有失速风险后，对电机过载状态下瞬态温度场进行计算得到电机在不同过载倍数下最热点的温升曲线，结合绝缘限制来定量计算电机在突加负载后的持续带载能力。
通过对样机进行测试实验，将得到的测试结果和仿真结果进行对比分析表明，电机在额定运行时带载能力有待进一步发掘，在合理负载率的冲击载荷下仍可以在其允许的时间内安全连续运行。
该研究对电机实际运行时过载 能力的充分应用以及冲击载荷过大时电机保护装置操作时间的更精确确定提供了科学依据。
关键词：真空干泵;屏蔽电机;冲击负载；带载能力评估;过载实验DOI ：10.15938/j .emc. 2021. 10. 008中图分类号:TM 301.4文献标志码:A文章编号：1007-449X(2021) 10-0067- 11Evaluation and experiment of impact resistance and continuousload capacity of canned motor for vacuum dry pumpAN Yue-jun 1, CHEN Jia-wei 1 , DENG Wen-yu 2, WANG Guang-yu 3,SUN Bao-yu 2, KONG Xiang-ling 3, QI Li-jun 2, LI Ming 1(1. School of Electrical Engineering , Shenyang University of Technology , Shenyang 110870, China ； 2. Shenyang General MagnetTechnology Co. , Ltd. , Shenyang 110159, China ； 3. Shenyang Scientific Instrument Co. , Ltd. , Chinese Academy ofSciences , Shenyang 110168, China ； 4. College of Control Science and Engineering , Bohai University , Jinzhou 121013, China)Abstract : Aiming at the problem that the continuous load carrying capacity of the motor under impact loadcannot be reasonably utilized in the actual working process of the vacuum pump , the continuous load ca pacity of canned motor for vacuum pump is calculated quantitatively and analyzed experimentally . Takinga 5 kW canned motor as an example , according to the cooling conditions of the vacuum pump in opera tion ,the finite element analysis method was used to calculate the steady state temperature field of the mo tor in rated operation under 25 °C and 33 弋 cooling water , so as to determine the hot spot position and the safety margin of the hot spot temperature. By setting the overload torque to simulate the impact load ,and without considering the dynamic characteristics of the motor confirming that the motor has no risk of收稿日期：2020-10-20基金项目:国家科技重大专项项目(2017ZX02201005 -002)；辽宁省科技重大专项项目(2019JH1/10100016) 作者简介:安跃军(1962—),男，博士，教授，博士生导师，研究方向为特种电机及其控制；陈嘉伟(1997—),男，硕士研究生，研究方向为特种电机热分析；邓文宇(1982—),男，高级工程师，研究方向为永磁材料与制备。
运行与维护Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment2021年第22期2021 No.22当前我国正处于能源转型阶段，“双碳”背景下，以高比例新能源为主体的新型电力系统成为未来电网建设的必然趋势。
但新能源固有的间歇性波动性特点，给电网运行带来了一系列问题。
从新能源消纳、电网稳定角度出发，传统火电机组需具备灵活的调节能力，要求其具有深度调峰功能，这对于火电机组的运行提出挑战。
而在深度调峰工况下，辅机系统高压大功率电机会出现频繁起动工况，而传统电机设计时并未考虑此类工况，现场运行情况表明，起动过程中的冲击电流会产生较大温升，进而引起相应的热应力，极易导致转子发生断条故障。
经现场调研统计，华电内蒙古能源有限公司所辖某电厂辅机系统电机在这种运行工况下，转子断条故障占电机整体故障的70%以上。
因此，为了探究转子断条的根本原因并提出相应的改进措施，研究并计算起动过程中的温升和热应力，对于感应电机起动过程中的转子断条故障原因分析是至关重要的。
在分析方法方面，当前主流的方法有解析法和有限元法两种，前者对电机结构进行了等效处理，误差较大，后者可以准确设计电机实际结构，同时对于非线性因素也比较容易计及[1-2]。
例如，1995年陈志刚教授从电机散热的物理概念出发，分别应用等效热网络和有限元两种方法对电机三维温度场进行了计算[2]。
2005年顾国彪教授采用三维有限元法计算了实心转子同步电机的转子温度场[3]。
文献[4]采用有限元的方法分别分析了感应电机绕组电流对温升的影响。
海军工程大学的博士王艳武等学者对感应电机转子侧的温升应力进行了耦合研究[5]。
文献[5]建立了牵引电机的三维有限元仿真模型，采用有限体积法进行了流体场和温度场仿真，揭示了不同结构绝缘层变化趋势。
文献[6]设计了一台150 kW 、4极感应电机，转子采用“铝导条+铜端环”组合结构，并对电机的电磁场和温度场进行了有限元分析，验证了新型转子结构能够有效降低转子温度。
大型电机的热场仿真模型与优化设计大型电机是工业生产中不可或缺的设备，其性能的优劣对于生产过程的效率以及成本有着很大的影响。
电机在运转中由于电流的通过，一定会产生热量，如果不加以管理，就会导致电机的过热，从而降低其效率和寿命。
因此，对于大型电机的热场问题进行深入的研究具有重要的意义。
电机的热场问题需要进行仿真模型建立，以及相关参数的优化设计。
常见的电机热场仿真模型有绝热模型、导热模型以及耦合模型等。
其中，绝热模型忽略了电机内部的导热效应，只考虑了热源和热交换器之间的热流动；导热模型则考虑了电机内物质的导热性质，将电机分为多个节点进行散热分析；而耦合模型则综合了绝热模型和导热模型的特点，更加接近真实情况。
不同的仿真模型对于热场问题的描述精度不同，需要根据实际情况进行选择。
在热场仿真模型建立之后，需要对相关参数进行优化设计。
电机内部的散热问题与其外部的工况、以及材料的选择、电机的结构设计等因素密切相关。
在电机的结构设计中，需要进行电机的通风设计，以保证热量的有效散发，从而保证电机的正常运转。
同时，在电机内部的材料选择上，也需要选择具有良好散热性能的材料。
此外，根据工况进行负载改变的情况，还需要对电机内部的散热设备进行改进。
对电机的散热设备进行优化，可以更好地控制电机的温度，并且减轻电机操作时的安全风险。
电机热场仿真模型与优化设计的研究使得大型电机的散热问题得到有效解决，保障了电机在运转过程中的效率和安全。
同时，电机热场问题的研究也为其进一步的发展提供了更为坚实的基础。
未来，随着科技的不断发展，电机散热问题还有待进一步探索和研究，能否有效解决电机过热的问题，也将成为电机制造业发展的一个重要环节。
永磁同步电动机的电磁设计与分析摘要永磁同步电动机（PMSM）是一种新型电机，永磁同步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点，和直流电机相比，它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。
和异步电动机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而具有效率高，功率因数高，转矩惯量大，定子电流和定子电阻损耗小等特点。
本文主要介绍永磁同步电动机（PMSM）的发展背景和前景、工作原理、发展趋势，以异步起动永磁同步电动机为例，详细介绍了永磁同步电动机的电磁设计，主要包括额定数据和技术要求，主要尺寸，永磁体计算，定转子冲片设计，绕组计算，磁路计算，参数计算，工作特性计算，起动性能计算，还列举了相应的算例。
还通过Ansoft软件的Rmxprt模块对永磁同步电动机了性能分析，得出了效率、功率、转矩的特性曲线，并且分别改变了电机的三个参数，得出这些参数对电机性能的影响。
又通过Ansoft软件Maxwell 2D的瞬态模块对电机进行了仿真，对电机进行了磁场分布计算，求出了电流、转矩曲线和电机的磁力线、磁通密度分布图。
关键词永磁同步电动机；电磁设计；性能分析The design of Permanent-MagnetSynchronous MotorAbstractPMSM (Permanent-Magnet Synchronous Motor) is a new type of motor, which has the advantages of simple structure, small volume, light weight, low loss, high efficiency. Compared with the DC motor, it has no DC motor commutator and brush. Compared with the asynchronous motor, because it does not require no power excitation current, It has the advantages of high efficiency, high power factor, large moment of inertia, stator current and small stator resistance loss .The paper mainly introduces the PMSM's development background and foreground, working principle, development trend, taking asynchronous start permanent magnet synchronous motor as an example, it introduces in detail the electromagnetic design of PMSM, that mainly includes the rated data and technical requirements, main dimensions, permanent magnet calculation, rotor and stator punching, winding calculation, magnet circuit calculation, parameters calculation, performance calculation, calculation of starting performance , and also lists the revevant examples. We aslo can analyse the performance of PMSM through the Rmxprt module of Ansoft software and conclude that the characteristic curve of efficiency, power, torque. By changing two parameters of the motor, I get the optimal scheme of the motor. Through transient module of Ansoft software Maxwell 2D to simulate the motor parameters, the magnetic field distribution of the motor is calculated, I can be obtained the curves of the current and the torque, the distribution of magnetic line of force and the distribution of magnetic flux density.Keywords PMSM; Motor design; Performance analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)课题背景 (4)永磁电机发展趋势 (5)本文研究主要内容 (6)第2章永磁同步电动机的原理 (7) (7)永磁材料的概念和性能 (7)钕铁硼永磁材料 (8) (9)转速和气隙磁场有关系数 (9)感应电动势和向量图 (10)交直轴电抗及电磁转矩 (12)小结 (13)第3章永磁同步电动机的电磁设计 (14)永磁同步电机本体设计 (14)永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标 (14)定子冲片和气隙长度的确定以及定子绕组的设计 (15)转子铁心的设计 (16) (18)额定数据及主要尺寸 (18)永磁体及定转子冲片设计 (19)绕组计算 (23)磁路计算 (26)参数计算 (29)工作特性计算 (33)起动特性计算 (37)小结 (41)第4章永磁同步电动机的性能分析及磁场分析 (42)永磁同步电动机的性能分析 (42)永磁同步电动机性能曲线 (42)重要参数的变化对性能的影响 (44)永磁同步电动机的磁路分析 (46)永磁同步电动机的模型 (46)在Ansoft Maxwell 2D 中运行后的结果图 (47)小结 (52)结论 (53)致谢 (54)参考文献 (55)附录A (56)第1章绪论课题背景永磁同步电动机（PMSM）具有体积小、效率高、功率因数高、起动力矩大、力能指标好、温升低等特点。
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）本文以日产聆风无刷电机（BPM）为模型基于Motor-CAD进行仿真计算分别获得了单工作点的详细电磁和热性能结果，以及显示整个工作范围内性能的效率图。
一、电磁计算(1).几何输入Motor-CAD中的“Geometry”选项用于使用轴向和径向视图定义电机几何。
在电磁环境中，只显示电磁模型中所用到的参数，因此隐藏了一些机器部件（如外壳、安装等）。
在Geometry -> Radial，我们将定子的径向几何设置如下：编辑参数后，按Enter键或单击“Redraw”按钮以更新图形。
编辑表格时，绿色突出显示哪些值已更改。
我们通过更改以下参数来设置转子磁钢几何结构：请注意，要指定第二个磁钢的参数，需要将磁钢层数设置为2后重新绘制图表。
这里我们还定义了转子中的冷却管道，转子铁心中的管道会改变电机的电磁性能。
在“Geometry -> Axial”选项中，我们设置了电机的轴向尺寸：再次按下Enter 或者Redraw来更新设置。
“Geometry -> 3D”选项显示电机的3D视图。
组件透明度级别可以通过在组件列表中右键单击来设置。
取消选中列表中的复选框，还可以隐藏组件或组件组。
(2).绕组定义定义好了几何图形，使用绕组选项来定义定子槽内的导体和绝缘。
“Definition”选项用于定义和可视化带有绝缘、浸渍、槽绝缘和槽楔的导体的位置，使其易于测试和检查不同的绕组配置。
“Pattern”选项提供了与线圈连接的绕组布局的快速配置和可视化，以及对相量图、绕组系数和谐波含量的分析。
绕组型式在“Winding -> Pattern”下，设置以下内容：Motor-CAD将根据指定的节距自动生成最佳的绕组模式，如下所示：通过选择“Phasors”选项，我们可以检查各个相位之间的电角度是否为120°，长度是否相等。
谐波分析在winding->pattern下，我们可以在Harmonics和Factors选项下检查这些值。
