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人大工作

基于Ansoft的三相感应电机方案设计及优化

发布: 2020-06-29 04:41:11   阅读: 次 【   

zoޛ)j首方案后应用Ansoft软件进行设计及分析优化,最终确定最优参数。

关键词:电机;设计优化;功率;转矩

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.145

1 引言

所谓电机优化设计室指在满足国家标准、用户要求以及特定约束条件下,使电机效率、体积、功率、重量等设计性能指标达到最优的一种技术[1]。以往电机设计均采用先计算电机参数、制造样机再进行实验验证后改进的方法,不仅花费巨大,而且周期很长。应用ansoft软件,采用先分析参数选最优方案,再制作样机进行实验验证的方法。一套方案只需很短的时间就可以验证完毕,各种设计思路可以马上得到验证。大大减小了零件的加工时间和费用。本文针对某电动汽车使用的三相感应电机的设计方案应用ansoft软件进行分析,最终确定设计参数。

2 三相感应电机的设计结构及其参数

根据设计需求,电机为恒功率运行,初步设计三相感应电机的额定功率为11kW, 额定电压380v,极数4极,气隙大小0.5cm。通过计算和查表,确定电机主要参数:定子槽数36,外径160mm,内径170mm,长度155mm;转子槽数26,外径169mm,内径60mm,长度155mm。

电机的初始设计模型:电机定子绕组连接到对称的三相电源上。定子绕组由2对极组成,在空间成正弦分布,定子电流产生旋转磁场。转子绕组为鼠笼式结构,转子导条中感应的电流又产生一个旋转磁场。两个磁场在电机气隙中相互作用产生合成磁场。气隙合成磁场与转子导条电流相互作用产生电磁转矩,使转子按磁场旋转的方向旋转,同时有一个大小相同方向相反的转矩反作用于定子上。

3 分析方案

根据设计方案和电机特点,利用磁路计算和有限元结合的方法,采用RMxprt软件和maxwell2D分析软件,研究所设计的电机的空载特性,启动特性等,并对影响电机性能的设计参数进行优化,确定最佳设计方案。大体流程为:

4 RMxprt分析结果

根据初始设计的电机结构,采用RMxprt软件进行磁路计算,对三相感应电机的特性进行了分析,得到电机效率,输出功率,输入电流,输出转矩等性能曲线和数据。列出电机的主要性能指标:

从以上对比数据可以看出,电机主要性能参数的计算值与仿真值的偏差很小。设计的电机达到使用要求,对电机的各个设计参数优化分析,下面将电机的频率f和电压U作为参数进行扫描优化,得到对应的效率和转矩曲线如下图2图3所示:

上述优化结果图中可以看出,当频率或电压逐渐增加时,都能达到输出的额定转矩,但相应会使初始电流增加,电机的损耗增加,效率下降,成本增加。因此,選用V=380v,F=50Hz,满足性能要求,损耗最小。还可以对电机的其它设计参数和结构参数进行多组合优化,通过分析得到性能曲线,确定最优组合,本文不再一一赘述。

5 分析结果

(1)电流和转矩。通过分析得到三相电流和转矩曲线如图4、图5所示,当电机处于稳定运行状态时,在转速为n=1460rpm时,输出为额定状态,转矩趋于稳定。三相电流也趋于正弦分布,完全满足设计要求。

(2)漏磁通的计算。通过计算电机的漏磁通,改变设计,优化性能,使电机的效率达到最大。

(3)磁密分布和磁饱和度。由电机定转子的磁密分布云图,得出电机定子中出现磁密最大值Bmax为1.84281。而电机中选用的定子材料为D23_50_2DSF0.920,该种材料的饱和磁密B=2.45734, B>Bmax, 所以材料中磁密未达到饱和,满足要求。

6 结论

综上,完成了三相感应电机的设计及各种方案优化,最终由性能参数确定了电机的设计参数。应用该软件进行设计,大大缩短了开发周期及成本。

参考文献:

[1]包广清,江建中.现代电机优化设计纵横谈[J].中小型电机.2004,31(04):1-6.

作者简介:杨佳(1981-),女,硕士研究生,工程师,研究方向:机械设计及理论。

 

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