案例分享:感應電機電磁計算
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感應電機(通常指異步電機)的電磁計算是電機設計中的一個重要環節,它涉及到電機的電機設計、制造、故障分析與診斷、科學研究與技術創新以及節能減排等方面都具有重要意義。以下內容以某感應電機為例介紹電磁計算的過程。
建模設置
1)幾何建模
建立三相感應電機2D仿真半模型。半模型中包括:定子、轉子、轉軸、雙層定子繞組和轉子導條,其中定子有24個定子槽,轉子有22個轉子導條。感應電機2D仿真計算半模型如下圖所示:
三相感應電機2D半模型
2)材料設置
在感應電機仿真模型中共有四種材料,分別為定轉子硅鋼片DW600、定子繞組為紫銅、轉子導條為鋁合金,以及定轉子之間的空氣氣隙。其中硅鋼片材料DW600的磁導率為非線性,在Simdroid和商軟里需要將材料B-H曲線數據(沒有找到合適的DW600B-H曲線,以牌號相近的DW540 B-H曲線代替)輸入材料屬性進行材料設置,硅鋼片材料的B-H曲線如下圖所示:
硅鋼片材料B-H曲線
空氣材料的相對磁導率為1,相對介電常數為1;紫銅的相對磁導率為1,電導率為5.8e7 S/m;鋁合金的相對磁導率為1,電導率為2.3e7 S/m。
3)邊界設置
三相感應電機仿真計算模型采用半模型,定子鐵芯的磁導率遠大于空氣,因此選擇定子外圓為磁力線平行邊界;電機具有反周期對稱性,在其他外側邊界上需要設置反周期邊界條件。另外,轉子、轉子導條、轉軸和轉子側氣隙為運動區域,轉子繞中心轉速為585rpm,運動區域如下圖所示:
感應電機運動區域設置
3)激勵設置
三相感應電機的定子槽的接線圖如下圖所示:
定子繞組接線圖
同時,建立以有效值為380V交流電壓源為激勵源的三相繞組電路模型,通過場路耦合施加三相感應電機的繞組激勵,電路模型如下圖所示:
三相繞組電路圖
最后設置端部連接、轉矩求解和磁鏈等,并考慮轉子導條的渦流效應進行三相感應電機的仿真計算。
電磁仿真分析結果
1) 磁感應強度云圖
電機轉矩穩定后的時刻的云圖如下。
穩定后磁感應強度云圖
2)磁力線云圖
查看三相感應電機的磁力線云圖,如圖所示。
磁力線云圖
3)轉矩曲線
查看三相感應電機的轉矩曲線,如圖所示。
轉矩曲線
4)氣隙磁密曲線
查看三相感應電機的氣隙磁密曲線,如圖所示。
氣隙磁密曲線
5)三相繞組電壓曲線
查看三相感應電機的三相繞組電壓曲線,如圖所示。
三相繞組電壓曲線
6)三相繞組磁鏈曲線
查看三相感應電機的三相繞組磁鏈曲線,如圖所示。
三相繞組磁鏈曲線
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