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三相感应电机的定子绕组通常连接到对称的三相电源上。定子绕组由p对极组成,在空间成正弦分布,定子电流产生旋转磁场。转子绕组一般为鼠笼型,其极数与定子绕组保持一致。转子导条中感应的电流反过来又产生一个旋转磁场,这两个旋转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。
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三相感应电动机
本章我们将简化RMxprt一些基本操作的介绍,以便介绍一些更高级的使用。有关RMxprt
基本操作的详细介绍请参考第一部分的章节。
8.1 基本理论
三相感应电机的定子绕组通常连接到对称的三相电源上。定子绕组由p对极组成,在空间成
正弦分布,定子电流产生旋转磁场。转子绕组一般为鼠笼型,其极数与定子绕组保持一致。转
子导条中感应的电流反过来又产生一个旋转磁场,这两个旋转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。
定子绕组分为p组线圈,每一组都按三相对称分布,在电机中占据 πD/2p空间,此处D为气
隙直径。因而气隙磁场有p个周期,定子绕组具有p对极。
三相感应电动机的特性是基于等效电路进行分析的。 电机三相对称,其中一相的等效电路
如图8.1所示。
图 8.1 一相的等效电路
图8.1中,R
1
和R
2
分别为定子电阻和转子电阻;X
1
为定子漏电抗包括槽漏抗、端部漏抗和
谐波漏抗;X
2
为转子漏电抗,包括槽漏抗、端部漏抗、谐波漏抗和斜槽漏抗。由于漏磁场有饱
和现象,X
1
和X
2
为非线性参数。等效电路中的各项参数均与定子电流、转子电流有关。由于集
肤效应R
2
和X
2
均为由图8.2所示的分布参数等效电路导出的等效值,且随转子滑差s变化。所有
转子参数都折算到定子侧。
图 8.2 一相的分布参数等效电路
在激磁回路中,X
m
为激磁电抗,R
Fe
为铁心损耗所对应的电阻。X
m
是经过线性化处理的非线
性参数,其数值随主磁场的饱和程度而变化。
外施相电压U
1
时,可方便地由电路分析得出定子电流I
1
和折算到定子侧的转子电流 I
2
。电磁
功率P
m
可由下式确定:
(8.1)
电磁转矩 T
m
为
(8.2)

式中ω为同步转速,单位:rad/s
轴端输出机械转矩为
(8.3)
式中 T
fw
为风阻和摩擦转矩
输出功率为
(8.4)
式中ω
2
=ω(1–s)为转子转速,单位:rad/s
输入功率为
(8.5)
式中,P
fw
为风摩损耗,P
Cu2
为转子铜损耗,P
Fe
为铁心损耗,P
Cu1
为定子铜损耗,P
s
为杂散
损耗。
功率因数由下式确定:
(8.6)
效率由下式确定:
(8.7)
8.2 主要特点
8.2.1 线圈和绕组的排列优化设计
几乎所有常用的三相和单相,单层和双层,整数槽和分数槽交流绕组都能自动设计。用户
不需要一个接一个的自己定义线圈。
当设计者采用全极式单层绕组时,RMxprt将自动对绕组进行排列,以减少绕组端部长度。
当使用不对称三相绕组时,绕组排列按照最少负序和零序进行优化。
8.2.2 支持任何单、双层绕组设计的绕组编辑器
除了利用RMxprt中的绕组自动排列功能,用户也能通过Winding Editor来指定特殊形式的
绕组排列。
在Winding Editor(绕组编辑器)中,通过改变每个线圈的相属Phase、匝数Turns、入槽号
In Slot和出槽号Out Slot,可排列出任意所需的单、双层绕组分布形式。
8.2.3 支持二十多种单鼠笼转子和双笼转子设计
鼠笼转子槽一般分为以下4种:
1.圆肩梨形槽
2.斜肩梨形槽
3.斜肩梯形槽
4.圆肩梯形槽
如何配和双笼式(上笼Top、下笼Bottom)和半槽式 ( Half Slot )槽型,感应电机可设计出二
十多种槽型,例如:

1.圆形双笼:如图8.3a所示,可由 Top 1圆肩梨形 + Bottom 1圆肩梨形构成。
2.刀型槽:如图8.3b所示,可由 Top 4圆肩梯形+ Bottom 3斜肩梯形 + Half Slot半槽式构成。
a. 圆形双笼 b. 刀型槽
图8.3 鼠笼结构的槽型
8.2.4 任何运行工况下都能考虑非线性参数和分布参数的影响
由于主磁场存在饱和现象,激磁电抗X
m
为非线性参数。漏磁场亦有饱和现象,定、转子漏
电抗X
1
和X
2
也为非线性参数。由于集肤效应,R
2
和X
2
均为由分布参数电路导出的等效值,且随
转子滑差s变化。RMxprt对电机的任何运行工况都考虑了饱和与集肤效应的影响,因而非线性参
数计算和分布参数计算准确度高。
8.3 三相感应电动机设计
这一节,我们将演示三相感应电动机设计的一般流程。
点击Start>Programs>Ansoft>Maxwell 12>Maxwell 12从桌面进入Maxwell界面。
从RMxprt主菜单条中点击 File>New 新建一个空白的Maxwell工程文件Project1。
从RMxprt主菜单栏中点击Project>Insert RMxprt Design。在Select Machine Type 会话框
中选择Three-Phase Induction Motor,然后点击OK返回RMxprt主窗口。这样就添加一个新的
RMxprt设计。
从RMxprt菜单栏中点击File>Save。如果想把项目另存为IndM3_6p50Hz11kW.mxwl ,可从
下拉菜单选择Save As然后点击Save返回 RMxprt 主窗口。(参见3.2.6设置默认的项目路径)
分析这个算例,需要做以下几项设置:
1. 设置模型单位(参考章节2.3.2.7设置模型单位):
2. 配置 RMxprt 材料库 (参考章节3.4.1配置材料库):
3. 编辑线规库 (参考章节3.3.2 到3.3.6):
当选择Three-Phase Induction Motor做为电机模型时,必须输入如下几项:
1. General data. (基本性能数据)
2. Stator data. (定子数据)
3. Rotor data. (转子数据)
4. Solution data. (解算数据)
可在定子和转子中选择添加或去掉通风孔。
8.3.1 基本性能设计
在项目树下双击Machine图标,可显示 Properties.对话框。

在如图8.4所示的Machine列表下定义基本性能数据。
1. Machine Type:电机类型。
2. Number of Poles:电机极数。其值为定子极数的总和(或极对数×2)。
3.Stray Loss Factor:杂散损耗系数,杂散损耗与额定输出功率的比值。杂散损耗有两部分
构成,一部分是由铜线中电流分布不均匀引起的损耗;另一部分是由于负载电流使磁通发生改
变,导致的附加铜损。IEEE标准中对2500hp以下交流电动机的杂散损耗分成3个参考等级:
1) 1-125 HP = 1.8%的额定输出功率
2) 126-500 HP = 1.5%的额定输出功率
3) 501-2499 HP = 1.2%的额定输出功率
4. Frictional Loss:在参考转速下测得的摩擦损耗(由摩擦产生)
5. Wind Loss:参考转速下测得的风阻损耗(由空气阻力产生)
6. Reference Speed:所给的参考转速。
点击OK关闭Properties对话框。
图8.4 基本性能参数
8.3.2 定子设计
定子由冲片叠压制成,三相交流绕组安放其中。
双击项目树中的Machine>Stator图标,显示Properties对话框。
在如图8.5所示的Stator列表中输入定子数据。
1. Outer Diameter:定子外径。
2. Inner Diameter:定子内径。
3. Length:定子铁心的轴向长度。
4. Stacking Factor:定子的迭压系数
5. Steel Type:定子铁心材料类型(参考7.3节设置材料类型)
6. Number of Slot:定子槽数
7. Slot Type:定子槽型(参考7.1.1节槽型)
1) 点击Slot Type显示Select Slot Type对话框。
2) 选择一种槽型(有6种类型可用)
3) 点击OK关闭Select Slot Type对话框。
8. Lamination Sectors:迭片分区数。对于大型感应电动机,一个迭片可能由如图8.6所示的
几个扇形组合而成,而不是一个整体的圆形迭片。迭片分区数表示一个迭片由几个这样
的扇区组成。

9. Pressboard Thickness:导磁隔板的厚度。键入0表示为一个非导磁的隔板
10. Skew Width:斜槽(以定子槽数计)
点击OK关闭Properties对话框。
图 8.5 定子数据
图 8.6 一个定子迭片扇区
8.3.2.1
定子槽型设计
双击项目树中的Machine>Stator>Slot图标,显示Properties对话框(参考7.1.1节槽型)。
在如图8.7所示的Slot卷标中定义定子槽型的几何数据。
点击OK关闭Properties对话框。
图 8.7 定子槽型尺寸
8.3.2.2
设计定子绕组
双击项目树中的Machine>Stator>Winding图标,显示Properties对话框,其中包含两个列表:
Winding 和End/Insulation。
8.3.2.2.1 定义导线、导体和定子绕组
在如图8.8所示的Winding列表中定义导线、导体和定子绕组
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