三相感应电动机的有限元分析.pdf

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1、·38·煤矿机电2011年第4期三相感应电动机的有限元分析袁星(河南理工大学电气学院，河南焦作454000)摘要：构建三相感应电动机模型，分析电磁场的数学模型，提出了基于有限元分析软件MagNet对三相感应电动机的仿真建模方法。利用MagNet软件建立三相感应电动机2D仿真模型，对电磁场分布进行2D瞬态磁场仿真，对电动机的起动性能进行2D动态仿真，仿真曲线表明三相感应电动机起动速度快运行平稳，分析结果表明该电动机设计是切实可行的。关键词：MagNet软件；有限元分析；2D瞬态仿真；2D动态仿真中图分类号：TM154文献标识码：

2、A文章编号：1001—0874(2011)04—0038—03FiniteElementAnalysisofThree—PhaseInductionMotorYUAN(CollegeofElectricalandAutomationEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China)Abstract：Buildingthree—phaseinductionmotormodelandanalyzingthemathematicalmodelofelectromag

3、neticfield，thesimulationmodelingmethodofthree—phaseinductionmotorisproposedbasedonfiniteelementanalysisMagNetsoftware．The2Dsimulationmodelofthree—phaseinductionmotorisestablishedbyMagNetsoftwareandcarrieso1"12Dtransientmagneticfieldforelectromagneticfielddistributio

4、n．Thestartingperformanceofmotorprocess2Ddynamicsimulation，thesimulationCurveshowsthatthestartingspeedofthree—phaseinductionmotorrunssmoothlyandtheanalysisresultsindicatesthatthemotordesignisfeasible．Keywords：MagNetsoftware；finiteelementanalysis；2Dtransientsimulation

5、；2Ddynamicsimulation表1三相感应电动机设计参数1三相感应电动机的模型构建1．1电动机模型相数极对数喜转~子／额r定．m转in速-1定子／m外m径转／mm铁度利用Autoead软件，构建了图1的电动机模型，3436261500260l70l30其输出功率选取7．5kW，具体设计参数见表1。×日：+亡}×E：二dtXB=0VXD=P式中：E——电场强度，V／m；B——磁感应强度，T；D——电位移矢量，C／m；图1电动机模型磁场强度，A／m；1．2电场分析的数学模型_，——电流密度，A／m；电磁场内在规律由麦克斯

6、韦方程组表达如下：p——电荷密度，C／m。2011年第4期煤矿机电·39·采用2D电磁场分析模型，其矢量场位近似认大致可以分为：转子内的磁场，铁心中的磁场，极为只有轴向分量，只研究与电动机轴垂直的横截面问漏磁场与槽内漏磁场，绕组端部漏磁场以及气隙磁场。一般电流被认为是已知的并恒定不变，无感磁场。其中转子、铁心和气隙磁场为主磁场，其它为应的涡流，电磁场方程为：漏磁场。利用MagNet软件瞬态2D仿真工具对电动机电磁场进行瞬态仿真，等磁势分布见图3。Ox()+()：一J(2)式中：——磁阻率；I，——电流密度；A——矢量磁位的轴向

7、分量。有限元法与式(2)相应的泛函数为：(A)=一Ja]aa+』，H1Ads(3)．式中：曰——磁通密度；磁场区域。利用MagNet导人由Autoead画的电动机模型，图3三相四极感应电机等磁势分布图在电动机模型中添加相应的材料，以及完成参数设定和绕组的连接，构造三相感应电机MagNet有限元由图3可见，电磁场分布无明显磁场涡流和漏仿真模型。有限元法的基本思想是将问题的求解区磁，电磁损耗低，效率高，有利于电动机稳定运行。域划分为一系列的单元，单元之间仅靠节点连接；单2．2电动机2D动态分析元内部点的待求量可由单元节点量通过选定

8、的函数在原来的电动机仿真模型中添加动子进行2D关系插值求得，然后将各个单元的方程组合在一起动态仿真，主要对电动机起动时的电磁转矩和速度形成总的代数方程组，记人边界条件后即可对方程进行性能分析。电动机空载时的电磁转矩见图4。组求解。单元划分越细，计算结果就越精确，花费的由图4看