8 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。mjs
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，R1和R2分别为定子电阻和转子电阻；X1为定子漏电抗包括槽漏抗、端部漏抗和谐波漏抗；X2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，X1和X2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R2和X2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，Xm为激磁电抗，RFe为铁心损耗所对应的电阻。Xm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U1时，可方便地由电路分析得出定子电流I1和折算到定子侧的转子电流 I2。电磁功率P迁徙自由m可由下式确定：
(8.1)
电磁转矩 Tm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Tfw为风阻和摩擦转矩
输出功率为
(8.4)
式中ω2=ω(1–s)为转子转速，单位：rad/s
输入功率为
(8.5)
式中，Pfw为风摩损耗，PCu2为转子铜损耗，PFe为铁心损耗，PCu1为定子铜损耗，Ps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Pha、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.soup的音标斜肩梯形槽
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。
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notavailableXm为非线性参数。漏磁场亦有饱和现象，定、转子漏电抗X1和X2也为非线性参数。由于集肤效应，R2和X2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。
美国 大学 排名从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>Inrt RMxprt Design。在Select Machine Type 会话框中选择Three-Pha 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wl ，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-Pha 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：
我会感谢你的
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。pitbull新歌
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。
son of bitch9. 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。sonar
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
1. Winding Layers：绕组层数。从下拉菜单中选择绕组层数（可选1和2）
2. Winding Type：绕组类型（参考7.5.1节的设置交流绕组类型）
1) 点击Winding Type显示WINDING Type对话框。
2) 从以下3种绕组类型中选择一种：
a. Editor
b. Whole Coiled
东施效颦译文c. Half Coiled
3) 点击OK关闭WINDING Type对话框。
3. Parallel Branches：定子一相绕组的并联支路数
4.Conductors per Slot：每槽导体数，槽中每个线圈的匝数与层数的乘积。输入0，RMxprt会进行自动设计。
5. Coil Pitch：以槽数度量的节距，节距是指一个线圈跨过的槽数目。例如，如果一个线圈起始边在1号槽，终边在6号槽，则节距为5。
6. Number of Strands：每个导体中导线的并绕根数。输入0，RMxprt会自动设计根数。
图 8.8 导线、导体和定子绕组数据
7. Wire Wrap：漆包线的双边漆皮厚度。输入0后能从导线库中自动获得
8. Wire Size：定子绕组导线的直径（输入0，RMxprt会自动设计）。用户可选择圆导线或扁导线两种型号。当槽型为1到4时，圆形导线可用（参考7.4.1节设置圆导线）。当槽型为5或6时，扁导线可用（参考7.4.2节设置扁导线）。
