Моделирование асинхронного электродвигателя с использованием программного модуля Ansys Maxwell RMxprt

Abstract

В работе изложены результаты исследования в области проектирования и моделирования электрических машин для электротехнологий с использованием программного модуля Ansys Maxwell RMxprt. Данный программный модуль основан на аналитической теории электрических машин. В связи с этим, рассмотрены математические модели обобщенной асинхронной машины и асинхронной машины с короткозамкнутым ротором, основанные на классической аналитической теории асинхронных машин. С использованием интерактивной параметризированной модели трехфазного индукционного двигателя выполнено моделирование асинхронного двигателя для электротехнологий. Расчет асинхронного электродвигателя для электротехнологий проводился при следующих исходных данных: выходная мощность – 15 кВт, номинальное напряжение – 380 В, частота – 50 Гц, номинальная скорость вращения – 970 об/мин, потери мощности на трение – 150 Вт, паразитные потери – 750 Вт, рабочая температура – 75 ºС. Исходные расчетные параметры статора: число пазов – 60, внешний и внутренний диаметры соответственно – 340 и 205 мм, длина статора – 310 мм, тип стали M19_24G. Форма пазов выбрана I-го типа со следующими геометрическими размерами: hs0 = 0,8 мм; hs2 = 39,48 мм; bs0 = 3 мм; bs1 = 4,8 мм; bs2 = 8,2 мм. Исходные расчетные параметры ротора: число пазов – 36, внутренний диаметр – 80 мм, длина ротора – 310 мм, тип стали M19_24G. Форма пазов, также, выбрана I-го типа со следующими геометрическими размерами: hs0 = 0,5 мм; hs2 = 14,34 мм; bs0 = 1 мм; bs1 = 3,3 мм; bs2 = 3,3 мм. В результате получены рабочие характеристики смоделированного асинхронного электродвигателя для электротехнологий. Установлены основные рабочие параметры спроектированного электродвигателя: момент на валу М = 200 Н х м, КПДм = 85 %, фазный ток І = 45 А, коэффициент мощности cos(ф) = 0,8. Проанализированы преимущества использования интерактивных параметризированных моделей программного модуля Ansys Maxwell RMxprt для проектирования электрических машин и анализа их робочих характеристик.

The paper presents the results of research in the area of scientific exploration of design and simulation of electric machines for electric technologies using Ansys Maxwell RMxprt program module. This program module is based on the analytical theory of electric machines. The mathematical models of generalized asynchronous machine and asynchronous machine with squirrel cage rotor are considered. Simulation of induction motor for electric technologies is performed using an interactive parameterized model of three-phase induction motor. The initial data of calculation of the induction motor for electric technologies: the output power – 15 kW nominal voltage – 380 V, frequency – 50 Hz, nominal rotary speed – 970 rpm, the power of friction losses – 150 W, parasitic losses – 750 W , the operating temperature – 75 ° C. Design parameters of the stator: the number of slots 60, outer and inner diameters accordingly – 340 and 205 mm, 310 mm. The stator length – 310 mm, type of steel – M19_24G. Dimensions of first slots form type: hs0 = 0,8 mm; hs2 = 39,48 mm; bs0 = 3 mm; bs1 = 4,8 mm; bs2 = 8,2 mm. Design parameters of the rotor: the number of slots 36, inner diameter – 80 mm. The rotor length – 310 mm, type of steel – M19_24G. Dimensions of first slots form type: hs0 = 0,5 mm; hs2 = 14,34 mm; bs0 = 1 mm; bs1 = 3,3 mm; bs2 = 3,3 mm. As a result, performance characteristics of induction motor are obtained. Main operating parameters of simulated induction motor are established. Result parameters of simulation: torque –200 N х m, efficiency – 85 %, phase current – 45 A, power factor – 0.8. The advantages of interactive parameterized models of Ansys Maxwell RMxprt program module for the design of electrical machines and analysis of motor performance are analyzed.