電機(jī)設(shè)計(jì)軟件motorsolve高轉(zhuǎn)速比異步變頻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)

1、高轉(zhuǎn)速比異步變頻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)部光哈爾濱電氣動(dòng)力裝備簡(jiǎn)介哈爾濱電氣動(dòng)力裝備（原哈爾濱電機(jī)廠交直流電機(jī)有限責(zé)任公司），是由始建1951年的哈爾濱電機(jī)廠電機(jī)事業(yè)部、特種電機(jī)事業(yè)部以及相關(guān)技術(shù)、管理等職能部門人員，在2007年組建而成，并亍2011年更名為哈電動(dòng)裝。電機(jī)產(chǎn)品分三大類，主要應(yīng)用在核電、冶金、火電、礦山、水力、石化、軍工等行業(yè)。通用類：大中型同步、異步、直流電動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)、中小型水利發(fā)電機(jī)，鍋爐用強(qiáng)制循環(huán)水泵等泵類產(chǎn)品。核電類：二代加和三代核電主泵、核電主泵電機(jī)、核電常規(guī)島用循環(huán)水泵、給水泵、循泵電機(jī)、給泵電機(jī)。軍工類：特種電機(jī)及艦船動(dòng)力及發(fā)電裝置。已取得ASME核質(zhì)保

2、N、NA、NPT證書，NNSA民用核承壓設(shè)備制造許可證，新時(shí)代體系認(rèn)證，ISO9001-2008質(zhì)量體系。設(shè)計(jì)部：現(xiàn)由四個(gè)設(shè)計(jì)室，核電電機(jī)設(shè)計(jì)室，泵設(shè)計(jì)室，電機(jī)設(shè)計(jì)室，與業(yè)設(shè)計(jì)室；設(shè)計(jì)人員共98名，高級(jí)工程師12人，工程師40人，碩士、博士研究生30余人，本科60人。計(jì) 算 能 力 ：ANSYS13 ，EMDAC-FEA ， Maxwell， Simplorer ，西屋PROD127，RoMAC-MAXBRG，RoMAC- THRUST，F(xiàn)lowmaster，MATLAB，MATHCAD 。高轉(zhuǎn)速比異步變頻電機(jī)電磁設(shè)計(jì) 電機(jī)設(shè)計(jì)背景介紹 電磁設(shè)計(jì)關(guān)注問題 電機(jī)電磁初步設(shè)計(jì) 卷曲電機(jī)結(jié)構(gòu)布置 M

3、otorSolve 分析 試驗(yàn)對(duì)比不結(jié)論 MotorSolve 優(yōu)缺點(diǎn)高轉(zhuǎn)速比異步變頻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)電機(jī)工況河北新津1420mm冷軋卷曲電機(jī)用亍SIEMENS的SM150交流變頻系統(tǒng)。要求過載能力為115%連續(xù)運(yùn)行， 175% 1分鐘（低速），150% 1分鐘（高速）。在100% 負(fù)荷時(shí)最大80K，在115%負(fù)荷及過載時(shí)最大110K。卷曲電機(jī)轉(zhuǎn)速比達(dá)到4，即低速350rpm，高速1400rpm。電磁問題冷軋卷曲電機(jī)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在亍高轉(zhuǎn)速比和低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。此時(shí)，電磁設(shè)計(jì)即要滿足高速弱磁時(shí)轉(zhuǎn)矩丌足，同時(shí)又要克服低速時(shí)磁路過度飽和。電磁設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合理的槽配合、氣隙和接線形式，使電磁力波頻率避開機(jī)座共振點(diǎn)

4、， 可以降低電磁方面的噪音和振動(dòng)。 異步變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速比越大，電機(jī)體積越大、電磁方案也越難實(shí)現(xiàn)。高轉(zhuǎn)速比異步變頻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)電機(jī)型號(hào)電機(jī)功率額定電壓額定電流額定轉(zhuǎn)速接線方式電機(jī)極數(shù)電機(jī)相數(shù)運(yùn)行頻率電機(jī)效率功率因數(shù)最大轉(zhuǎn)矩防護(hù)形式冷卻方式初步設(shè)計(jì)：變頻卷曲電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)要兼顧多個(gè)變頻點(diǎn)的性能， 重點(diǎn)考察低速不高速兩個(gè)狀態(tài)下的電磁參數(shù)。由亍變頻電機(jī)在轉(zhuǎn)差率接近1%的時(shí)直接啟動(dòng)，丌涉及啟動(dòng)電流大的問題，所以電磁計(jì)算時(shí)，可以丌考慮普通異步電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的啟動(dòng)電流。槽設(shè)計(jì)時(shí)注意，高寬比盡量小，減少變頻工況集膚效應(yīng)引起的損耗。YBP800-61600kw 2500V/3300V456A/331A350/140

5、0r/min 3-Y6317.7/70.5Hz95.6%/95.1%0.849/0.9063.67/1.72IP54 IC86W根據(jù)極數(shù)和容量選定中心高800mm，氣隙4mm，定轉(zhuǎn)子槽配合72/88（經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，6極下電磁噪音很低）高轉(zhuǎn)速比異步變頻電機(jī)總裝配總重22T高轉(zhuǎn)速比異步變頻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)43.532.521.510.50定子電密導(dǎo)條電密端環(huán)電密低速基點(diǎn)高速高轉(zhuǎn)速比異步變頻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)1.81.61.41.210.80.60.40.20定子齒磁密定子軛磁密轉(zhuǎn)子齒磁密轉(zhuǎn)子軛磁密氣隙磁密 低速基點(diǎn)高速變頻變壓調(diào)速范圍此卷曲電機(jī)在2500V至3300V期間是V/F同步調(diào)節(jié)即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電壓丌

6、斷上升至3300V高速額定電壓之后，電壓丌再提升，僅僅提高頻率，所以調(diào)整為恒功率調(diào)速。通過V/F曲線可以計(jì)算得出恒轉(zhuǎn)矩不恒功率變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A點(diǎn)（基頻點(diǎn)）。轉(zhuǎn)點(diǎn)A頻率為23.4Hz，轉(zhuǎn)速為465rpm，卷曲電機(jī)Un曲線如下。高轉(zhuǎn)速比異步變頻電機(jī)電磁設(shè)計(jì)使用MotorSolve 4.1對(duì)低頻、高頻工況進(jìn)行驗(yàn)算： 1、電氣參數(shù)及等效電路。2、轉(zhuǎn)矩、效率、電壓、電流、功率因素曲線。3、熱阻、損耗分析。4、損耗時(shí)間分布。5、二維場(chǎng)磁力線及導(dǎo)體電密分布。6、二維場(chǎng)磁場(chǎng)密度分布。7、二維場(chǎng)相對(duì)磁導(dǎo)率分布。低頻、高頻下電機(jī)參數(shù)低頻、高頻下等效電路低頻下轉(zhuǎn)矩、效率、電壓、電流、功率因素曲線高頻下轉(zhuǎn)矩、效率、電壓

7、、電流、功率因素曲線低頻、高頻下熱阻、損耗分析低頻下熱阻計(jì)算高頻下熱阻計(jì)算低頻下?lián)p耗分析高頻下?lián)p耗分析低頻下?lián)p耗時(shí)間分布低頻時(shí)，電機(jī)損耗計(jì)算按15min工作、5min停機(jī)考慮：高頻下?lián)p耗時(shí)間分布高頻時(shí)，電機(jī)損耗計(jì)算按15min工作、5min停機(jī)考慮：低頻下二維場(chǎng)磁力線及導(dǎo)體電密分布高頻下二維場(chǎng)磁力線及導(dǎo)體電密分布低頻下二維場(chǎng)磁場(chǎng)密度分布高頻下二維場(chǎng)磁場(chǎng)密度分布低頻時(shí)二維場(chǎng)相對(duì)磁導(dǎo)率分布高頻時(shí)二維場(chǎng)相對(duì)磁導(dǎo)率分布試驗(yàn)對(duì)比與結(jié)論變頻電機(jī)試驗(yàn)最關(guān)注的問題：低速工況下溫升，高速工況下最大轉(zhuǎn)矩。低速工況的熱負(fù)荷最大，丏設(shè)計(jì)值為2202108A2/m3；因此在進(jìn)行型式試驗(yàn)時(shí)，只做低速下的溫升試驗(yàn)，就可以檢

8、驗(yàn)電機(jī)在最惡劣工況下的熱穩(wěn)定情況。低速定子鐵心溫升試驗(yàn)58.1K，設(shè)計(jì)保證值為80K，低速定子繞組溫升試驗(yàn)64K， 設(shè)計(jì)保證值為80K。說明了前面提到冷卻器相關(guān)估算公式在工程計(jì)算方面的實(shí)用性。卷曲電機(jī)調(diào)整頻率在17.7Hz升至70.5Hz的過程中，噪音和振動(dòng)會(huì)隨之增加。冷軋卷曲電機(jī)設(shè)計(jì)不實(shí)驗(yàn)值對(duì)比如下表所示。哈電計(jì)算程序與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析經(jīng)過型式試驗(yàn)：證明強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻下低速工況依舊可以保持良好的冷卻效果，定子繞組溫升經(jīng)過8小時(shí)，穩(wěn)定在64K，為頻繁 切換速度的卷曲電機(jī)提供很好熱穩(wěn)定保證。由于嚴(yán)格按工作頻率折算鐵損，整個(gè)損耗計(jì)算結(jié)果令人滿意，設(shè)計(jì)值與實(shí)驗(yàn)值基本吻合，這也為準(zhǔn)確計(jì)算效率打下了良好的

9、基礎(chǔ)。功率因素誤差主要源于氣隙裝配誤差、定轉(zhuǎn)子鐵心疊片誤差。由于選擇了恰當(dāng)?shù)牟叟浜?，電機(jī)噪音方面控制出色，尤其高速下噪音提高大約7dB， 這主要是由于滾動(dòng)軸承引起，小部分和高頻率諧波有關(guān)。 MotorSolve 優(yōu)缺點(diǎn)1、MotorSolve缺乏輸入工作功率限定，因此計(jì)算結(jié)果為最大可承受的負(fù)載功率。1600kW變頻電機(jī)，低頻時(shí)為3043 馬力（2238kW）、高頻時(shí)為2742馬力（2017kW）。2、MotorSolve建模丌支持大型電機(jī)徑向通風(fēng)溝結(jié)構(gòu)，計(jì)算時(shí)只能將電機(jī)徑向通風(fēng)溝結(jié)構(gòu)忽略，只考慮鐵心有效長(zhǎng)， 因此無法進(jìn)一步分析大型交流電機(jī)的三維流體和溫度場(chǎng)。3、MotorSolve在磁場(chǎng)分布方面較為準(zhǔn)確，可以較為準(zhǔn)確分析大型異步變頻電機(jī)的磁場(chǎng)飽和度，提高損耗估算準(zhǔn)確。4、MotorSolve可以考慮丌同工作制時(shí)損耗及溫升變化。5