利用MAXWELL軟件計算雙鼠籠電機起動性能

冮明望 隆德電氣（沈陽）有限公司孫英 泰豪沈陽電機有限公司

碗式MPS系列磨煤機用電機使用環境惡劣，起動轉矩要求較高，通常采用雙鼠籠結構，對于電機設計者來說一直是屬于比較難設計的電機，計算過程中電機性能的準確性差。近期接到用戶訂單YMPS600-6 630kW 6kV IP54 ，用戶對電機性能的要求：堵轉轉矩倍數≥2.6，堵轉電流倍數≤7.0，最大轉矩倍數≥2.3，且電機功率因數要求大于0.87。我們在設計此類電機時，在保證堵轉轉矩時一般會損失電機的功率因數，通常6極630kW 6kV IP54在起動性能滿足要求的情況下，功率因數一般在0.78左右，無法滿足本次訂單的要求，所以本次設計時我們更改了原有電磁方案并且使用MAXWELL軟件進行有限元仿真計算。

此次設計的難點是起動性能與功率因數的兼顧問題，由于此電機中心高為H600屬于非標準中心高，我們設計時可以采用H630中心高的沖片外圓1060，中圓采用770，增加了硅鋼片的用量；定子72槽，轉子86槽，雙鼠籠結構，上籠采用QAL9-4鋁青銅條，氣隙2mm。為保障設計的準確性，在使用傳統路計算器以外，本次使用MAXWELL二維場求解器對電機的堵轉狀態和滿載狀態進行了仿真，校正電機性能的同時還能計算肌膚效應下轉子導條在起動和穩態運行時的參數。

一、利用MAXWELL中RM進行三相感應電機的建模，電機主要參數如下：

1）定子沖片外徑：1060mm；

2）定子沖片內徑：770mm；

3）鐵芯長度530（含8個通風道）；

4）定子沖片72槽，材質為50W470；

5）定子線規2-1.9x5.0，每槽導體數為15匝，1路，節距1-11；

6）轉子沖片外徑：796mm；

7）轉子沖片內徑：520mm；

8）轉子采用雙鼠籠結構，上籠導條直徑10mm，材質為鋁青銅QAL9-4，電阻率0.123，下籠導條直徑12mm，材質為紫銅T2。電機堵轉轉矩倍數為1.26，堵轉電流倍數為8.7，電機功率因數0.87，此時電機性能不準確是由于上鼠籠材質輸入不正確導致的，需要我們在2D模型中進行修改。

1.首先在Design Setting中修改User De fined Data建立全圓模型。

圖2-1 建立全圓二維模型

2.選中所有的轉子導條進行布爾分裂操作，將鼠籠分裂成上下兩種，建立新材料QAL9-4，并將其電阻率按0.123進行設置，將布爾操作后的上籠導條材質設置為QAL9-4，下籠導條材質不變。修改后將上下鼠籠分別在端部短接建立2個EndConnecti on并賦予電阻和電感，此參數可以在RM中求取。

3.在Motion Setup中修改Mechanical，將電機轉速設置為0 rpm，計算堵轉狀態電機的性能。

4.在求解設置中保持默認參數不變，在按保存計算步長文件中設置10個保存點。

三、設施好鐵芯損耗和導體的渦流損耗后進行計算求得電機性能曲線如下

（一）取最后一個電周期0.18-0.2秒的轉矩波形，再進行RMS有效值求解得堵轉轉矩平均值為159kN ，滿足設計要求。

圖3-1 堵轉轉矩波形

（二）取最后一個電周期0.18-0.2秒的電流波形，進行有效值計算得到堵轉電流的

二、在RM中進行求解，此時由于無法將上籠材質按QAL9-4設置，我們將上下籠導條的材質均設置為75℃的紫銅。求解后有效值為503A，起動電流倍數為6.7。

圖3-2 堵轉電流波形

（三）查看電機堵轉時磁密云圖，電機磁密最高點為2T，其位置在轉子上下籠之間的部分。

（四）利用場求解器編輯公式，查看起動時上下籠導條的電流及導條損耗公式，通過計算我們可以得到，在堵轉狀態下轉子的電流還是非常大的接近3500A主要集中在上籠；而穩態下轉子導條的電流主要集中在下籠，電密幅值為7.1A/mm2，此時上籠導條電密幅值1.62A/mm2。

四、通過MAXWELL二維場仿真計算得到的結果與我們傳統計算程序計算結果進行比對分析，兩者計算差異不大，均能滿足用戶的要求。并且在MAXWELL 2D分析中，我們可以查看電機在肌膚效應下轉子導條的電流、電密等參數的分布情況，這在傳統計算程序中是無法實現的。

表4-1 不同計算軟件下的性能對比