三相异步电动机不等匝绕组计算软件研究

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基于Ansoft RMxprt的三相异步电机设计分析

STATOR DATA
Length of Stator Core (mm): 155 Stacking Factor of Stator Core: 0.98 Type of Steel: 50DW470 Number of lamination sectors 0 Press board thickness (mm): 0 Magnetic press board No Number of Parallel Branches: 1 Type of Coils: 11 Coil Pitch: 5 Number of Conductors per Slot: Number of Wires per Conductor: Wire Diameter (mm): 1.291 Wire Wrap Thickness (mm): 0.04
定子绕组
定子绕组端部数据和绝缘数据
定子绕组类型
转子数据
转子槽类型
转子槽形数据
转子铸铝绕组
轴材料设定(磁性、非磁性)
仿真设置
求解异步电机
结果查看
设计单
Three-Phase Induction Motor Design File: Setup1.res
GENERAL DATA
RATED-LOAD OPERATION

Copper Loss of Stator Winding (W): Copper Loss of Rotor Winding (W): Iron-Core Loss (W): 200.675 Frictional and Windage Loss (W): Stray Loss (W): 110 Total Loss (W): 1001.82 Input Power (kW): 12.1174 Output Power (kW): 11.1156

基于模糊PI控制的三相异步电机Simulink建模与仿真

２控制系统仿真模型搭建原理
图３控制系统的仿真模型
整个控制系统仿真模型搭建的原理图如图２所
示。
整个仿真模型包括了Ｃａｋ换、ａｋ变换、ｌｅ变ｒＰｒ磁
通估计器、速调节、通调节、矩调节、ａｋ反变转磁转Ｐｒ换、ｌｋ反变换和电流控制器等模块，Ｃａｅｒ其详细结构将
ｔｍｉｕｚ — Ｉｃｎｒｌｈｓｅｃｌｎｅｏｍａｃｓｏｔｒｎ，ａｃｌｒｔｇａｄｓｅｄｒｇｌｔｎｅｗｔｆｚｙＰｏｔａｘｅｌｔｐｆｒｎｅｆｓａｔｇｃｅｅａｉｎｐｅｅａｉ．ｈｏｅｉｎｕｏ
ｐａｅａｙｃｒｎｕｔｒｖｃｏｒｑｅｃｏｖｒｉｎｃｎｒｌｓｓｅｆｒｔｅｄａｈａｍｔｒｎｕ．Ｔｅｓｍｕａｉｎｍｏｅｒｔｅｃｎｒｌｈｓｓｎｈｏｏｓｍｏｏｅｔｒｆｅｕｎｙｃｎｅｓｏｏｔｏｙｔｍｏｉｐｒｇｍｅｅｉｇｐｍｐｈｉｌｔｄｌｏｔｈｏｏｆｈｏ
Ｋｅｒｙｗｏｄｓ：ｔｒｅｐｓｓｎｃｒｎｕｓｍｏｏ；ａｈｒｇｍｅｅｒｎｍｐｓ；Ｄ；ｕｚｙ－ｏｒｌｈｅ — ｈａｅａｙｈｏｏｔｒｄｉｐａｍｔｉｇｐｕＰＩｆｚＰＩｃｎｔｏ
０引言
随着生产的发展和生活质量的不断提高，量泵计

三相异步电动机课件讲解资料

4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理
一、转动原理
1、电生磁：三相对称绕组通
往三相对称电流产生圆形旋转磁场。
2、磁生电：旋转磁场切割
转子导体感应电动势和电流。
3、电磁力：转子载流（有功
分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。
• V2
W1
•
n1 •
Eq1( q1 ) 4.44 fqNck y1kq1 1 4.44 fqNckw1 1
kq1
=
Eq1(q>1) Eq1(q=1)
=
sin qa 2
qsin a
2
称为基波分布系数:
线圈组电动势等于集中线圈组电动势打的一个折扣.
kw1 = k y1kq1
称为基波绕组系数。
第4章三相异步电动机
二、转子部分
1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 2、转子绕组： 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。
三、气隙
异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。
第4章三相异步电动机
状态
实现
转速转差率电磁转矩能量关系
电动机
定子绕组接对称电源
0 < n < n1
0 s 1
驱动电能转变为机
械能
电磁制动
外力使电机沿磁场反方向旋转
n<0
s 1
制动电能和机械能变
成内能
发电机
外力使电机快速旋转
n > n1
s0

基于Maxwell与Simplorer的三相异步电机变绕组调速系统仿真

基于Maxwell与Simplorer的三相异步电机变绕组调速系统仿真陈铎文;蔡卓剑;吴敏;赵荣祥;杨欢【摘要】In terms of the wide speed range requirement of the traction system of EV (electric vehicle),it introduced a method to expand the speed range of a three-phase asynchronous motor via changing the equivalent turns of stator ing the method caused sudden changes of motor parameters during winding change-over,thus there's been no mature method to analyze the transient,or to estimate potential consequences as current surge,torque disturbance or even breakdown of power devices.It based on the field-circuit coupling simulation mainly discusses the way to run Maxwell and Simplorer co-simulation for winding change-over transient analysis dealing with 9-lead motormodeling,endwinding parameter extracting and control loop design.The result displays accurate and proves to be an effective way for analysis.%针对电动汽车电机驱动系统的宽调速范围要求,分析一种通过改变定子绕组等效匝数来拓宽三相异步电机调速范围的方法,由于采用该调速方法在绕组切换过程中会引起电机参数突变,目前还缺乏有效的暂态过程分析手段,无法应对可能的电流冲击、转矩波动甚至功率器件损毁等情况.本文基于场路耦合仿真的解决思路,重点讨论如何使用Maxwell与Simplorer软件工具对绕组切换的暂态过程进行联合仿真,解决其中9抽头电机建模、端部参数提取以及控制环路设计等问题.研究表明联合仿真结果准确,可以作为有效分析的手段.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2017(035)002【总页数】6页(P53-57,62)【关键词】三相异步电机;变绕组;间接矢量控制;联合仿真;Maxwell软件;Simplorer软件【作者】陈铎文;蔡卓剑;吴敏;赵荣祥;杨欢【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM343.2随着人们环保意识的增强以及化石能源的日益枯竭，电动汽车这种“零排放”的新能源交通方式日益受到关注。

基于MATLAB三相异步电机的建模与仿真

; D =ω 1 Ls r 2
电机的电磁转矩为 :
Te = np Lm ir1Ψ2 Lr
( 7)
电机的运动方程为 : ω J d Te - TL = ・
np dt
( 8)
式中 , Te 为电机的电磁转矩 ; TL 为电机负载转矩 ; np 为电机的极对数 ; J 为电机
图 1 三相异步电机仿真系统
1 异步电机的仿真数学模型
利用 MATLAB 进行电机运行状态仿真 ,最为关键的是建立起一个便于仿真的电机模型。在本文的实例中 , 将在同步旋转两相坐标系下对一个直接接入三相电网的异步鼠笼电机建立一个可方便用于 MATLAB 仿真的电机模型。为了区分于一般的同步旋转 d、 q 坐标系统 ,这里采用 M、 T坐标轴代替 d、 q轴 , 且令 M 轴与电机中转子总磁链 Ψ 2 方向一致 (转子总磁链 Ψ 2 等于气隙磁链 Ψ g 与转子漏磁链 Ψ 21 之和 ) 。也就是说 , 把 M 轴定向到 Ψ 2 的方向。由于 Ψ 2 固定在 M 轴方向上 ,所以转子磁链在 T轴方向上就没有分量 ,即 ΨM2 =Ψ 2 。而转换到两相同步旋转坐标系统的一个突出优点是 : 当 A、 B、 C 三相系统中的变量是正弦波时 , M、 T坐标变量是直流量。根据相关文献 , 我们可知异步电机在两相同步旋转坐标系上按转
该电机数学模型是由电源 ( Electrical Sources ) 、测量 ( M easurements ) 、电机 ( machines ) 、电力电子 ( Power Electron2 ics) 、线路 ( Elements) 、连接器 ( connectors) 等元件构成。调用 MATLAB / SI MUL I NK 中的 Simpower System s环节中各相关环节模块 ,并将其连接起来 ,就可得到该电机数学模型的仿真模型。图 1 所示的是一个三相异步电动机仿真系统图 , 在使用该仿真模型时 , 只需要输入电机定子、转子的电阻、感抗和负载转矩等参数 ,就可以进行仿真。

三相异步电动机设计软件应用说明书

三相异步电动机设计软件应用说明书操作方法（在MS—DOS方式上）D：WINDOWS>C：　C：CD\MOTOR C：MOTOR>ED C：MOTOR>EDLIN RAD2.DATEND OF INPUT FILE*L 1：*50，220，------------------2：*3，4，----------------------- 输入数据（具体表示见5、6、7页）3：*5，8，-----------------------4：*如修改按1：或2：、3：　*E C：MOTOR>RUN (计算) C：MOTOR>NOTEPAD(桌面，进入附件→写字板/记事本)进入记事本打开文件栏→进入C盘程序存放目录下MOTOR文件夹，选择文件类型（T）：所有文件（* *）→OUTPUT(打开)→计算结果显示C：MOTOR>EXIT (退出)一、适用范围RSCR软件用于定子散嵌绕组的笼型转子三相异步电动机电磁计算在IBK-PC 微机上运行。

适用于下列各种情况：1、各种常用的极数；2、低电压的各种电压等级；3、不同的频率；4、各种绝缘等级；5、存储五种不同磁化性能和损耗的硅钢片供计算时选用；6、无径向、轴向通风道或有径向、轴向通风道；7、定子绕组为散下的圆铜导线或圆铝导线；8、铸铝转子或铜排或铝排焊接转子，焊接转子导条长度可等于或大于铁芯长度；9、定子槽形为半闭口的或者半开口圆底槽或平底槽；（见定子槽形图）10、笼型转子，包括单笼或双笼（公用端环或上下笼分开端环）。

转子为半闭口槽、半开口槽或闭口槽。

单笼七种槽形，双笼四种槽形。

（见转子槽形图）；11、在需要时可采用不同的齿铁耗系数和轭铁耗系数。

二、软件功能1、按给定的定转子铁心尺寸、槽形尺寸和绕组数据进行电磁性能核算。

2、按给定的定转子铁心尺寸、槽形尺寸和绕组导线数由微机选定绕组线规并进行电磁性能计算。

3、给定铁心长度、每槽导体数的初值、步长、终值可进行多方案计算比较。

MATLAB_Simulink在三相异步电机教学中的应用研究_巫庆辉

收稿日期：2010－12－30．基金项目：辽宁省教育厅高等学校科研基金资助项目（No ：L2010002），国家自然科学基金资助项目（No ：61104071，60974071）．作者简介：巫庆辉（1974－），博士研究生，从事现代电气传动与智能控制、复杂工业过程建模与控制等方面的教学与科研工作．MATLAB /Simulink S －function 在三相异步电机教学中的应用研究巫庆辉，崔总泽，李琳（渤海大学工学院辽宁锦州121013）摘要：针对三相异步电动机教学过程中较深的理论知识不利于学生理解与掌握的问题，对MATLAB /Simulink S －function 在三相异步电机教学进行了应用研究，MATLAB 环境下Simulink 与S －function 有机结合搭建了三相异步电动机的仿真平台，仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词：教学；MATLAB /Simulink ；S －function ；电机与拖动；三相异步电动机中图分类号：TM343文献标识码：A文章编号：1673－0569（2011）03－0249－050引言“电机与拖动”是自动化专业的一门重要的专业基础课，它既是一门理论性很强的技术基础课，同时又具有专业课的性质，对电气类专业的其它课程具有承上启下的功能〔1〕。

针对交流、直流电机和单相、三相变压器的工作原理所涉及概念及公式推导等理论知识较多，“纸上谈兵”的教学方式不易于学生对知识的理解与掌握，文献〔2〕提出“实战演习”的教学模式。

针对电机及拖动课程某些表达比较模糊、抽象的特点，文献〔3〕提出了对比、图解方法在电机及拖动教学中的应用，使得抽象问题形象化、直观化。

随着计算机仿真技术的发展，尤其MATLAB 软件为编程提供了大量的函数库及良好的人机交互，使得人们对MATLAB 在电机及拖动的教学与科研中的应用越来越重视。

近年来，关于MATLAB 在电机领域中的应用取得了较好的成果〔4－6〕。

基于Ansoft Maxwell软件的异步电动机仿真教学实践

·158·文章编号：2095－6835（2021）11－0158－03基于Ansoft Maxwell 软件的异步电动机仿真教学实践宁银行（上海电机学院电气学院，上海201306）摘要：有限元仿真技术的发展，有效地推动了高校实验教学改革。

以异步电机为例，介绍了基于Ansoft Maxwell 软件的仿真教学，包括磁场分析、绕组设计、感应电势、转矩特性等内容。

教学实践表明，引入仿真技术，能使抽象的概念和原理变得生动形象，有利于学生深入理解电机的运行机理和电磁特性，并培养了学生利用仿真软件解决工程实践问题的能力。

关键词：电机学；仿真技术；实验教学；异步电动机中图分类号：TM301文献标志码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2021.11.0681引言“电机学”是电气工程一级学科的一门重要专业基础课程，涉及变压器、直流电机、异步电机和同步电机等内容，包括电机的结构、原理、特性等内容，课程知识范围广，内容抽象，学生普遍反映不易理解。

电机学实验、实践等环节教学效果的好坏直接影响到学生对理论知识的理解和应用[1]，加大实验教学改革是近年来高等教育界形成的共识[2-4]。

由于实验技术、实验场地、经费等原因，导致传统电机学实验的实验内容和实验条件受限，存在内容单一、缺乏创新性等问题[5-7]。

为此，不少教育工作者积极呼吁或建议在传统实验的基础上，引入仿真实验[8-10]，并探讨了虚拟仿真技术在教学中的应用目前，关于电机本体结构、运行机理、电磁分析等实验教学的文献报道较少，而这些内容却是电机学中的重点和难点。

以Ansoft Maxwell 、Jmag 为代表的有限元仿真软件已经较为成熟，为电机学仿真实验教学提供了技术保障。

本文以异步电机为例，介绍了基于Ansoft Maxwell 的仿真实验。

2仿真软件介绍Ansoft Maxwell 软件是世界上著名的低频电磁场有限元分析软件，在工程电磁领域的分析中得到了广泛的应用。

异步电机时步法有限元软件的研制

文中提出的方法已用来计算一台斜槽异步电动机 ( 11kW , 380V, 50Hz, 连接, 4 极, 定子 48 槽, 转子 44 槽, 转子导条斜 1. 2 转子齿距) 的稳态运行和起动过程。软件在 586/ 150MHz 个人计算机上运行。时步法的时间步长为 0. 039ms。定子相电流波形如图 4 所示。带惯性负载起动时定子相电流波形、转矩波形如图 5、6、7 所示。计算所得的磁力线分布如图 8 所示。计算值和实验结果基本一致。
RAM 可自动检测自动利用, 在内存不够时可自动利用硬盘交换数据。软件可在 586 个人计算机上运行。处理问题的规模取决于计算机 RAM 的大小。作者曾在具有 32MB 内存、50MB 硬盘的 586 计算机上成功地求解了具有 15 000 节点的有限元模型。
图 3 软件的组成
5 计算实例
轴向分量。所以每一段的电磁场可简化为二维的情
况。每段之间的电磁关系通过同槽电流相等的原则
联系在一起。
根据上述假设, 从麦克斯方程组可得到求解区
域的电磁场基本方程[ 1 2] :
x
v
A x
+
y
v
A y
=-
j
( 1)
这里: A 是矢量磁位的轴向分量; v 是材料的磁阻率; j 是总电流密度。
( a) 在气隙和铁心区域
第二阶段为外部电路—电磁场法。这种方法可以不需要把场的特性用路的参数来描述, 与传统方法有了根本上的不同。电机与外部连接的部分根据基尔霍夫定律建立电压平衡方程和电流平衡方程, 电机内部直接根据麦克斯韦方程组建立电磁场方程, 若要考虑转子运动的动态过程, 还可把转矩平衡方程也考虑进去。这些方程耦合在一起, 组成了系统的基本方程组, 并可用数值方法离散后联立求解。在外施电压给定的情况下, 可直接计算出定子电流, 磁通密度等电磁量随时间变化的实际波形。

三相异步电动机绕组的优化设计与实现

三相异步电动机绕组的优化设计与实现摘要：三相异步电动机中的有绕组定子铁芯被称为电动机的“心脏”，而有绕组定子铁芯中的绕组更是心脏中的心脏。

电动机在长期使用过程中，会出现各种各样的故障，其中由定子绕组受影响而产生的故障占很大一部分比例。

由于定子绕组故障属于电气故障，产生后必须将定子槽中的漆包线、绝缘纸、槽楔等全部去除并清理干净后按照设计要求重新嵌线、整形、绑扎、焊头、浸漆、烘干、清理，所以维修成本很大。

因此，现有技术制作的任何一台三相异步电动机，都存在着或大或小、或多或少的电气故障隐患。

针对现有的技术存在的以上现象和问题，我们在此进行探讨分析，以期设计出优化的电动机绕组的方案，提高电动机绕组的可靠性。

关键词：三相异步电动机，定子绕组，电气故障前言异步电动机具有结构简单、成本低廉、运行可靠和维护维修方便等优点，广泛应用于工农业的生产机械作为拖动设备。

电动机在长期使用过程中，会出现各种各样的故障，故障一般可分为机械和电气两部分1。

机械故障主要有轴承故障、转轴故障、机座故障、端盖故障、铁心故障、风扇故障、联轴器故障、轴承盖故障等，电气故障包括各种类型的开关、按钮、熔断器、电刷、定子绕组、转子绕组及启动设备等。

其中电气故障占总故障的2/3，机械占总故障的1/3。

三相异步电动机定子绕组是产生旋转磁场的部分，受到腐蚀性气体的侵入、机械力和电磁力的冲击以及绝缘的老化、磨损、过热、受潮等原因，都会影响异步电动机的正常运行2。

另外，异步电动机在运行中长期过载、过压、欠压、断相等，也会引起定子绕组故障。

本文就将针对这些经常产生的电气故障对定子绕组进行技术上可靠性的探讨分析，以优化电动机绕组的方法，减少故障发生。

1.定子绕组的故障类型定子绕组的故障是多种多样的，其产生的原因也各不相同，常见电气故障包括相间短路、匝间短路、对地短路（接地）在内的短路故障以及包括绕组断路、电源断路（跑单相运行）在内的短路故障3。

定子绕组短路是异步电动机中经常发生的故障，绕组短路可分为匝间短路和相间短路。

三相异步电动机试验的计算和软件实现

三相异步电动机试验的计算和软件实现三相异步电动机试验是对电动机进行性能测试和评估的重要方法。

本文介绍了三相异步电动机试验的计算方法和相关软件实现，包括试验数据的采集、处理和分析等。

首先介绍了试验中常见的参数和指标，如电流、电压、功率、效率、扭矩等，以及它们的计算方法和公式。

然后介绍了数据采集系统的构建和数据处理方法，包括模拟信号处理、数字信号处理、滤波、数据校正等。

最后介绍了基于LabVIEW 的软件平台设计和实现，包括用户界面设计、数据采集和分析模块的实现等，可以方便地进行三相异步电动机的试验和分析。

该软件平台具有用户友好、数据准确、功能丰富等特点，可以满足不同用户的需求。

- 1 -。

基于Ansoft RMxPrt的三相异步电动机恒功率负载有限元分析

基于Ansoft RMxPrt的三相异步电动机恒功率负载有限元分析作者：代严满陈恒窦洋洋胡宗华来源：《无线互联科技》2016年第13期摘要：文章首先根据电机参数要求使用Ansoft软件中的RMxprt电机模块建立了异步电动机几何模型，然后分别导入到Ansoft 15.0中的Maxwell 2D：toMaxwell 3D模块中进行有限元仿真分析，最后给出了在瞬态电磁场中的有限元分析结果，并对结果进行了分析。

关键词：Ansofl；有限元分析；三相异步电动机；电磁场文献中提到Ansofl Maxwell是基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，利用电机的等效电路和磁路将工程中的电磁场计算转变为矩阵求解，是工程设计人员和研究工作者在电子产品设计流程中不可或缺的有效工具。

其中RMxprt模块是Ansoft软件中重要的组成部分，可实现与2D/3D的无缝链接，从RMxprt可直接导入至Maxwell 2D/Maxwell 3D模块，软件会自动加载几何模型，并自动定义各部分材料，同时计算出电机的边界条件、激励源和网格剖分等，操作人员只需进行后续的求解设置和仿真结果查看设置等步骤，这样可以大大提高学习与科研工作的效率。

1 电机模型的初步建立1.1 三相异步电机的数学模型异步电动机动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成。

（1）磁链方程。

（1）或写成：φ=Li（2）式中，L为6×6的电感矩阵；L AA，L BB，L CC，L aa，L bb，L cc为相关绕组的自感，其余各相为绕组间的互感；i A，i B，i C，i a，i b，i c为定子和转子各相电流。

（2）电压方程。

三相定子电压方程：（2）三相转子绕组折算到定侧后的电压方程：（3）（4）（5）（3）转矩议程。

将磁链方程带入电压方程展开可得：（4）运动议程。

根据机电能量转换原理，可求出异步电动机电磁E转矩表达式：（7）其中T e的正方向是使θ减小的方向。

三相异步电机的模糊自适应PID控制系统研究概要

三相异步电机的模糊自适应PID 控制系统研究宋绍楼, 丁永峰(辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛 125105摘要:在传统PID 控制系统的基础上,针对电机起动存在超调、动态稳定慢及精度低等问题,基于三相异步电机调速系统采用PID 控制技术与模糊控制相结合的模糊自适应PID 控制法,对其进行系统研究并与传统PID 控制系统进行比较。

然后在电机起动到稳态的情况下进行仿真,仿真结果表明,相比单独使用PID 控制器,采用模糊自适应PID 控制系统的调速系统控制性能更好。

关键词: 异步电机;模糊控制;自适应PID ;仿真中图分类号:TM343;TP391.9 文献标识码:AStudy Of Fuzzy Adaptive PID Control For Three-phase Asynchronous Motor SystemSONG Shao-lou, DING Y ong-feng(College of Electrical and Control Engineering of Liaoning Technical University , Huludao 125105, ChinaAbstract :Based on the traditional PID control system, direct at motor starting problem like overshoot ,dynamic stability slower and low accuracy , adopted PID control technology combining with the fuzzy control system named fuzzy adaptive PID control for three-phase asynchronous motor speed control system , and then carry on the system research and compare with the traditional PID control system. conduct of simulation at the time that motor from starting to steady state , the simulation results show that compared with the PID control system independent, the fuzzy adaptive PID control system of performance is better.Keyword :Asynchronous Motor; Fuzzy Control; Adaptive PID ;Simulation 1 引言PID 控制是最早发展起来的应用经典控制理论控制策略之一,因其算法简单、可靠性高,而被广泛应用于工业过程控制,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。

MATLAB软件在三相异步电动机教学中的应用

究，而对于机械特性曲线的研究就将涉及曲线的绘制。三相
异步电动机的机械特性可以用电磁转矩Te随转差率s变化的
关系曲线Te= f (s) 来表示，它的具体表达式为：
Te= 2πf1
m1pU21
R'2 s
[(R1+
R'2 s
)
2+
(X1δ+X＇2δ)
2]
，
（式中： m1和f1为交
大多数情况下，操作者只需对参数赋值并给出相应的函数表达式，加以控制语句协助便可完成任务；以此推广，在电机学的整个知识结构体系内已知参数关系式并且需要绘制特性曲线的地方都可以应用 MATLAB软件进行仿真。
三、结论通过上述两例实例分析可见， MATLAB软件在三相异步电动机的教学中可以起到很大作用。将MATLAB软件引入到三相异步电动机的教学中，可以简化三相异步电动机的复杂计算，提高学生的学习效率；同时又可以更形象地看到参数变化所引起的图像变化，加深学生的印象。在电机的教学中，教师教学的重点不再只限于传授基础知识，还应该将计算机技术和这些知识联系起来，将计算机技术的应用融入电机的各个知识体系中去，而不是简单地将计算机作为一种教学的辅助工具。 MATLAB编程简便易学，学生在学习电机的同时可以尝试自己编程仿真，将理论与实践结合起来。这样既带动了学生的思考，又提高了教学的质量和学生的学习兴趣。
我们可以通过 MATLAB软件强大的绘图功能来绘制它的机械
特性曲线。通过编写MATLAB文件即可将抽象的理论公式转

异步电动机能效计算研究

第36卷第4期湖南理工学院学报(自然科学版) V ol. 36 No. 42023年12月 Journal of Hunan Institute of Science and Technology (Natural Sciences) Dec. 2023异步电动机能效计算研究余功成1, 高莉莉1, 王彪1, 李九光2, 李晓松1(1. 湖南石油化工职业技术学院, 湖南岳阳 414000; 2. 岳阳长岭炼油厂机电工程技术有限公司, 湖南岳阳 414000) 摘要: 异步电动机在工矿企业中使用广泛, 其能效备受关注. 在对能效计算、特性分析及有关节能措施的效果等进行深入探讨的基础上, 考虑工矿企业试验条件有限的因素, 提出一种较为实用有效的算法. 同时开发相应分析软件, 通过该软件的应用, 能够方便、快捷了解电机运行的经济技术参数.关键词: 能效计算; 特性分析; 节能计算; 实用方法; 计算软件中图分类号: TM34文献标识码: A文章编号: 1672-5298(2023)04-0039-05Energy Efficiency Calculation of Induction MotorYU Gongcheng 1, GAO Lili 1, WANG Biao 1, LI Jiuguang 2, LI Xiaosong 1(1. Hunan Petrochemical V ocational and Technology College, Yueyang 414000, China;2. Yueyang CLPEC Electromechanical Engineering &Technology Co., Ltd., Yueyang 414000, China)Abstract: Asynchronous motors are widely used in industrial and mining enterprises, and their energy efficiency has attracted much attention. The energy efficiency calculation, characteristic analysis and the effect of related energy saving measures are deeply discussed in this paper. Considering the limited test conditions in industrial and mining enterprises, a practical and effective algorithm is recommended. At the same time, the corresponding analysis software is developed. Through the application of the software, the economic and technical parameters of the motor operation can be easily and quickly known.Key words : energy efficiency calculation; characteristic analysis; energy saving calculation; practical method; calculation software0 引言异步电动机在工农业生产中的应用非常广泛, 其运行成本备受关注. 耗能量、经济运行、节能措施及其效果是用户重点关心的问题[1~3]. 但将这三者结合起来研究并付诸实践的研究成果却很少. 大多数用户不具备试验条件或专业知识有限, 对电机经济运行难以把控, 故希望能有一种简单的方法来快速了解电机运行的有关经济技术指标.本文针对岳阳长岭炼油厂机电工程技术有限公司因生产需要而提出的电机运行能效管理问题, 在综合有关文献的基础上, 给出五种计算能效的方法, 再通过比较分析, 筛选出一种较为实用的方法. 同时, 电机运行时本身存在(有功)损耗, 须吸收无功功率, 因此增大从电网吸取的电流而引起的线路损耗亦计入其中, 故计算了电机综合功率损耗和综合效率. 然后, 根据额定运行时的有功损耗及无功功率, 推导了效率和功率因数随负载变化的关系式, 并就提高功率因数和负载率的节能效果进行分析. 最后, 基于Matlab 平台研发能实现上述功能的分析软件, 通过该软件的应用, 将结果以数据列表和图形曲线等多种方式展示, 帮助用户直观、快速了解电机运行的相关经济技术参数.1 能效计算1.1 运行点的损耗和效率根据电机运行特点, 可将其铁芯损耗和风摩耗视为不变损耗, 而将定、转子绕组损耗及杂散损耗视为可变损耗[4]. 电机本体损耗可表述为212().w N w P P P P P P β-=+-∆=∆∆∆(1)收稿日期: 2021-06-26作者简介: 余功成, 男, 硕士, 工程师. 主要研究方向: 电力电子装置40湖南理工学院学报(自然科学版)第36卷其中额定损耗 (1/1)N N N P P η=-∆, 不变损耗.w Fe f P P P ∆=+1P 、2P 及N P 分别为输入功率、输出功率及额定功率; N η为额定效率; Fe P 、f P 分别为电机的铁芯损耗和风摩耗; β为电机的负载率, 定义为输出功率与额定功率之比, 即2NP P β=. 由式(1)可得N wβ=(2)由于一般用户难以获取铁芯损耗和风摩耗(不变损耗)数据, 故文[5]用电机空载损耗0P ∆(空载输入功率0P )来代替, 即200() N P P P P β∆=+∆∆∆-.(3)于是N β=(4)严格意义上讲, 空载输入功率包括了电机的全部五项损耗, 显然大于不变损耗, 但考虑到电机空载时定、转子绕组电流较满载时小得多, 由其产生的定、转子绕组损耗及杂散损耗可以忽略, 故空载功率2200010133.Fe f w P P I R P P I R P ∆=⨯=≈⨯+++其中R 1 、I 0分别为定子绕组电阻及空载电流. 即使如此, 空载功率仍大于不变损耗. 但从式(3)可知, 空载损耗0P ∆是以“减去”的形式出现在可变损耗中, 即以它作为不变损耗使得总损耗增大, 但用它计算可变损耗却使得总损耗减小, 这样“一增一减”, 总损耗的变化可能趋于合理, 这一点可从下文实例的分析结果中得到证实.若考虑电机因有功损耗和无功功率在线路上引起的损耗, 且一起计入电机能耗, 即得电机的综合功率损耗220000()[.()]c N Q N Q P P P P k Q Q Q P K Q ββ∆=∆+∆-∆++-+=∆其中220000(),,()N N P P P P Q Q Q Q ββ∆=∆+∆-∆=+-tan N N N N NQ P P ϕ=⨯=为额定无功功率;0Q =为空载无功功率; Q K 为无功当量.由此可得电机本体效率11100%,P P P η-∆=⨯ (5)电机综合效率2111100%100%.c c P P P P P P P η-∆⨯=⨯'-+∆=∆另外, 电机负载率还有一种定义形式[6]:2222,N N I I β==I I ''其计算式为β 其中2I 、2N I 和2I '、2N I '分别为电机转子电流的实际值、额定值及其归算值; 0I 和1I 分别为定子绕组空载电流和负载电流.第4期余功成, 等: 异步电动机能效计算研究 41综上, 若考虑不变损耗的选取方式和负载率的不同定义, 再加上基于已知全部五种损耗的算法, 一共有五种方法进行电机能效的计算, 即方法1(2)——以空载损耗为不变损耗, 负载率计算式分别为式(4)和式(5);方法3(4)——以“铁芯损耗+风摩耗”为不变损耗, 负载率计算式分别为式(2)和式(5);方法5——基于已知电机的五种损耗. 所需的各种损耗假定能由制造厂家提供, 但一般是对应额定负载, 而对于非额定运行, 需做相应的处理.1.2 运行特性分析电机运行特性主要指效率及功率因数随负载率的变化关系, 下面以空载损耗为不变损耗进行阐述[7].(1) 效率特性2222120000().11111()N N N N NN P P P P P P P P P A P P P P B P P βηββββββ=====+∆∆∆-∆+∆+∆-∆++++ (6)其中0N P A P ∆=为不变损耗(空载功率)与额定功率的比值, 0N bN N NP P PB P P ∆-∆∆==为可变损耗的额定值与额定功率的比值.(2) 功率因数特性cos ϕ======其中0NQ C P =为空载无功(不变无功)功率与额定功率的比值, 0N N Q Q D P -=为额定负载无功功率与额定功率的比值.(3) 最佳负载率最佳负载率是指电机效率取得最大值时对应的运行点. 对式(6)求导并令其等于0, 即得200()N P P P β∆=∆-∆, m β==.故当电机的不变损耗等于可变损耗时效率最高.1.3 提高功率因数或负载率的节能分析(1)提高功率因数设负载所需有功功率不变, 则电机负载率不变. 提高电机功率因数, 可理解为电机本体的损耗不变, 但由于减小了从电网吸收的无功即减小了从电网吸取的电流而使得电机的综合功率损耗减小. 设功率因数改变前后分别为cos ϕ、cos ϕ'且cos cos ϕϕ'<, 电机从电网吸收的电流分别为1I 、1I '. 由于有功功率保持不变, 则11cos ,cos I I ϕϕ'='电机吸收的无功功率11sin Q ϕ''==''电机的综合功率损耗200()c N Q P P P P Q k β'∆=∆+-∆+'∆, 节约功率c c c P P P ''∆∆=∆-∆.按电机一年运行T 小时计算, 节电量3=10(kWh)c W P T -'∆∆⨯⨯.42湖南理工学院学报(自然科学版)第36卷(2) 提高负载率设负载消耗的有功功率不变, 即电机输出的有功功率不变, 而电机负载率从β提高到()ββ'>. 重新选取电机额定功率NP ', 则.NNP P ββ'=⨯' (7)当然, 实际选取的电机额定功率一般不会与式(7)计算所得一致, 可以按功率等级就近选取. 如果已知新选电机空载功率0P '∆及额定效率N η', 可仿照式(3)计算电机损耗P '∆, 则电机输入功率1N P Pβ'''=+,P '∆电机本体效率21100%,N N P P P P P βηβ'''''==⨯'''+∆节约功率 P P P '∆∆=∆-∆.按电机一年运行T 小时计算, 节电量310(kWh).W P T -∆=∆∆⨯⨯同理, 可进行节约综合功率及电量计算. 值得指出的是, 提高负载率的节能效果与新选择电机的效率有关.2 计算软件与案例分析2.1 计算软件根据上述内容, 开发了分析软件. 本软件以 Matlab R2020a 为平台, 应用其中的 BlankGUI 模块设计人机交互界面, 如图1所示. 整个界面分为三个区域: 电机额定参数、空载参数和运行参数输入区, 负载率、效率、最佳负载率等参数计算结果输出区, 功率因数和效率特性(随负载率的变化关系)曲线绘图区. 在特性曲线上能显示电机在当前工况下的运行点. 在人机界面所对应的 .m 文件中, 通过“清除参数”功能按键callback 调用函数实现输入区的参数清零及输出区和绘图区结果清空. 通过“计算绘图”功能按键callback 调用函数实现输入参数确认, 并将其值读入到计算程序, 最后将计算结果显示在结果输出区和绘图区. 该软件操作简便、输入数据容易获取、输出结果包含列表和图形曲线, 一目了然.图1 输入输出界面2.2 案例分析选取岳阳长炼石化公司正在服役的多台电机(电压为380 V 、6000 V , 容量从1.1 kW 到数百kW 不等)作为算例, 进行分析验证. 其中运行参数通过在线监测获取, 空载参数由生产厂家提供. 限于篇幅, 只给出了其中一台低压电机(37 kW/380 V/6极)的结果, 如图2所示, 但有关结论则是针对所有算例.第4期余功成, 等: 异步电动机能效计算研究 43(1)方法1、方法3及方法5的负载率相差很小, 如果以方法5为基准, 则方法1的结果与其最接近, 这说明以空载功率代替不变损耗是可行的且具有较高准确度. 同时从负载率较高的电机算例可知, 随着负载率的增大, 采用这三种方法计算出的负载率、效率等的差别逐渐减小.(2)由式(5)定义的负载率比由式(2)和式(4)定义的小, 这是因为式(5)实际上反映的是转子电流实际值与额定值之比, 它不等于定子电流对应的两个值之比, 因为电机中励磁电流占比较大, 所以, 在实际应用时不宜使用这个负载率的定义式.(3)图2给出了用方法1和方法3计算的电机功率因数和效率随负载率的变化关系曲线. 当电机处于低负载率运行时, 用方法1和方法3计算的效率特性的差别稍大于负载率较高时的情况, 但随着负载率增大, 两种方法计算结果的差别逐渐减小, 甚至非常接近. 这一点也可从另一台算例(高负载率的高压电机, 未列出结果)看出, 当负载率较高时, 用方法1和方法3计算的效率特性比较接近. 另外, 不论是用方法1还是方法3计算的功率因数特性, 两者差别都非常小. 还有, 最大效率一般出现在额定负载点以下, 但功率因数的最高值都在额定负载以上.(4)两个算例中电机效率都较高, 接近额定值.3 结束语本文对异步电动机运行的能效、特性及节能改造效果的分析和计算等问题进行了探讨, 并以Matlab 为平台编制了计算软件. 这为了解电机运行的经济性提供了一个方便、快捷和实用的平台.参考文献:[1] 李荣军. 变负荷工况下异步电动机效率与功率因数研究[J]. 通用设备节能, 2019 (7): 25−27+35.[2] 易学良, 聂楚辉, 邱自华, 等. 异步电动机直接转矩控制的建模和仿真[J]. 湖南理工学院学报(自然科学版), 2017, 30(3): 33−37. [3] 金晶, 李光耀, 汤惠明. YE3系列(IP23)三相异步电动机的开发[J]. 电机控制与应用. 2017, 44(2): 78−82+104. [4] 辜承林, 陈乔夫熊永前. 电机学[M]. 第4版. 武汉: 华中科技大学出版社, 2018.[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 三相异步电动机经济运行: GB/T 12497—2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.[6] 丁秀祥. 从节能观点谈电动机节电[J]. 特钢技术, 1999 (3): 55−58.[7] 盛昌达, 张国权, 赵家礼, 等. 异步电机运行节能[M]. 北京: 水利电力出版社, 1989.(a) 效率特性(b) 功率因数特性图2 用不同方法计算的电机效率和功率因数随负载率的变化关系。

基于MATLAB的三相异步电动机的软起动仿真与特性的研究

基于MATLAB的三相异步电动机的软起动仿真与特性的研究：对三相异步电动机的起动特性进行了分析，选用MATLAB 作为仿真软件，并提出了软起动措施，设计方案合理，在很大程度上改善了电机的性能，实用性很强。

：MATLAB、异步电机、软起动Abstract: This article analyses the start-up characteristic of three-phase asynchronou s motor,using MATLAB as simulating software,propose the soft starting way.Practical result shows,the designing project is reasonable,improving the performance of the three-phase as ynchronous motor to a considerable degree,with high reliability and good practicability.Key words: MATLAB、asynchronous motor、soft starting1引言普通异步电动机直接起动电流达到额定电流的6--7倍，起动转矩能达到额定转矩的1.25倍以上。

它在电网条件(电机启动时的电网压降小于10%)和工艺条件(启动转矩满足)允许的情况下，可以直接启动。

但过大的启动电流给电机和电网造成了极大的危害。

电机启动电流达到额定电流的6--7倍时，线圈发热量是电机在正常运行时的36--49倍。

过高的温度、过快的加热速度、过大的温度梯度和电磁力，产生了极大的破坏力，缩短了定子线圈和转子铜条(特别是转子常利用趋肤效应现象，降低启动电流，转子铜条在启动时，表面的温度达到350℃以上)的使用寿命。

2异步电动机起动工程原理分析异步电动机运行过程是一个高阶非线性、强耦合的多变量系统，对其进行起动性能的仿真分析，不可避免地要进行矩阵的积分运算。