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基于Ansoft三相感应电机方案设计及优化 　　摘 要：针对传统电机设计优化周期长、花费大等问题，初选设计方案后应用Ansoft软件进行设计及分析优化，最终确定最优参数 关键词：电机；设计优化；功率；转矩 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.145 1 引言 所谓电机优化设计室指在满足国家标准、用户要求以及特定约束条件下，使电机效率、体积、功率、重量等设计性能指标达到最优的一种技术[1]。以往电机设计均采用先计算电机参数、制造样机再进行实验验证后改进的方法，不仅花费巨大，而且周期很长。应用ansoft软件，采用先分析参数选最优方案，再制作样机进行实验验证的方法。一套方案只需很短的时间就可以验证完毕，各种设计思路可以马上得到验证。大大减小了零件的加工时间和费用。本文针对某电动汽车使用的三相感应电机的设计方案应用ansoft软件进行分析，最终确定设计参数 2 三相感应电机的设计结构及其参数 根据设计需求，电机为恒功率运行，初步设计三相感应电机的额定功率为11kW， 额定电压380v，极数4极，气隙大小0.5cm。通过计算和查表，确定电机主要参数：定子槽数36，外径160mm，内径170mm，长度155mm；转子槽数26，外径169mm，内径60mm，长度155mm 电机的初始设计模型：电机定子绕组连接到对称的三相电源上。定子绕组由2对极组成，在空间成正弦分布，定子电流产生旋转磁场。转子绕组为鼠笼式结构，转子导条中感应的电流又产生一个旋转磁场。两个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 3 分析方案 根据设计方案和电机特点，利用磁路计算和有限元结合的方法，采用RMxprt软件和maxwell2D分析软件，研究所设计的电机的空载特性，启动特性等，并对影响电机性能的设计参数进行优化，确定最佳设计方案。大体流程为： 4 RMxprt分析结果 根据初始设计的电机结构，采用RMxprt软件进行磁路计算，对三相感应电机的特性进行了分析，得到电机效率，输出功率，输入电流，输出转矩等性能曲线和数据。列出电机的主要性能指标： 从以上对比数据可以看出，电机主要性能参数的计算值与仿真值的偏差很小。设计的电机达到使用要求，对电机的各个设计参数优化分析，下面将电机的频率f和电压U作为参数进行扫描优化，得到对应的效率和转矩曲线如下图2图3所示： 上述优化结果图中可以看出，当频率或电压逐渐增加时，都能达到输出的额定转矩，但相应会使初始电流增加，电机的损耗增加，效率下降，成本增加。因此，?x用V=380v，F=50Hz，满足性能要求，损耗最小。还可以对电机的其它设计参数和结构参数进行多组合优化，通过分析得到性能曲线，确定最优组合，本文不再一一赘述 5 分析结果 （1）电流和转矩。通过分析得到三相电流和转矩曲线如图4、图5所示，当电机处于稳定运行状态时，在转速为n=1460rpm时，输出为额定状态，转矩趋于稳定。三相电流也趋于正弦分布，完全满足设计要求 （2）漏磁通的计算。通过计算电机的漏磁通，改变设计，优化性能，使电机的效率达到最大 （3）磁密分布和磁饱和度。由电机定转子的磁密分布云图，得出电机定子中出现磁密最大值Bmax为1.84281。而电机中选用的定子材料为D23_50_2DSF0.920，该种材料的饱和磁密B=2.45734， BBmax， 所以材料中磁密未达到饱和，满足要求 6 结论 综上，完成了三相感应电机的设计及各种方案优化，最终由性能参数确定了电机的设计参数。应用该软件进行设计，大大缩短了开发周期及成本 参考文献： [1]包广清，江建中.现代电机优化设计纵横谈[J].中小型电机.2004，31（04）：1-6. 作者简介：杨佳（1981-），女，硕士研究生，工程师，研究方向：机械设计及理论。 1