如何分析感应电机：团队基准模型

2016年7月18日

在这篇博客文章中，我们通过描述的三相感应电机进行工作测试电磁分析方法（团队）研讨会问题30A。我们使用瞬态求解器在2D中分析感应电动机旋转机械，磁性界面。我们通过将电磁分析与转子动力学（包括惯性效应）耦合来研究电动机的启动动力学。最后，我们将基准模型的结果与Comsol多物理模拟的结果进行比较。

用模拟构建感应电动机

三相感应电动机由两个主要部分组成，固定部分称为定子和称为转子的旋转部分。定子由层压的定子钢和三相线圈组成，而转子由导电铝和钢组成。下图中的三相裸露的绕组在下图中标记为A，B和C，在定子滞时相距120°。每个绕期相跨越45°，空气间隙将它们分开，定子的外径为5.7厘米。

三相感应运动模型的几何形状。
三相感应电动机构建描述了尺寸和相构型。

电流密度保持在310 A/cm²。这等同于RMS电流我_RMS= 2045.175每条绕组。三相绕组在60 Hz时激发。转子和定子钢都具有恒定的相对渗透率μ_r= 30.定子钢被层压，具有电导率σ= 0;转子钢具有σ= 1.6e6 s/m。同样，转子铝具有电导率σ= 3.72e7 s/m。

在COMSOL多物理学中建模感应电动机动力学

当我们在comsol多物理学中构造感应电动机的几何形状时，我们会创建两个工会。一个用于定子域，另一个用于转子域。我们使用表单组装操作最终确定几何形状，在此视频中解释了，使身份对自动在转子和定子之间。

图像显示了感应电动机的几何序列。
感应电动机的几何序列。几何形状使用转子和定子的两个工会之间的形式组装最终确定。

下表列出了此模型中使用的材料属性。材料的密度未在原始团队文档中给出，因此，我们假设转子钢和铝的密度为7850 kg/m³和2700 kg/m³，分别计算转子惯性。

材料	电导率（σ）	相对渗透性（μ_r）	密度（ρ）
转子钢	1.6E6 [S/M]	30	7850 [kg/m^3]
定子钢	0 [S/M]	30	没有必要
转子铝	3.72E7 [S/M]	1	2700 [kg/m^3]
空气	0 [S/M]	1	没有必要

我们使用旋转机械，磁性界面以模拟此三相感应电动机中的电磁场。由于所有电气和磁性材料属性都是线性的，默认Ampère的定律节点无需任何修改而起作用。

我们使用均质化和多转线线圈特征。每个绕组的转弯数为N0 = 2045。每条搁浅的线载有1 [a]在这三个阶段之间具有120°偏置的电流。通过这三个阶段的电流被描述为：

我_一个= 1 [a]*cos（w0*t）*sqrt（2）
我_b= 1 [a]*cos（w0*t+120 [deg]）*sqrt（2）
我_C= 1 [a]*cos（w0*t-1220 [deg]）*sqrt（2）

这里，1 [a]是输入电流的RMS值，因此我们需要与它相乘SQRT（2）使其成为峰值。

我们可以通过使用力量计算功能中的功能旋转机械，磁性界面。通过添加此特征，磁力的空间成分（rmm.forcex_0，，，，rmm.forcey_0，，，，rmm.forcez_0）和轴向扭矩（rmm.tax_0）在此接口中，可以在后处理时获得。力量计算功能简单地整合了域选择的整个外部边界上的麦克斯韦应力。由于该方法基于表面积分，因此计算的力对网格尺寸敏感。使用这种方法时，始终执行网格完善研究以正确计算力或扭矩很重要。

另一种方法是使用Arkkio的扭矩计算方法，这是磁通密度的乘积的体积整合。在这种方法中，可以使用以下表达式计算电磁模型中的电磁扭矩：

t_e = \ frac {1} {\ mu_0（r_o-r_i）} \ int \ limits_ {s_ {ag}} rb_rb_ \ phi ds

在哪里R_O是外半径，r_i是内部半径，s_ {ag}是气隙的横截面区域。径向和方位角方向的磁通量密度为B_R和b_ \ phi，分别。有关在COMSOL多物理学中实现Arkkio方法的更多详细信息，请参阅以下屏幕截图。

屏幕截图描述了Arkkio在COMSOL多物理学中的扭矩计算方法的实现。
实施Arkkio的感应电动机扭矩计算方法。