利用MAXWELL软件计算双鼠笼电机起动性能

冮明望 隆德电气（沈阳）有限公司孙英 泰豪沈阳电机有限公司

碗式MPS系列磨煤机用电机使用环境恶劣，起动转矩要求较高，通常采用双鼠笼结构，对于电机设计者来说一直是属于比较难设计的电机，计算过程中电机性能的准确性差。近期接到用户订单YMPS600-6 630kW 6kV IP54 ，用户对电机性能的要求：堵转转矩倍数≥2.6，堵转电流倍数≤7.0，最大转矩倍数≥2.3，且电机功率因数要求大于0.87。我们在设计此类电机时，在保证堵转转矩时一般会损失电机的功率因数，通常6极630kW 6kV IP54在起动性能满足要求的情况下，功率因数一般在0.78左右，无法满足本次订单的要求，所以本次设计时我们更改了原有电磁方案并且使用MAXWELL软件进行有限元仿真计算。

此次设计的难点是起动性能与功率因数的兼顾问题，由于此电机中心高为H600属于非标准中心高，我们设计时可以采用H630中心高的冲片外圆1060，中圆采用770，增加了硅钢片的用量；定子72槽，转子86槽，双鼠笼结构，上笼采用QAL9-4铝青铜条，气隙2mm。为保障设计的准确性，在使用传统路计算器以外，本次使用MAXWELL二维场求解器对电机的堵转状态和满载状态进行了仿真，校正电机性能的同时还能计算肌肤效应下转子导条在起动和稳态运行时的参数。

一、利用MAXWELL中RM进行三相感应电机的建模，电机主要参数如下：

1）定子冲片外径：1060mm；

2）定子冲片内径：770mm；

3）铁芯长度530（含8个通风道）；

4）定子冲片72槽，材质为50W470；

5）定子线规2-1.9x5.0，每槽导体数为15匝，1路，节距1-11；

6）转子冲片外径：796mm；

7）转子冲片内径：520mm；

8）转子采用双鼠笼结构，上笼导条直径10mm，材质为铝青铜QAL9-4，电阻率0.123，下笼导条直径12mm，材质为紫铜T2。电机堵转转矩倍数为1.26，堵转电流倍数为8.7，电机功率因数0.87，此时电机性能不准确是由于上鼠笼材质输入不正确导致的，需要我们在2D模型中进行修改。

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

图2-1 建立全圆二维模型

2.选中所有的转子导条进行布尔分裂操作，将鼠笼分裂成上下两种，建立新材料QAL9-4，并将其电阻率按0.123进行设置，将布尔操作后的上笼导条材质设置为QAL9-4，下笼导条材质不变。修改后将上下鼠笼分别在端部短接建立2个EndConnecti on并赋予电阻和电感，此参数可以在RM中求取。

3.在Motion Setup中修改Mechanical，将电机转速设置为0 rpm，计算堵转状态电机的性能。

4.在求解设置中保持默认参数不变，在按保存计算步长文件中设置10个保存点。

三、设施好铁芯损耗和导体的涡流损耗后进行计算求得电机性能曲线如下

（一）取最后一个电周期0.18-0.2秒的转矩波形，再进行RMS有效值求解得堵转转矩平均值为159kN ，满足设计要求。

图3-1 堵转转矩波形

（二）取最后一个电周期0.18-0.2秒的电流波形，进行有效值计算得到堵转电流的

二、在RM中进行求解，此时由于无法将上笼材质按QAL9-4设置，我们将上下笼导条的材质均设置为75℃的紫铜。求解后有效值为503A，起动电流倍数为6.7。

图3-2 堵转电流波形

（三）查看电机堵转时磁密云图，电机磁密最高点为2T，其位置在转子上下笼之间的部分。

（四）利用场求解器编辑公式，查看起动时上下笼导条的电流及导条损耗公式，通过计算我们可以得到，在堵转状态下转子的电流还是非常大的接近3500A主要集中在上笼；而稳态下转子导条的电流主要集中在下笼，电密幅值为7.1A/mm2，此时上笼导条电密幅值1.62A/mm2。

四、通过MAXWELL二维场仿真计算得到的结果与我们传统计算程序计算结果进行比对分析，两者计算差异不大，均能满足用户的要求。并且在MAXWELL 2D分析中，我们可以查看电机在肌肤效应下转子导条的电流、电密等参数的分布情况，这在传统计算程序中是无法实现的。

表4-1 不同计算软件下的性能对比