异步电机起动电磁仿真分析

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.06.011

电子科技 ›› 2021, Vol. 34 ›› Issue (6): 61-66.doi: 10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.06.011

异步电机起动电磁仿真分析

方鑫^1,²,吴尧辉^1,²,宋贺^1,²

1.河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作 45400
2.直驱电梯-河南省工程技术中心,河南焦作 45400

收稿日期:2020-02-23 出版日期:2021-06-15 发布日期:2021-06-01
作者简介:方鑫(1995-),男,硕士研究生。研究方向:电机与电器。|吴尧辉(1964-),男,高级工程师。研究方向:电机与电器、电力系统继电保护等。
基金资助:
国家自然科学基金(61340015);教育部协同育人项目(201701056027);教育部协同育人项目(201702064052);教育部创新创业联合基金(201802060039);河南省教育厅自然科学研究计划项目(2010A470003);河南省教育厅自然科学研究计划项目(2009B470003)

Electromagnetic Simulation Analysis of Asynchronous Motor Starting

FANG Xin^1,²,WU Yaohui^1,²,SONG He^1,²

1. School of Electrical Engineering and Automation,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China
2. Direct Drive Elevator-Engineering Technology Research Center of Henan Province,Jiaozuo 454000,China

Received:2020-02-23 Online:2021-06-15 Published:2021-06-01
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(61340015);Ministry of Education Collaborative Education Project(201701056027);Ministry of Education Collaborative Education Project(201702064052);Ministry of Education Innovation and Entrepreneurship Fund(201802060039);The Education Department of Henan Province Natural Science Research Program(2010A470003);The Education Department of Henan Province Natural Science Research Program(2009B470003)

摘要/Abstract

摘要：

针对小型异步电机在不同起动方式下起动特性的计算问题,文中基于有限元法建立电机二维电磁模型仿真计算电机的起动性能。考虑到二维模型中电机端部对电磁仿真整体的影响,采用场路结合的方法将定转子端部的电阻和漏感参数化等效处理到模型中。利用MagNet和Simulink软件依据起动电路结构搭建直接起动、Y-△降压起动、恒频压比起动的电源模型,仿真计算电机在不同起动方式下的起动时间、起动电流、起动速度等。仿真和实验测试结果表明,所建立的模型能准确仿真计算异步电机常见起动方式下的特性。

关键词: 异步电机, 起动特性, 有限元法, 端部处理, 直接起动, Y-△降压起动, 恒频压比起动, 二维

Abstract:

In view of the calculation of starting characteristics of small asynchronous motor in different starting modes,the two-dimensional electromagnetic model is constructed based on the finite element method to simulate the starting characteristics of the motor. Considering the effect of the motor end on the overall electromagnetic simulation in the two-dimensional model, the parameterization of the resistance and leakage inductance of the stator and rotor end are equivalently processed to the model by the method of field circuit combination. The power models of direct starting, Y-△ step-down starting and constant frequency voltage ratio starting are established by MagNet and Simulink software according to the starting circuit structure. The starting time, starting current and starting speed of the motor under different starting modes are compared and analyzed. The results show that the model can accurately simulate the characteristics of asynchronous motors under common starting methods.

Key words: asynchronous motor, starting characteristics, finite element method, end treatment, direct starting, Y-△ step-down starting, constant frequency voltage ratio starting, two dimensional

中图分类号:

TP391.9

方鑫,吴尧辉,宋贺. 异步电机起动电磁仿真分析[J]. 电子科技, 2021, 34(6): 61-66.

FANG Xin,WU Yaohui,SONG He. Electromagnetic Simulation Analysis of Asynchronous Motor Starting[J]. Electronic Science and Technology, 2021, 34(6): 61-66.

图/表 15

表1

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参考文献 17

[1]	李付亮, 欧仕荣. 电机及应用[M]. 北京:高等教育出版社, 2008.
	Li Fuliang, Ou Shirong. Motor and application[M]. Beijing:Higher Education Press, 2008.
[2]	王静海. 电机启动相关问题分析[J]. 设备管理与维修, 2019,8(4):137-138.
	Wang Jinghai. Analysis of motor start-up problems[J]. Equipment Management and Maintenance, 2019,8(4):137-138.
[3]	张红枝, 张雪雪, 张志勇, 等. 低压笼型三相异步电动机起动分析[J]. 防爆电机, 2017,52(5):23-28.
	Zhang Hongzhi, Zhang Xuexue, Zhang Zhiyong, et al. Starting analysis of low-voltage cage type three-phase asynchronous motor[J]. Explosion Proof Motor, 2017,52(5):23-28.
[4]	郭涛. 基于场路耦合时步有限元法的大型感应电机起动过程分析[D]. 哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2016.
	Guo Tao. Analysis of starting process of large induction motor based on field circuit coupling time stepping finite element method[D]. Harbin:Harbin University of Science and Technology, 2016
[5]	吴尧辉, 张建强. 电机起动暂态的仿真及测试分析[J]. 测控技术, 2017,36(6):117-121.
	Wu Yaohui, Zhang Jianqiang. Simulation and test analysis of motor starting transient[J]. Measurement and Control Technology, 2017,36(6):117-121.
[6]	赵云, 刘世琦, 李晓明, 等. 考虑电磁暂态过程的大功率异步电机全压起动方法[J]. 高压电技术, 2013,39(2):464-473.
	Zhao Yun, Liu Shiqi, Li Xiaoming, et al. Method of full voltage starting of high power asynchronous motor considering electromagnetic transient process[J]. High Voltage Technology, 2013,39(2):464-467.
[7]	孟大伟, 马林. 基于磁网络法的潜油电机起动性能计算[J]. 哈尔滨理工大学学报, 2014,19(2):73-77.
	Meng Dawei, Ma Lin. Calculation of starting performance of submersible motor based on magnetic network method[J]. Journal of Harbin University of Science and Technology, 2014,19(2):73-77.
[8]	袁阳, 额尔和木巴亚尔, 张伟. 三相笼型异步电动机起动电流的瞬态计算与分析[J]. 电机与控制运用, 2015,42(6):73-76.
	Yuan Yang, Erhem Bayaer, Zhang Wei. Transient calculation and analysis of starting current of three-phase cage asynchronous motor[J]. Motor and Control Application, 2015,42(6):73-76.
[9]	谢颖, 郭金鹏, 单雪婷, 等. 油田抽油机用感应电动机三维瞬态温度场计算分析[J]. 电机与控制学报, 2019,23(10):59-67.
	Xie Ying, Guo Jinpeng, Shan Xueting, et al. Calculation and analysis of three-dimensional transient temperature field of induction motor for oil field pumping unit[J]. Journal of Motor and Control, 2019,23(10):59-67
[10]	杜飞, 姚舜才, 王晓丹, 等. 基于三维有限元的混合励磁爪极电机仿真研究[J]. 微特电机, 2019,47(1):44-48.
	Du Fei, Yao Shuncai, Wang Xiaodan, et al. Simulation of hybrid excitation claw pole motor based on 3D finite element[J]. Micromotor, 2019,47(1):44-48.
[11]	张文, 郑晓钦, 吴新振. 多相感应电机三维电磁分析与损耗计算[J]. 电工技术学报, 2018,33(S2):331-337.
	Zhang Wen, Zheng Xiaoqin, Wu Xinzhen. Three dimensional electromagnetic analysis and loss calculation of polyphase induction motor[J]. Journal of Electrical Technology, 2018,33(S2):331-337.
[12]	杨定伟, 邓兆祥, 张河山, 等. 永磁轮毂电机磁场解析建模[J]. 电工技术学报, 2019,34(7):1423-1432.
	Yang Dingwei, Deng Zhaoxiang, Zhang Heshan, et al. Analytical modeling of permanent magnet hub motor magnetic field[J]. Journal of Electrical Technology, 2019,34(7):1423-1432.
[13]	石长山. 多速电机电磁场分析[J]. 防爆电机, 2019,54(2):24-26.
	Shi Changshan. Electromagnetic field analysis of multi speed motor[J]. Explosion Proof Motor, 2019,54(2):24-26.
[14]	李保来. 基于二维电磁场仿真电机轴向力的计算方法[J]. 微电机, 2019,52(8):28-33.
	Li Baolai. Calculation method of motor axial force based on 2D electromagnetic field simulation[J]. Micromotor, 2019,52(8):28-33.
[15]	黄坚, 郭中醒. 实用电机设计计算手册[M]. 上海:上海科学技术出版社, 2010.
	Huang Jian, Guo Zhongxing. Calculation manual of practical motor design[M]. Shanghai:Shanghai Science and Technology Press, 2010.
[16]	陈世坤. 电机设计[M]. 北京:机械工业出版社, 2008.
	Chen Shikun. Motor design[M]. Beijing:China Machine Press, 2008.
[17]	李辉. 电机实验[M]. 重庆:重庆大学出版社, 2011.
	Li Hui. Electrical experiment[M]. Chongqing:Chongqing University Press, 2011.

电机参数	数据	电机参数	数据
额定功率/W	100	额定电压/V	220
额定电流/A	0.5	转速/r·min^-1	1 420
定子槽数	24	转子槽数	30
极对数	2	相数	3
铁心长度/mm	50	气隙长度/mm	0.18
定子外径/mm	120	转子外径/mm	70.8

主要参数	数值	主要参数	数值
仿真算法	ode23	斜波输出频率	20 Hz
仿真精度	1×10^-3	载波频率	1 800 Hz
补偿电压	30 V	直流电源电压	175 V

方式	仿真时长/ms	仿真步长/ms	求解器
直接起动	300	1.0	2D瞬态运动求解器
降压起动	1 000	1.0	2D瞬态运动求解器
变频起动	3 000	0.1	联合仿真

计算方式	仿真¹	实测¹	仿真²	实测²
起动时间/ms	118	124	392	400
起动电流/A	3.240	3.100	0.830	0.850
起动转矩/N·m	1.500	1.467	0.390	0.359
平均误差/%	3.900		4.200

异步电机起动电磁仿真分析

Electromagnetic Simulation Analysis of Asynchronous Motor Starting

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[1]	程晓雅,张雷. 基于深度学习的有遮挡人脸识别方法研究[J]. 电子科技, 2022, 35(1): 35-39.
[2]	方鑫,吴尧辉,吴昊珍. 基于Fluent的电机温度场计算[J]. 电子科技, 2021, 34(12): 30-35.
[3]	吴春香,仲崇贵. 二维铁电材料的第一性原理研究进展[J]. 电子科技, 2021, 34(10): 81-86.
[4]	宋贺,吴尧辉,吴昊珍. 基于多场耦合的电机暂态温度场研究[J]. 电子科技, 2020, 33(5): 15-20.
[5]	陈宇,陈龙. 复杂平面多孔模型的等几何分析[J]. 电子科技, 2020, 33(5): 38-44.
[6]	陈晶. 多层铁磁二维材料电场效应研究[J]. 电子科技, 2020, 33(2): 75-78.
[7]	王翔,张娟,方志军. 基于最大熵和边缘信息的非结构化道路检测[J]. 电子科技, 2020, 33(1): 23-28.
[8]	施婷婷. 氢诱导二维硫族化合物PtX₂的电磁特性研究[J]. 电子科技, 2020, 33(1): 73-76.
[9]	徐鹏, 韩一平. 激光辐照材料热效应问题的有限元实现[J]. , 2018, 31(3): 17-.
[10]	李俞霖，向宇，伍松. 基于声全息技术的噪声源识别与DSP实现[J]. , 2017, 30(4): 27-.
[11]	孙毅 1，褚超美 1，顾建华 2. DCT变速器的离合器热负荷特性仿真分析[J]. , 2017, 30(4): 64-.
[12]	郝虹阳，周汉义，谢勇，李云. 全方位PSD阳光跟踪传感器研究[J]. , 2016, 29(7): 91-.
[13]	张学典,焦加洁,颜泽帆,常敏. 一种新型混合包层结构高双折射光子晶体光纤[J]. , 2016, 29(2): 105-.
[14]	许伯强,叶佳佳. 板状结构中多损伤的时间逆转成像评价研究[J]. , 2016, 29(1): 13-.
[15]	陈鹏,张强,孟相光. 航天用中继测控射频模块的热设计[J]. , 2015, 28(8): 29-.