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[Maxwell] 西莫論壇研讨會第十期――三相異步電機故障工況仿真

  [複制鍊接]

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[LV.5]常住居民II

發表于 2014-11-12 08:50 | 顯示全部樓層 |閱讀模式

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本次研讨會規則:
1、本貼主要讨論電機故障及預防措施。
2、為了維持讨論秩序,不緻引起混亂,發帖時請指明是提問還是回答。
同時,若是回答他人問題,請使用“回複”或者“引用”功能。
此功能在每個樓層的左下角,解答他人問題時,直接點擊該問題所在樓層的“回複”或者“引用”,并輸入内容即可。
3、盡量将帖子内容描述清楚,凡是提出有效問題,或有效解答他人問題者,均有積分相送。
4、本帖讨論内容僅限電機故障以及預防措施,請勿發表題外内容,違者屏蔽或删帖。

本帖用ansys maxwell做了幾個電機故障仿真,電機類型為三相異步電機,具體參數見趙博所著《ansoft12在工程電磁場中的應用》一書。
電機參數:1>額定功率11KW;額定轉速1458rpm;額定轉矩72NM;額定電壓380V;額定頻率50HZ;效率0.85;功率因數0.86;繞組鍊接D接。
                2>定子外徑260mm;定子内徑170mm;軸向長度155mm;定子槽數36;材料D23_50。
                3>轉子外徑169mm;轉軸外徑60mm;軸向長度155mm;轉子槽數26;材料D23_50。;鼠籠為鑄鋁材料。
注:大家可以依照如下故障工況進行讨論,如有其它故障沒列出可以跟帖寫上,能做的我盡量補上。大家可以讨論下以下故障引起的原因以及防止方法。

帖子目錄:

1樓額定負載仿真

2樓突加負載

3樓突減負載

4樓缺相仿真

5樓斷條仿真

6樓匝間短路

7樓動态偏心

8樓靜态偏心


聲明:以下仿真均為學習讨論,資料請下載24小時内删除,請支持正版軟件!工程附件在9樓


一、額定負載啟動仿真
1、模型場圖
模型.png
2、額定轉矩
額定轉矩.png
3、額定電流
額定電流.png
4、額定速度
額定轉速.png
5、額定銅損
額定銅損.png
6、額定鐵損
額定鐵損.png
7、鼠籠渦流損耗
額定鼠籠條損耗.png
8、外電路
外電路.png

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[LV.5]常住居民II

 樓主| 發表于 2014-11-12 08:50 | 顯示全部樓層
本帖最後由 zptonghua 于 2014-11-5 15:39 編輯

二、故障1:突加負載
要點:motion的負載采用if函數,if(a,b,c),判斷條件a,如果為真,執行b,如果為假,執行c。本案例0.4s前為空載啟動仿真,0.4s時加上額定負載。
1、轉矩
轉矩.png
2、電流
電流.png
3、速度
轉速.png
4、鐵損
鐵損.png
5、銅損
銅損.png
6、鼠籠渦流損耗
鼠籠條損耗.png
7、外電路
與額定工況相同
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 樓主| 發表于 2014-11-12 08:50 | 顯示全部樓層
本帖最後由 zptonghua 于 2014-11-5 15:40 編輯

三、故障2:突減負載
要點:motion的負載采用if函數,if(a,b,c),判斷條件a,如果為真,執行b,如果為假,執行c。本案例0.4s前為帶載啟動仿真,0.4s時卸掉負載。
1、轉矩
轉矩.png
2、電流
電流.png
3、轉速
速度.png
4、銅損
銅損.png
5、鐵損
鐵損.png
6、鼠籠條物流損耗
鼠籠條損耗.png
7、外電路
參見額定負載外電路
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 樓主| 發表于 2014-11-12 08:50 | 顯示全部樓層
本帖最後由 zptonghua 于 2014-11-5 15:42 編輯

四、故障3:缺相仿真
要點:外電路采用壓控開關,開關閉合,電機帶載啟動仿真,0.4s時開關斷開,A相串大負載接入電機繞組,等效缺相。
1、轉矩
轉矩.png
2、電流
電流.png
3、速度
速度.png
4、銅損
銅損.png
5、鐵損
鐵損.png
7、鼠籠條渦流損耗
鼠籠條損耗.png
8、外電路
外電路.png
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 樓主| 發表于 2014-11-12 08:50 | 顯示全部樓層
本帖最後由 zptonghua 于 2014-11-5 15:43 編輯

五、故障4:鼠籠條斷條
要點:鼠籠條斷條4跟,兩根相鄰,對極方向另外相鄰兩根。采用maxwell軟件中setup的Continue from a previously solver,固做一個該故障仿真需要兩個工程,第一個工程額定帶載啟動仿真,仿真截止時間0.4s。第二個仿真設置斷條為低電導率材料(電導率應大于1,或者設置絕緣阈值)。兩個工程求解完成後倒入0.4s前結果即可。
1、轉矩
轉矩.png
2、電流
電流.png
3、速度
轉速.png
4、銅損
銅損.png
5、鐵損
鐵損.png
6、鼠籠條渦流損耗
鼠籠條損耗.png
7、外電路
參考額定負載外電路

點評

斷條時,仿的時間應該再長一些,電流的拍頻會更明顯  詳情 回複 發表于 2014-12-2 21:05
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 樓主| 發表于 2014-11-12 08:50 | 顯示全部樓層
本帖最後由 zptonghua 于 2014-11-5 17:26 編輯

六、故障5:匝間短路
要點:案例為A相某個槽短路2匝,對極方向同樣(因為半模型仿真)。本案例不考慮短路後的接觸電阻,認為接觸電阻為0。通過外電路壓控開關控制,當時間再0.4s以前為額定帶載啟動仿真,當時間為0.4s時,開關閉合,短路掉設置好的短路繞組。
1>對A相某個槽内的繞組分割出一小部分,設置為短路繞組,并定義短路匝數,該槽剩餘的繞組應減去短路匝數。
2>分割出的短路繞組應注意位置,處于槽位置不同,其阻抗不同,本例設置為槽底2匝繞組。
3>設置時應注意進線短路2匝,出線也要設置短路2匝。
4>應該采用外電路,短路繞組處于交變磁場中感生電壓,短路阻抗低,會産生較大電流,進而燒毀繞組。
5>繞組的阻值和端部電感應按照短路匝數和每相串聯匝數按照比例平分。
1、轉矩
轉矩.png
2、電流
電流.png
3、速度
轉速.png
4、銅損
銅損.png
5、鐵損
鐵損.png
6、鼠籠條渦流損耗
鼠籠條損耗.png
7、外電路
外電路.png
8、相電流與短路電流
相電流與短路電流.png
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 樓主| 發表于 2014-11-12 08:50 | 顯示全部樓層
本帖最後由 zptonghua 于 2014-11-6 09:56 編輯

七、故障6:轉子動态偏心
要點:動态偏心,轉子旋轉一周,轉子圓心軌迹組成一個半徑為偏心位移的圓心,示意圖如下圖所示。仿真時對轉子鐵芯、鼠籠條和inneregion移動偏心位移,旋轉坐标系不動,即可形成動态偏心工況。
動态偏心示意圖.png
1、轉矩
轉矩.png
2、電流
電流.png
3、速度
轉速.png
4、銅損
銅損.png
5、鐵損
鐵損.png
6、鼠籠渦流損耗
渦流損耗.png
7、外電路
參照額定負載外電路
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 樓主| 發表于 2014-11-12 08:50 | 顯示全部樓層
本帖最後由 zptonghua 于 2014-11-6 10:02 編輯

八、故障7:轉子靜态偏心
要點:靜止偏心,轉子的轉軸固定不變,轉子轉動一圈的圓心軌迹為一個點,最小氣隙和最大氣隙位置固定不變,示意圖如下圖所示。仿真時把轉子鐵芯、鼠籠條、轉軸以及inneregion移動偏心距離,然後在移動後的轉子圓心建立局部坐标系,設置該局部坐标系的z軸為旋轉軸,這樣實現靜态偏心工況。
靜态偏心示意圖.png
1、轉矩
轉矩.png
2、電流
電流.png
3、速度
速度.png
4、銅損
銅損.png
5、鐵損
鐵損.png
6、鼠籠渦流損耗
渦流損耗.png
7、外電路
參考額定負載外電路
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[LV.5]常住居民II

 樓主| 發表于 2014-11-12 08:53 | 顯示全部樓層
本帖最後由 zptonghua 于 2014-11-12 08:55 編輯

工程附件樓層,占樓

IM_DEMO_V15.zip

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[LV.2]偶爾看看II

發表于 2014-11-12 09:23 | 顯示全部樓層
高手啊  學習了  
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[LV.5]常住居民II

發表于 2014-11-12 20:42 | 顯示全部樓層
頂樓主,對故障分析比較全面,一直從事異步電機設計,學習了!
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[LV.5]常住居民II

發表于 2014-11-12 20:46 | 顯示全部樓層
求問,希望MAXWELL的鐵損計算值更接近實際,應該怎樣考慮?

點評

關于鐵損的讨論,論壇上多有相關帖子,有限元計算的鐵損相比實際卻是懸殊較大。如果制作工藝控制的好,可以根據自己生産的電機不同功率的統計出個系數來,這樣可以為以後設計作為參考  詳情 回複 發表于 2014-11-13 14:36
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[LV.3]偶爾看看III

發表于 2014-11-12 22:04 | 顯示全部樓層
樓主故障分析很全面,但外電路中電感、電阻輸入是否有誤?

點評

電阻和電感為Rmxprt一鍵元産生,外電路的電阻為繞組相直流電阻值,電感為端部電感,應該是正确的,本課題不讨論此項内容  詳情 回複 發表于 2014-11-13 14:38
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該用戶從未簽到

發表于 2014-11-13 11:25 | 顯示全部樓層
請問如圖所示的這種偏心情況,如何仿真  ,理論上這是一個3D問題   ,是否可用2d分段等效  ,您比對過3d與與2d分段等效的異同嗎? 2014-11-13 10-06-23.jpg

點評

感謝小于的參與 根據2D分段等效法原來來看,我覺得這個問題可以用2D分段法等效,進線異步電機的固定速度仿真,等有時間仿真一組,看看到底差多少  詳情 回複 發表于 2014-11-13 14:40
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 樓主| 發表于 2014-11-13 14:36 | 顯示全部樓層
WZ_leelfy 發表于 2014-11-12 20:46
求問,希望MAXWELL的鐵損計算值更接近實際,應該怎樣考慮?

關于鐵損的讨論,論壇上多有相關帖子,有限元計算的鐵損相比實際卻是懸殊較大。如果制作工藝控制的好,可以根據自己生産的電機不同功率的統計出個系數來,這樣可以為以後設計作為參考
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 樓主| 發表于 2014-11-13 14:38 | 顯示全部樓層
xingdian_521 發表于 2014-11-12 22:04
樓主故障分析很全面,但外電路中電感、電阻輸入是否有誤?

電阻和電感為Rmxprt一鍵元産生,外電路的電阻為繞組相直流電阻值,電感為端部電感,應該是正确的,本課題不讨論此項内容
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 樓主| 發表于 2014-11-13 14:40 | 顯示全部樓層
電機小學生 發表于 2014-11-13 11:25
請問如圖所示的這種偏心情況,如何仿真  ,理論上這是一個3D問題   ,是否可用2d分段等效  ,您比對過3d與 ...

感謝小于的參與{:soso_e113:}
根據2D分段等效法原來來看,我覺得這個問題可以用2D分段法等效,進線異步電機的固定速度仿真,等有時間仿真一組,看看到底差多少
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 樓主| 發表于 2014-11-13 14:42 | 顯示全部樓層
下載量挺大,回帖率挺低的啊,不足10:1,呵呵
可能讨論的技術含量太低了,仿真來說不是很難,目的是希望大家讨論關于電機故障的産生原因以及解決辦法,希望大家發表意見,有價值的提問和回答都可以得到simol币獎勵
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該用戶從未簽到

發表于 2014-11-13 16:13 | 顯示全部樓層
非常棒!學習了!
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發表于 2014-11-13 16:14 | 顯示全部樓層
zptonghua 發表于 2014-11-12 08:50
六、故障5:匝間短路
要點:案例為A相某個槽短路2匝,對極方向同樣(因為半模型仿真)。本案例不考慮短路 ...

片間短路,用Ansoft怎樣出來的渦流損耗與頻率的關系曲線圖。

點評

這個問題中,矽鋼片表面塗有磷酸鹽,為了是增加片間絕緣,防止産生大環渦電流 當絕緣破壞時會産生附加損耗,但是這個破損的位置怎麼定,破損之後是完全接觸,接觸電阻為0還是有一定的接觸電阻,這個都不好判斷,仿  詳情 回複 發表于 2014-11-13 16:46
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