例題14 誘導電動機(IM)の回転速度指定解析

    本例題について

  • かご形三相誘導電動機(Induction Motor、IM)の始動特性の解析例を示します。
    周囲のステータ側コイルの磁界により、中央のロータ側導体に渦電流が流れ、
    渦電流が作る磁界とステータ側磁界の作用でトルクを生み回転する非同期モータです。

  • 回転速度を定速にした解析です。
    指定回転速度を変更することで、IMが回転速度によりトルクがどう変わるか解析できます。
    例題4に同じ形状で、回転速度を指定せず始動特性を解析する事例があります。

  • トルク、磁束密度などを解析結果として見ることができます。
     

  • 表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
     

解析条件

項目

条件

解析空間

2次元

奥行き方向の厚み

42[mm]

単位

mm

ソルバ

磁場解析[Luvens]

解析の種類

過渡解析

解析オプション

外部回路連成をチェック

回転機をチェック

 

[部分モデル(対称モデル)の設定]

部分モデルをチェック

分割数:2

[外部回路入出力値換算]

換算するをチェック

直列数:1

並列数:2

結果をフルモデルに換算して出力をチェック

 

回転機タブの設定を以下のように行っています。

タブ設定

設定項目

条件

回転機

回転移動

速度一定にチェック

回転数:1267[r/min]

ロータの初期回転位置:0[deg]

スライドメッシュの分割数

周方向メッシュ分割角度:0.5[deg]

スライドメッシュ層数:3

 

外部回路図は以下の通りです。

50[Hz]の三相交流電圧を印加しています。

メッシュタブを以下のように設定しています。

タブ設定

設定項目

条件

メッシュ

メッシュ設定

標準メッシュサイズを自動的に決定する:OFF

標準メッシュサイズ:2[mm]

空気領域自動作成

空気領域を自動作成するにチェック

空気領域のスケール:1.2

 

過渡解析タブを以下のように設定しています。

1秒間を800ステップに分割して解析します。

タブ設定

設定項目

条件

過渡解析

時間ステップ

自動

No.

ステップ数

出力間隔

1

800

1

モデル図

中央にロータであるかご(導体とロータコアで構成)があり、周囲にステータコアとコイルを配置した構成となっています。

2次元モデルでの解析です。対称性を利用し、1/2の周期対称モデルとしています。

空気領域は自動作成に設定しています。

ギャップ部には小さいメッシュサイズ(0.3mm)を設定しています。

ボディ属性および材料の設定

ボディ No./ボディタイプ

ボディ属性名

材料名

25/Sheet

Cage

Al

26/Sheet

Cage

Al

27/Sheet

Cage

Al

28/Sheet

Cage

Al

29/Sheet

Cage

Al

30/Sheet

Cage

Al

31/Sheet

Cage

Al

32/Sheet

Cage

Al

33/Sheet

Cage

Al

34/Sheet

Cage

Al

35/Sheet

Cage

Al

36/Sheet

Cage

Al

37/Sheet

Cage

Al

38/Sheet

Cage

Al

39/Sheet

Cage

Al

40/Sheet

Cage

Al

41/Sheet

Cage

Al

24/Sheet

Rotor

50A1300

65/Sheet

Stator

50A1300

67/Sheet

U1+

Cu

68/Sheet

U1+

Cu

69/Sheet

W1-

Cu

70/Sheet

W1-

Cu

71/Sheet

V1+

Cu

72/Sheet

V1+

Cu

73/Sheet

U1-

Cu

74/Sheet

U1-

Cu

75/Sheet

W1+

Cu

76/Sheet

W1+

Cu

77/Sheet

V1-

Cu

78/Sheet

V1-

Cu

 

ボディ属性は以下のように設定しています。

ボディ属性名

タブ

設定

Cage

ステータ/ロータ/空気

ロータ

Rotor

ステータ/ロータ/空気

ロータ

Stator

ステータ/ロータ/空気

ステータ

U1-

電流

波形:外部回路連成

回路上のコイル名:U1

巻数:66[Turn]

方向:手前向き

ステータ/ロータ/空気

ステータ

U1+

電流

波形:外部回路連成

回路上のコイル名:U1

巻数:66[Turn]

方向:奥向き

ステータ/ロータ/空気

ステータ

V1-

電流

波形:外部回路連成

回路上のコイル名:V1

巻数:66[Turn]

方向:手前向き

ステータ/ロータ/空気

ステータ

V1+

電流

波形:外部回路連成

回路上のコイル名:V1

巻数:66[Turn]

方向:奥向き

ステータ/ロータ/空気

ステータ

W1-

電流

波形:外部回路連成

回路上のコイル名:W1

巻数:66[Turn]

方向:手前向き

ステータ/ロータ/空気

ステータ

W1+

電流

波形:外部回路連成

回路上のコイル名:W1

巻数:66[Turn]

方向:奥向き

ステータ/ロータ/空気

ステータ

 

材料定数は以下のように設定しています。

材料名

タブ

定数

Al

導電率

導体の種類:導体

導電率:1.02×107[S/m]

Cu

導電率

導体の種類:導体

導電率:5.977×107[S/m]

50A1300

透磁率

磁化特性タイプ:B-Hカーブをチェック

 

B-Hカーブテーブル

磁界[A/m]

磁束密度[T]

0

0

20

0.028

30

0.035

35

0.038

40

0.04

45

0.042

50

0.044

60

0.058

70

0.07

80

0.085

90

0.11

100

0.135

120

0.215

140

0.335

160

0.48

200

0.86

240

1.12

300

1.29

400

1.431

500

1.491

600

1.531

700

1.559

800

1.576

900

1.581

1000

1.591

1300

1.617

1600

1.63

2200

1.658

3000

1.689

4000

1.725

5000

1.756

7000

1.819

10000

1.888

16000

1.975

22000

2.026

30000

2.078

40000

2.122

50000

2.163

70000

2.238

80000

2.271

 

境界条件

周期対称境界を設定しています。

境界条件名/トポロジ

タブ

境界条件の種類

条件

Symmetric

対称/不連続

周期的

回転周期(1周期)

解析結果

回転角度が0[deg]の時の磁束密度分布と磁束線を示します。

トルク波形を示します。結果テーブルの「トルク[N・m]」に出力されます。

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