(佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯 154005)

0 引言

电动机作为耗用电能的产品广泛应用于工业、商业、公共设施、家用等各个领域，电动机中大量采用的是三相异步电动机。GB 30254—2013《高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级》的发布实施，标志着高效节能电机将是今后电机研制的一个主要方向[1]。

短路是电动机最常发生的故障之一，如果短路持续时间较长，可能使绕组温度剧升，电机绕组绝缘强度下降、使用寿命更是呈指数倍下降，严重影响电机工作的安全可靠性[2]。

相对于传统公式及Simulink等方法计算短路，采用数值法可以充分考虑电机铁心结构的变化、气隙磁场的高次谐波、磁路饱和等[3]，因此本文以一台YXKS 630-4 4000kW 6kV电机为研究对象，建立了发电机的二维有限元模型，对电动机单相短路、两相短路和三相短路进行了仿真计算，为电机的控制和调节系统设计提供科学依据。

1 模型与边值问题

本文所研究的三相异步电动机，基本参数见表1。

表1 电动机基本参数

对磁场进行有限元分析的基本假设如下[3]

(1)磁场沿电机轴向不变，把问题作为二维磁场来处理；

(2)忽略定子绕组中涡流引起的集肤效应，认为电密在定子绕组截面上保持均匀；

(3)忽略温度对电导率的影响，假定计算温度为 75℃；

(4)忽略电网中的谐波含量，认为激励为正弦函数。

本文所选样机的二维有限元模型见图1，在所给定的求解区域内，用向量磁位对数学模型进行表述。根据假设，A只有Z分量，即A=AZ，则满足的二维非线性恒定磁场的边值问题为