毕业论文-yx160-2(ip44)高效节能型三相感应电动机的电磁设计

毕业设计说明书论文学生姓名学号学院专业电气工程及其自动化题目YX1602IP44高效节能型三相感应电动机的电磁设计指导教师评阅教师2006年6月目录1引言111电机发展112高效节能电机22设计任务及设计过程521设计任务522设计过程53手算电磁计算程序831额定数据和主要尺寸832磁路计算1333参数计算1634工作性能计算2035起动性能计算254计算机辅助设计说明2841计算机辅助设计的发展2842计算机辅助设计在电机设计中的应用2943设计一般过程2944C语言简介3045符号对照表3246程序流程图375方案比较及选优4051方案一4052方案二4153方案三4254方案四43结论44致谢45参考文献46图1定子冲片图图2转子冲片图图3绕组展开图引言众所周知，电机行业是一个传统的机电制造行业，其发展已经有二百多年的历史，对整个国民经济的发展起着相当重要的作用。电的产生、传输、使用都离不开电机，尤其是现代技术的发展、人们生活水平的改善、自动化技术的提高及机器人等都需要大量的电机。11电机的发展纵观世界电机产品的发展历程，它始终跟随着工业技术的发展，在相互竞争、相互促进中完善着自身，发生着变革。电机产品的发展过程大约可以划分为四个发展阶段。从19世纪30年代到80年代为直流电机时代，19世纪末叶，出现了交流电，随之交流电动传动在工业中逐步得到了广泛应用，20世纪50年代以后，随着电力电子学理论、微电子技术和现代控制理论的发展，使电机产品进入快速发展时期，先进的制造技术使传统的电机产业焕发出了勃勃生机，交流电机代替直流电机也成为了必然的趋势。近十年来，随着科学技术的发展，国外中小型异步电机的发展方向大致可归纳为八个字“高效、低噪、调速、智能”。由于人类社会必须直面能源危机和解决环境污染问题，开发并使用高效率电机已逐渐成为全球的共识。目前，我国中小型电机约有300个系列，1500个品种，产品量大面广，应用于工业、农业、国防、公共设施、家用电器等各个领域，广泛用于驱动各种风机、水泵、压缩机、机床、起重运输机械、城市交通及工矿电动车辆、建筑机械、冶金、有色金属、纺织、印刷、造纸、石油化工、橡胶、食品等工业设备和农业机械。电动机作为最重要的动力设备之一，将电能转换成机械能。以电机作为驱动的动力源，其耗用的电能占全国总发电量的60以上。当今的电动机一般都是按照最大负载下能正常工作为条件来选择的，但在实际使用中，电机却经常是在中载、轻载，甚至在空载状态下运行。因此，电动机的负载率低，效率不高，电能浪费现象十分严重。出于能源节约和环境保护的考虑，当前世界上包括我国在内的不少国家对电动机系统的节能都给予了高度重视，均把电动机节能的重点放在075KW以上的电动机上。因此，今后电机行业发展方向之一将为高效、节能型电机。12高效节能电机高效节能电动机是指在运行中将电能转换为动力时具有较高的转换效率或较小的转换损耗而节约电能的电动机。从字面上解释，就是效率值高的电机，即有效输出功率比输入功率的百分值高的电机。121我国发展高效节能电机的意义我国正处在深化经济体制改革和国民经济高速发展时期，企业面临宏观经济调控、能源与环保政策的规范。检验机构出台的法规明确了节电产品技术标准，企业通过政府制定的节能技术产品的标准生产产品。同时，政府对节能产业实施政策引导，强化执法管理力度，为企业建立良好的市场环境。随着政府对节能产业的扶持，节能观念的深入普及，打造健康有序的节电产业只是时间问题。目前，电机行业已形成比较完整的产业体系，中小型电机产品的品种、规格、性能和产量基本上满足市场需要。在经济全球化的背景下，当今世界已进入相互竞争、相互依存的时代，如何增强我国企业的国际竞争力，推动节能型企业建立，加强工业节能管理和技术改造，引导节能产业发展，不断提高节能意识，资源意识和环境意识，充分发挥我国企业的优势，持续、快速、协调、健康地发展，已为形势所迫，成为企业必须要面对的问题。我国GDP占全球38，但能源消耗却占到了全球的11，这表明我国经济运行仍是高投入、高消耗、高排放、不协调、低效益、难循环的粗放型经济增长方式，尚未转变为低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环的集约型和节约型经济增长方式。近年来，我国经济可持续发展受到能源瓶颈制约，日益加剧，2002年下半年开始全国有11个省市缺电，2004年缺电扩大到24个省市，各地相继出现不同程度的电荒、煤荒、油荒。且我国电动机每年所耗电能相当于两亿多吨原煤的能量，若电动机效率提高1，则我国每年可节约的原煤量约为200多万吨。这也告诫企业在新产品开发、工业技术、设备效率等方面仍有较大空间，应深挖节能潜力。鉴于我国电力紧张,应大力推广节能电机。目前国内电动机产量大，使用面广，在当前能源和环境问题极为严峻的形势下，我们有必要开发节能电机或高效率电机，以使电动机本身消耗的电能进一步下降,从而减少我国电动机系统的用电量。122高效节能电机的特点YX系列高效率电机是在Y系列电机电磁设计的基础上略作改动，如冲片槽形、铁心长度、绕组型式等方面进行调整，使电机具有高效率特性而产生的电气派生系列。在年运行时间长，负载率较高的场合，采用YX系列高效率电动机可较大幅度的节约电能。与标准电机相比，使用高效率电机的优点是A效率高，节能效果好。YX系列电机与Y系列电机相应规格相比，效率平均提高3,功率因数平均提高约0004，总损耗平均下降288，其中各项损耗下降的百分比为绕组损耗约20，铁耗约10，杂散损耗约30，风靡损耗约40。B运行时间越长的设备或装置，节能效果越明显，产品的经济性提高。YX系列电机在负载率50100范围内，具有比较平坦的效率特性，且在75负载率时的效率最高。最高效率与额定负载时的效率相比，约提高0207，全系列平均提高04，这有助于提高电机实际运行时的节能效果。C因为采取了降低损耗的设计，温升小，进而延长设备的使用寿命，提高设备的可靠性。D大大减少对环境的污染。例如一台全封闭自扇冷式电机，规格为22KW，4极，200V，50HZ，负载率100。若1年运行5000小时，则大约可以节电400KWH。高效率感应电动机，因具有输出效率高、功率范围广、价格低、坚固性和维修性好的特点，已在生产生活中被广泛用作节能电动机。123效率的提高从电动机的主要构造出发，当电动机把从电源输入的电能转换成机械能时,有一部分能量以热能形式消耗在电机内部。这种不能在电动机轴上作为输出功率所使用的能量叫做损耗。如果损耗大,电动机的温升就会提高,由此可见电动机中的损耗,不仅会缩短绝缘寿命,还将消耗掉很多电能。为了提高效率,节省电力节能,最好办法是尽量降低电动机的损耗。电机的损耗主要包括以下四类定转子电气损耗，基本铁损耗，机械损耗，杂散损耗。提高电机的效率,主要就是如何降低以上各种损耗。定转子电气损耗包括定子绕组铜耗和转子铝耗。定子绕组铜损耗W约占总损1CUP耗的40，主要为满载时定子绕组在运行温度下的电阻损耗。定子铜耗在电动机损耗中占有相当大的比例。如何降低定子铜耗，对提高电动机的效率非常关键。降低定子铜耗可采用以下措施提高槽满率，缩短绕组端部长度；减薄绝缘，提高槽利用率；降低电磁线的电阻率，可采用新材料。降低转子铝耗的措施采用大截面积的转子槽形和加大端环截面；提高铝的纯度，降低转子电阻。铁心损耗W占总损耗的20，由交变主磁通在定子或转子铁心分别计算中产FEP生的磁滞损耗和涡流损耗组成。降低铁心损耗可采取如下措施A采用低损耗的优质冷轧硅钢片，采用较薄硅钢片，减少电机的涡流损耗；B调整槽形，选用合理的磁密，减少基波铁损耗；C增加铁心长，用较多的硅钢片，减少磁密来降低损耗。机械损耗W约占总损耗的5，包括风扇及通风系统的损耗，电机转子表面即FWP冷却介质的摩擦损耗、轴承摩擦损耗、密封圈摩擦损耗等。风摩损耗的产生与电机转速、通风方式、风扇形式、风扇外径、转子外径、轴承类型、润滑特性、机械加工精度及装配质量等有关。降低机械损耗可选用与电机转速相匹配的高效风扇及合理风路，选用优质低磨擦轴承、摩擦阻力小的润滑脂、密封圈。杂散损耗W约占总损耗的10，是除上述四种损耗以外的全部损耗。杂散损耗SP包括由槽漏磁引起的导体中电流集肤效应产生的损耗，定子谐波磁通在转子绕组中感应谐波电流产生的损耗，以及斜槽笼型转子导条间的横向电流在导条与叠片铁心之间构成回路产生的损耗。这些损耗与绕组形式、节距、槽形、槽数、槽配合、槽绝缘、气隙长度、绕组端部与端盖距离、槽中导体高度、生产制造工艺的控制水平等因素有关。降低杂散损耗大致可采取如下措施A定子槽采用多槽数，节距采用5/6；B减小定子、转子槽口宽度；C铁心两端采用非导磁材料；D调整电磁设计方案，选用合理槽形、槽配合，采用“正弦“绕组以削弱合成磁场中的高次谐波，削弱附加损耗和附加转矩；E适当增大气隙；F转子采用少槽。2设计任务及设计过程21设计任务电机设计的任务是根据用户提出的产品规格如功率、电压、频率等、技术要求如效率、功率因数、起动电流倍数、温升限度等，结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况，运用有关的理论和计算方法，正确处理设计时遇到的各种矛盾，从而设计出性能好、体积小、结构简单、运行可靠、制造和使用维修方便的先进产品。电机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多，因此设计人员必须全面地、综合地看问题，并能因时因地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法。本次设计电机的型号为YX160L2IP44高效节能型三相感应电动机。额定数据额定功率185KW额定电压380VNPNU额定频率50HZ定子相数M3接F技术要求效率92功率因数089NCOS最大转矩倍数22起动转矩倍数20MTSTT起动电流倍数7STI22设计过程221准备阶段首先熟悉国际标准和国家标准，收集并查看相近电机产品的发展状况、趋势、技术资料，并阅读一定量的外文专业资料，然后完成开题报告及外文翻译。222确定电机的主要尺寸电机主要尺寸的确定主要是参考国际上已制成的同类型电机的主要尺寸，并结合所设计电机的主要性能指标来确定。A定转子冲片的设计定转子冲片的内、外径尺寸参考国际上同类型电机的冲片尺寸确定。因为电机为高效节能型电机且功率较小，所以定子采用梨形槽。梨形槽可以减少铁心表面损耗和齿内脉振损耗，使有效气隙长度减小，功率因数得到改善；且槽面积EF利用率较高，冲模寿命较长，槽绝缘的弯曲程度较小，不宜损伤。定子槽形尺寸在考虑以下条件下进行设计1槽满率一般控制在7580左右，机械化嵌线时槽满率控制在75以下。因为槽满率太高，会使嵌线困难、嵌线工时增加，且嵌线时极易引起绝缘损伤。2齿部和轭部的磁密要适当。定子齿部磁密多在140T160T之间；因轭部磁路较长，体积较大，所以一般定子轭部磁密比定子齿部磁密略低，以保证合理的铁心损耗和空载电流，一般在11T15T之间。3齿部有足够的机械强度，轭部有足够的刚度。4还应注意槽形尺寸特别是其深宽比对电机参数（主要为漏抗的参数）的影响。综上，定子槽口宽25MM40MM，为嵌线方便，应比线径大12MM16MM；01B01B定子槽口高度05MM20MM。01H由于所设计电机为功率较小的两极电机，因此转子使用平行槽，这样可以增加集肤效应，改善起动性能。转子槽形尺寸对电机的一系列性能参数（如起动电流、起动转矩、最大转矩、转子铜耗、功率因数、效率、温升等）都有相当大的影响，其中起动电流、起动转矩、最大转矩和转子槽形尺寸的关系最为密切。转子槽形尺寸的确定和定子槽形尺寸的确定相类似。但转子齿磁密一般在125T16T之间。定、转子槽形尺寸还要在上述估算的基础上通过CAD画图来最终确定。另外，为了减小附加损耗，定转子槽数一般选择少槽近槽配合，即定、转子槽数相近，而转子槽数略小于定子槽数。同时，定、转子槽数得选择还要避免在起动过程中产生较强的同步附加转矩、异步附加转矩、振动和噪声。B端环的设计端环的外径通常比转子外径小3MM8MM，以便铸铝模定位，端环内径一般略小于转子槽底所在圆的直径。C）绕组的选择由于所设计电机为高效率电机，且功率为185KW，因此电机定子绕组采用正弦绕组。正弦绕组不仅可以减小电机的相带谐波，改善气隙磁势曲线以接近正弦分布，而且提高了绕组的基波分布系数，从而可减小电机的杂散损耗约30，且使铜耗下降，效率可提高5左右。正弦绕组有Y串联和Y并联两种形式，由于Y并联绕组内部回路多，会产生涡流损耗，为了降低损耗,提高效率，因此设计中采用Y串联绕组。但Y绕组必须满足以下三个条件时才能达到以上的效果1绕组Y接部分的感应电势在时间上滞后于接部分的感应电势电角度。302绕组Y接部分的相电流在时间上滞后于接部分的相电流电角度。3绕组两部分产生的磁势幅值相等，便可以完全消除或大大削弱5、7、17、19、等（奇数）次谐波磁势，改善气隙磁场波形，使谐波引起的附加损耗下降。61KD风扇的选择风扇的作用在于产生足够的压力，以驱送所需的气体通过电机，带走电机散发的热量，使电机的温度降低。因为高效电机为了提高效率，各项损耗都减小了，这使得电机的温升比普通电机要低，发热量少，所以可以选择轴流式风扇，且轴流式风扇具有效率高（可达08）的优点，可使风扇功耗降低，电机的效率提高。223手算核算电机的性能电机的性能指标主要包括电机的效率、功率因数、起动电流、起动电流倍数、起动转矩倍数、最大转矩倍数等。电机性能的计算过程主要包括额定数据及主要尺寸的确定、磁路计算（定转子齿部、轭部磁密、磁场强度、磁压降，电机总磁压降，电机满载磁化电流等的计算）、参数计算（定转子各部分漏抗，定转子电阻，端环电阻，定子导线重量、硅钢片重量的计算）、工作性能计算（定转子电气损耗，附加损耗，机械损耗，定子铁耗，功率，功率因数，最大转矩倍数等的计算）和起动性能计算（起动时总电阻、总漏抗、总阻抗，起动电流，起动电流倍数，起动转矩倍数的计算）五部分。通过手算电机的性能，使我了解了电机设计的计算过程，电机各个量、参数的意义、选择计算方法，明白了影响电机各项性能指标的参数，循环量的循环条件、过程和循环公式，为下一步电机性能计算程序的编写、调试奠定了基础。224计算机辅助设计根据电机性能的手算过程，编制计算机辅助设计程序，并核算电机性能，得出四套合格方案，并从中选出最优方案。该部分在下文第4部分中将作详细的说明。3手算电磁计算程序31额定数据和主要尺寸1额定功率185KWNP2额定电压380V（接）U转换为Y接相电压220VN3803功电流28158AKWINUMP1351204效率按照任务书规定取925功率因数COS按照任务书规定取0896极对数1P相数31M7定转子槽数每极每相槽数取整数，6。1Q则231636。再按文献1表108取28，并采用转子斜槽。1Z12P2Z8定转子每极槽数定子每极槽数181PZ236转子每极槽数142P89定转子冲片尺寸定子外径260MM1D定子内径150MMI气隙长度068MM转子外径14864MM2150268I转子内径60MMID定子冲片尺寸（如图311所示）0125B18019HH226R转子冲片尺寸（如图312所示）0210162323R图311定子冲片图图312转子冲片图定子齿宽21TB1102ZHDI1R598026364724MM4780MM1TB102ZHDI1B5091836齿部基本平行，齿宽4752MM（平均值）1T转子齿壁不平行的槽形尺宽计算如下12021212233TDHBBZ60808MM486630362导条截面积（转子槽面积）BA221210RHBB21063260M241062M端环面积430端环直径10462MMRA2RD端环尺寸如图313所示。图313端环截面图10极距235619MMPDI215011定子齿距1309MM1TZI3612转子齿距16666MM2TD1485213定子绕组采用单层正弦绕组，同心式，节距121,220，319并联之路数11A14为了消弱齿谐波磁场的影响，转子采用斜槽，一般斜一个定子齿距，于是转子斜槽宽1309MM。SKB15每槽导体数10171SYN1SN16每相串联导体数60103621SYNZMA102173S17绕组线规设计在文献1附录二中选用铜线高强度漆包线。Y接部分1，16，绝缘后直径168，TYNYD1YD6，15，绝缘后直径158；2T212接部分1，16，绝缘后直径168，T14，130，绝缘后直径138；2TN2D2D18槽满率槽面积SA2211RHBRS260860802419812M按附录三，槽绝缘采用DMDM复合绝缘，03MM，槽楔为H2MM层压板，则槽绝I缘占面积为17553。IA21RHS03182062M槽有效面积224428EFSI49752M槽满率07932222111068154SYTTYFNDSAEF0791222211738STTFF19铁心长200MMTL铁心有效长度20136MM2068EFTL20绕组系数短距系数11PYK136010Z2YQ分布系数09901DYK310SINSI2NYQ绕组系数0989910990111DPYDPDYPK21每相有效串联导体数117691NDPK11160902933YDPDPN32磁路计算1每极磁通初设（1）0952，EKL（1）0952220V210V1NU58841116010299233DPYDPDPK初设127，由文献1图35查得1092。SKNM0016WB14FNEDPM04925842每极下齿部截面积09520047521816252101TA1TPIFEZBLK2M09520060701416145122TA2TPIFEZBLK2M3定子轭部计算高度1JH3211RHDSI6056091833018MM转子轭部计算高度2JH322RHDSI60148533122645MM定子轭部导条截面积0952003018573421JAFEKTL1JH2M转子轭部导条截面积0952002645502552JFETL2J24空气隙截面积2356192013647444331AEFL2M5磁路计算所选的回路是通过磁极中心线的闭合回路，该回路上的气隙磁密是最大值。为此，先由文献1图35，找出计算极弧系数0703，由此求的波幅系数BP1422SFAV1P0736定子齿磁密1436T1TBT420165SA7转子齿磁密T1445T2TTSF8定子轭磁密1431T1JJBA016573429转子轭磁密1633T2JJ10空气隙磁密T04908TBAFS142067311从文献1附录五的D23磁化曲线上找出对应上述的磁密的磁场强度14558A/CM；15184A/CM；14263A/CM；47712A/CM1THT2H1JHJ2H12齿部磁路计算长度2183MM1213TLHR80633572MM22T1613轭部磁路计算长度18050MM21PHDLJ1J038267898MMJI2J2645114有效气隙长度112690680766MMEFK其中气隙系数110881012475TB230946807510163202TK2614087501108810163112691215齿部磁压降1455831781A11TTFHL230181518454238A22TT57016计算轭部磁压降，其中轭部磁压降校正系数见文献1图附13A。0128，1431T，于是0500J1H30825691JB1JC050014263128720A11JJJFCHL2308500112，1633T，于是0500J2H43569J2J2050047712161972A22JJJFCHL231067891017空气隙磁压降299253A0KB619084318饱和系数128112TTSF9531785423与初设值127相比较，误差0141，合格。SK19总磁压降299253317815423812872016197201212TTJJFF672404A20满载磁化电流8465A019MDPINK6740935821满载磁化电流标幺值03002MKWI22励磁电抗标幺值1MXI37033参数计算1线圈平均半匝长定子线圈节距MM250Y直线部分长度MM12530BTLD其中是线圈直线部分伸出铁心的长度，取15MM。1D平均半匝长520MM306CBCYLK式中是经验系数，2极取116。2单层线圈端部平均长320MM115620ECYLDK3漏抗系数2014DPEFNXFKLPCMU00708623350584016851034定子槽比漏磁导因为是单层绕组，整距，节距漏抗系数10ULK10071811008421560111SULK其中071810112HB09285由，查得08422186R120736BR1L5定子槽漏抗0263412TSSXDPEFMLXCZK231056936XCX6定子谐波漏抗取00025S0176012XEFDPSMXCK2235619078XCX7定子端部漏抗054291210674EEYXEFDPLL206306425219XXC8定子漏抗标幺值09823007011SEXX06347054XCX9转子槽比漏磁导1269303693022SUL其中102HB1由500，查得2R3126103BR267L269301220LLHB1627010转子槽漏抗标么值07856122TSSXEFMPLXCZ31269308XCX11转子谐波漏抗标幺值取000308R0212512XEFSMXCK2356190387XCX12转子绕组端部漏抗标幺值019662E0750514623RXXEFDLPX13转子斜槽漏抗00655205SKSKBXT21095156XCX14转子漏抗标幺值22SESKX12602009040785610965XCX15总漏抗00700090401604216定子绕组直流电阻0048411YCYTNLRAA6322601705188001404112CTL632261141其中6027MA则定子直流电阻为00952111480433YR17定子绕组相电阻标幺值0012241KWNIRU09528118有效材料感应电动机的有效材料是指定子绕组导电材料和定转子铁心导磁材料，电机的成本主要由有效材料的用量决定。定子导线重量11WYCSYCTYGCLNZA22363616815805200912122288KG11WCSCTGCLNZA223636168138052740912121925KG其中，C是考虑导线绝缘和引线重量的系数，漆包圆铜线C105；38910/KGM是铜的密度。122288121925244214KGWYWG硅钢片重量21FETFEKLD1040735KG2330950657810其中5M是冲剪余量；是硅钢片密度。31FE3781/KGM19转子电阻取104，BK6041A导条电阻折算值为262116404310423584BDPKLMNRAZ00639端环电阻折算值263221640431021845RDZMNKDPA00698导条电阻标幺值00082206392815KWBNIRU端环电阻标幺值000898KRI转子电阻标幺值000822000898001722BR34工作性能计算1满载时定子电流有功分量标幺值1PI10845922满载时转子电流无功分量标幺值2211XPPIXII019872058904106589104其中系数102111732MX3满载时定子电流无功分量标幺值030001987049871QMXII4满载电势标幺值11ELPQKIRX095180845204987与初设值比较，误差05，合格09231功率因数090841COSPI08459332额定转差率12ANFERSFWSP1970987501283式中FERP312464105185JRFETRNP00082733额定转速601NNFNSP6051097241/MINR34最大转矩倍数2831321NMSTRX22109724160435起动性能计算1起动电流假定值25STI3MKWTI2983125348A2起动时定转子槽磁势平均值2111007SSTTUDPNZFIKA374585A23632489197843孔气隙中漏磁场的虚拟磁密3400T02STLCFB610374589其中修正系数10179120680645139CT4起动时漏抗饱和系数由文献1图1018查出ZK0595，10405ZZ5齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶宽度的减小MM101SZCTBK3092540296齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶宽度的减小MM202SZT616357起动时定子槽比漏磁导1111STUULKK07841082570其中040401110585SUHCBB9592420158起动时定子槽漏抗11STSTSX57026340195XXC9起动时定子谐波漏抗059511STZK07XX10起动时定子漏抗08536005961111STSTSTEXX9540135429XCX11考虑集肤效应的转子导条相对高度329870BSBFH2557433650116141其中，为导条电阻率。04BM12集肤效应引起的转子电阻增加系数和电抗减小系数从文献1图423查出FKXK2498，0597FKX13起动时转子槽比漏磁导的减小084370202SUHCB16350于是起动时转子槽比漏磁导17638222STUXLK184375926314起动时转子槽漏抗22STSTSX76309XXC15起动时转子谐波漏抗22651239STZXXK16起动时转子斜槽漏抗SKTZSKX004XXC17起动时转子漏抗2222STSTSTSKTEXXX005260375190419607539XXC18起动时总漏抗00596005260112212STSTSTXX19起动时转子总电阻00295249802089FBRSTRK20起动时总电阻0012240029500417512STST21起动时总阻抗011972STSTSTZRX220417522起动电流235287AKWSTTI850197误差3233165起动电流倍数7，满足要求1STTII587936223起动转矩倍数20202STSTNRTSZ20951074计算机辅助设计说明在设计过程中，利用计算机作为工具，帮助工程师进行设计的一切实用技术的总和称为计算机辅助设计。计算机辅助设计包括的内容很多，如概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。在工程设计中，一般包括两种内容带有创造性的设计（方案的构思、工作原理的拟定等）和非创造性的工作，如绘图、设计计算等。创造性的设计需要发挥人的创造性思维能力，创造出以前不存在的设计方案，这项工作一般应由人来完成。非创造性的工作是一些繁琐重复性的计算分析和信息检索，完全可以借助计算机来完成。一个好的计算机辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力，即要找到人和计算机的最佳结合点。41计算机辅助设计的发展计算机辅助设计作为一门学科始于60年代初，一直到70年代，由于受到计算机技术的限制，计算机辅助设计技术的发展很缓慢。进入80年代以来，计算机技术突飞猛进，特别是微机和工作站的发展和普及，再加上功能强大的外围设备，如大型图形显示器、绘图仪、激光打印机的问世，极大地推动了计算机辅助设计技术的发展，计算机辅助设计技术已进入实用化阶段，广泛服务于机械、电子、宇航、建筑、纺织等产品的总体设计、造型设计、结构设计、工艺过程设计等环节。早期的计算机辅助设计技术只能进行一些分析、计算和文件编写工作，后来发展到计算机辅助绘图和设计结果模拟，目前的计算机辅助设计技术正朝着人工智能和知识工程方向发展。另外，设计和制造一体化技术即CAD/CAM技术以及计算机辅助设计作为一个主要单元技术的CIMS技术都是计算机辅助设计技术发展的重要方向。在工业化国家如美国、日本和欧洲，计算机辅助设计已广泛应用于设计与制造的各个领域如飞机、汽车、机械、模具、建筑、集成电路中，基本实现100的计算机绘图。计算机辅助设计系统的销售额每年以3040的速度递增，各种计算机辅助设计软件的功能越来越完善，越来越强大。国内于70年代末开始计算机辅助设计技术的大力推广应用工作，已经取得可喜的成绩，计算机辅助设计技术在我国的应用方兴未艾。42计算机辅助设计在电机设计中的应用在电机设计中应用电子计算机是从50年代开始的，至今仍在进行广泛的研究和探索。利用计算机进行电机设计的程序可以分成“设计分析”、“设计综合”、和“设计优化”三种类型。“设计分析”程序是按设计人员事先估计好的若干设计参量，依一定程序步骤来计算产品的性能，相当于通常的设计核算。计算机仅用来对设计方案进行设计分析，而对计算结果的评价以及设计方案的调整仍需由设计者决定。“设计综合”程序是根据已知的性能要求，决定电机各设计参量的程序。它可在规定的产品性能和技术条件下，自动选择适当的技术参数和结构尺寸，从而得出可行的设计方案。“设计综合”程序实质上就是自动修改并重复分析设计，最终得到适合给定要求的设计方案的程序。因此在设计综合程序中，大大缩短了设计时间。但要得到一个较典型的、通用性较强的设计综合程序并不是轻而易举的，因此从60年代就已开始发展的这类程序，至今仍在不断完善之中。“设计优化”程序是对设计问题提出明确的数学模型，然后依据现代数学的寻优理论并采用优化方法，自动得到较优或最优方案的程序。这是近10年才开始在实际问题中应用且仍在进行多方面探索的一种程序。应用电子计算机设计电机大致可分为以下几个步骤选定目标、数学描述、数值处理、编织程序、整理输入数据、检验程序和输出结果分析。对优化设计程序，首要的是明确优化目标，其次是选定优化方案。对于综合设计程序则必须确定以哪些参数作为主要变量，其变化范围以及性能的合格标准和容差。无论是哪一种类型的设计程序，计算过程中都不可避免的要出现按试凑法进行迭代运算的情况，如中小型感应电动机电磁设计中的满载电势系数、磁路饱和系数、效率等。为了使一个多重循环的程序更为合适、简练，在编制程序时不仅需要慎重考虑设计的逻辑性，而且应比较准确地确定迭代初值、迭代方法以及迭代的收敛条件。43设计一般过程431图表的处理由手算转变到机算的最突出问题就是曲线和图表的处理。在工程设计中经常要根据曲线或图表查定某一设计参量的数值。手算时这一问题可以很方便的用寻找坐标的办法来实现，但目前在计算机上尚无法直接按这样的步骤去工作。所以必须对曲线或图表进行必要的处理，使其逻辑能为机器所接受。A插值法。对于函数关系曲线，在使用计算机时不可能将无限多组的对应数据都存储于计算机内，因此只能将曲线“离散化”，输入有限个对应数据，它们分别和曲线上有限个离散点相对应，相邻离散点间的数据依人为选定的函数关系来表示，这就是插值法的实质。利用插值法可以将曲线转化为一组对应的离散化的点，再将其作为一个二维数组输入到计算机中。这样在计算机中读数时，就可以利用循环语句查找所要值的范围，在利用一个插值公式得到所求的值。这种方法对所有的曲线都可以应用，因此是一种通用的方法。B公式法。在电机设计所用的曲线中，有的曲线或图表是可以用某个公式来表示的。这样，在将曲线输入计算机中时，可以用公式代替曲线，即将曲线公式化。这样不仅可以使设计程序简单化，而且可以得到较准确的数值，提高计算精度。但这种方法适用性不如插值法广泛，且有时寻找曲线的公式比较费力、不易找到。432循环量的迭代在电机设计中，有些量是需要按试凑法进行迭代运算的。这样一来就不可避免的要用到初设值和迭代公式，例如电机的效率、起动电流、满载电势标幺值、饱和系数。下面就列出在设计中以上值采用的初值和迭代公式。效率初值为092，允许误差绝对值为0005，迭代公式为；00/5起动电流初值为23238，允许误差绝对值为003，迭代公式为；00/8STTSTTII满载电势标幺值初值为0952，允许误差绝对值为0005，迭代公式为；00/EEKK饱和系数初值为127，允许误差绝对值为001，迭代公式为；00/3SSS44C语言简介C语言是目前世界上最流行、使用最广泛的高级程序设计语言。它具有绘图能力强，可移植性的优点，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件。441C语言的发展C语言是一种高效的编译型结构化程序设计语言。它最早由贝尔实验室的DENNISRITCHIE在B语言的基础上开发出来，并于1972年在一台DECPDP11计算机上首次实现。C语言是作为UNIX操作系统的开发语言开始为人们所接受的，现代的系统级软件基本上都是用汇编语言和C语言编写的。C语言通常称为中级计算机语言。C语言之所以被称为中级语言，是因为它把高级语言的成分同汇编语言的功能结合起来了。在过去20年里，C语言已经能够应用于绝大多数类型的计算机上了，同时C语言的发展也导致不同的C语言版本的出现。这些不同版本的C语言通常是不兼容的。为了明确定义一种与机器无关的C语言，改变这种情况，美国国家标准研究所ANSI为C语言制定了一套ANSI标准，成为现行的C语言标准。442C语言的特点C语言具有以下优良的特点使得它得以风靡全球A由于C语言的严谨设计，使得用C语言编写的程序具有很好的可移植性，一般认为C语言与硬件无关。B语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。与其他语言相比，用C语言编写的代码更为简练，程序的书写更为自由。CC语言有极为丰富的数据类型和运算符，可以实现在其它高级语言中难以实现的运算，且计算功能、逻辑判断功能强大。C语言提供指针，可以直接访问内存，能进行位操作，从而使其能够胜任开发操作系统的工作。DC是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。EC语言语法限制不太严格，程序设计自由度大。一般的高级语言语法检查比较严，能够检查出几乎所有的语法错误，而C语言允许程序编写者有较大的自由度。FC语言生成的目标代码质量高，程序执行效率高。由于C语言有以上优点，所以用C语言编写电机设计程序简单方便，易于操作、调试。45符号对照表电机设计程序中符号对照表见表451。表451符号对照表名称符号程序代码名称符号程序代码输出功率NPPN外施电压NUUN功电流KWIIKW频率FFN电机相数MM极对数PP定子槽数1ZZ1转子槽数2ZZ2每极每相槽数QQ1定子每极槽数1PZP1转子每极槽数2PZP2外施相电压NUUN1定子外径1DD1定子内径1IDDI1气隙长度C转子外径2D2转子内径2IDI2导条截面积BAAB01BB0102BB02B111B1201HH0102HH02H111H1221H212H22RR21RR22定子槽形1TBBT1转子槽形2TBBT2定子轭部计算高度JHHJ11转子轭部计算高度JHHJ21极距T定子齿距1TT1名称符号程序代码名称符号程序代码转子齿距2TT2斜槽宽SKBBSK接每槽导体数1SNANS12每相串联导体数Y1YNN11并联之路数AA1Y接每槽导体数SNS11每相串联导体数1N12铁心长度TLLT铁心有效长度EFLLEF槽楔高度HH槽面积SAAS槽绝缘面积IAAIY接槽满率FYSSF1接槽满率FSSF2槽距角A每极每相槽数YYQQ11每极每相槽数QQ12分布系数Y1DKKD11分布系数1DKKD12短距系数YPYKP11短距系数PKP12绕组系数Y1DKDP11绕组系数1DKDP12满载电势标幺值EKKE1饱和系数SKKS1磁场波形系数NMKNM定子满载相电势1EE1每极磁通Q极弧系数PAP定子每极齿部截面积1TAAT1转子每极齿部截面积2TAAT2铁心叠压系数FEKKFE定子轭部截面积1JAJ1转子轭部截面积2JAJ2空气隙面积AC波幅系数SFS定子齿磁密1TBBT1转子齿磁密2TBBT2定子轭磁密JBJ1转子轭磁密JBJ2名称符号程序代码名称符号程序代码空气隙磁密BBC定子齿部磁场强度1THHT1转子齿部磁场强度2THHT2定子轭部磁场强度JHJ1转子轭部磁场强度JHJ2定子齿部磁路计算长度1TLLT1转子齿部磁路计算长度2TLLT2定子轭部磁路计算长度JLJ11转子轭部磁路计算长度JLJ21定子气隙系数1KKC1转子气隙系数2KKC2有效气隙长度EFCEF定子齿部磁压降1TFFT1转子齿部磁压降2TFFT2定子轭部磁压降JFJ1转子轭部磁压降JFJ2定子轭部磁压降校正系数1JCCJ1转子轭部磁压降校正系数2JCCJ2空气隙磁压降FFC总磁压降0FF0满载磁化电流MIIM满载磁化电流标幺值MIIMY励磁电抗标幺值XXMY线圈平均半匝长CLLC单层线圈端部平均长ELLE漏抗系数XCCX定子槽比漏磁导1SJS1定子槽漏抗1SXXS1Y定子谐波漏抗XXC1Y谐波比漏磁导系数S1定子端部漏抗1EXE1Y定子漏抗1X11Y转子槽比漏磁导2SJS2转子槽漏抗2SXXS2Y转子谐波漏抗XXC2Y转子谐波比漏磁导系数RR转子端部漏抗2EXE2Y转子斜槽漏抗SKXSKY转子漏抗X12Y总漏抗XX1Y名称符号程序代码名称符号程序代码端环半径RDDR效率G功率因数COSCOS端环电流RIIR1端环面积RAAR端环电密JJR导条电密BJJBY接定子电阻1YR11接定子电阻1R12定子直流电阻RR1定子相电阻标幺值RR1Y导线密度P1Y接定子导线重量WYGGW1接定子导线重量WGGW2定子导线重量WGGW冲剪余量C1硅钢片重量FEGFE电阻率PD导条电阻折算值BRRB1端环电阻折算值RRR1导条电阻标幺值RBY端环电阻标幺值RRY转子电阻标幺值2R2Y满载时定子电流有功分量标幺值1PII1PY满载时转子电流无功分量标幺值XIIXY满载时定子电流无功分量标幺值QI1QY空载电势标幺值0EKKE0空载定子齿磁密10TBBT10空载转子齿磁密2TBBT20空载定子轭磁密JBJ10空载转子轭磁密0JBJ20空载气隙磁密0BC0空载定子齿磁压降1TFFT10空载转子齿磁压降2TFFT20空载定子轭磁压降0JFJ10空载转子轭磁压降0JFJ20空载气隙磁压降FC0空载总磁压降F00空载定子齿部磁场强度10THHT10空载转子齿部磁场强度20THHT20名称符号程序代码名称符号程序代码空载定子轭部磁场强度10JHJ10空载转子轭部磁场强度20JHJ20空载定子轭部磁压降校正系数JCCJ10空载转子轭部磁压降校正系数JCCJ20空载磁化电流0MIIM0定子电流标幺值1II1Y定子电流实际值1I1Y接定子电流密度YJJ11接定子电流密度JJ12线负荷1AA1转子电流标幺值2II2Y转子电流实际值2II2端环电流实际值RIR定子电气损耗标幺值1CUPPCU1Y定子电气损耗实际值1CUPPCU1转子电气损耗标幺值2ALPAL2Y转子电气损耗实际值2ALPPAL2附加损耗标幺值SPPSY附加损耗实际值SPS机械损耗标幺值FWPFWY机械损耗实际值FWPFW定子齿重量TGGT定子轭重量JGGJ定子损耗系数HETPPHET转子损耗系数HEJPPHEJ定子齿损耗FTPFET定子轭损耗FJPFEJ定子铁耗EPFE定子铁耗标幺值EPPFEY总损耗标幺值PPY输入功率1NPPN1Y转差率NSSN转速NNN最大转矩MTTMY起动电流假定值STIIST1起动时定转子槽磁势平均值STFFST空气隙中漏磁场的虚拟磁势LBBL定子齿顶宽度的减少1SCCS1转子齿顶宽度的减少2SCCS2起动时定子槽比漏磁导STJU11名称符号程序代码名称符号程序代码起动时定子槽漏抗1STXXS1TY起动时定子谐波漏抗1STXXC1TY起动时定子漏抗1STX1STY转子导条相对高度SS转子电阻增加系数FKKF转子电抗减少系数XKKX起动时转子槽比漏磁导2STJS2T起动时转子槽漏抗2STXXS2TY起动时转子谐波漏抗2STXXC2TY起动时转子斜槽漏抗SKTXSKTY起动时转子漏抗2STX2STY起动时总漏抗STXXSTY起动时转子总电阻2STRR2STY起动时总电阻STRRSTY起动时总阻抗STZZSTY起动电流STIIST起动电流倍数STIIST起动转矩倍数STTTSTY46程序流程图程序流程图如图46所示常用数据计算，假定初值总磁通量计算气隙及齿磁路计算饱和系数计算值与假定值比是否小于允许差值否总磁化电流计算漏抗计算是有功无功电流计算损耗计算电势系数计算值与假定值比是否小于允许差值运行性能计算效率计算值与假定值比较是否小于允许差值是否输入数据起动性能计算常用数据起动电流假定初值起动性能计算起动电流计算值与假定值比是否小于允许差值输出各项性能结束否是5方案比较及选优51方案一额定数据额定功率185KW额定电压380VNPNU额定频率50HZ定子相数M3F定子尺寸MMMMMMMM1260D150I0125B18BMMMMMMMM9H82H8H260R转子尺寸MMMMMMMM2486I021MMMMMMMM0112323R铁心长度MM气隙长度MM端环面积TL740