毕业设计（论文）基于VB6.0的异步电机设计程序

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1、I基于 VB6.0 的异步电机设计程序中文摘要由于电子计算机的普及及计算技术的逐渐发展，传统的电机设计人工算法步骤日益显得繁琐。在这种背景下，电机设计的计算机辅助设计应运而生。计算机辅助设计是利用一些计算机程序，将设计中的步骤全部程序化。这种设计和传统手算比起来，既可以大大提高效率，又可以大大提高精度，因而目前得到了广泛的应用。VB6.0 由于其强大的功能和可视化的使用界面而广受欢迎。本设计使用Visual Basic 6.0 作为设计语言。使用计算机设计处理设计中的图表及循环将非常方便。设计中有用户输入和输出界面，将使人机交流变得非常简洁。本设计最后附有设计程序。关键词：电机设计 计算机辅助

2、设计 VB6.0 IIThe Program of Motor Design Designed by VBAbstractAs the popularity of computer and computing technology evolved, the traditional motor design seems increasingly cumbersome manual steps of the algorithm. In this context, the electrical design of computer-aided design came into being. Comp

3、uter-aided design is the use of computer programs, all the steps in the design procedures. Compared to traditional hand-counted, this design is both efficiency and accuracy , which is currently widely applied. VB6.0 , popular with its powerful features and visual user interface .The design uses Visu

4、al Basic 6.0 as a design language. Designed to handle computer graphics and design cycle will be very convenient. Design a user interface input and output, will become very simple man-machine communication. Finally, the design add the design process to the last. Key WordS: motor design computer-assi

5、stant design VB6.0III目 录中文摘要.IABSTRACT.II目 录.III绪论 我国电机制造业的近况及趋势.10.1 我国电机制造业发展概述 .10.2 我国电机行业和发达国家的差距 .1第一章 电机设计中的计算机辅助设计.31.1 电机设计的任务及设计时给定的数据 .31.2 电机设计过程及内容简介 .31.3 计算机辅助设计在电机设计中的应用 .41.4 电机的计算机辅助设计步骤 .4第二章 三相异步电动机简介.62.1 感应电机的结构 .62.2 异步电机的运行状态 .72.3 异步电机的额定值 .8第三章 VB6.0 简介 .93.1 VB 简介.93.2 VB

6、主要功能特点 .9第四章 电机计算机辅助设计常用方法.124.1 辅助设计的分类 .124.2 辅助设计的一般步骤 .124.3 曲线和图表的数学处理方法之一插值法 .134.4 曲线和图表的数学处理方法之二公式法 .144.5 计算机辅助设计中常用的数值计算方法 .154.6 设计分析程序 .154.7 设计综合程序 .17第五章 异步电机设计具体步骤.185.1 电机 CAD 校核设计程序界面设计 .185.2 电机 CAD 校核程序设计 .28总 结.44感 谢.45主要参考文献（资料）.4610 我国电机制造业的近况及趋势0.1 我国电机制造业发展概述我国的电机制造业主要是从新中国建立

7、之后才发展起来的。由于底子较弱，所以只能从模仿前苏联的电机产品开始，到能够自行设计小型电机，再到大中型发电设备及特殊用途电机。我国电机经历了几十年的艰苦奋斗，已经取得了很大的成就，在有些方面已经达到或者接近世界先进水平，但是总体上和世界先进水平还是有一定差距的。下面介绍一下我国电机制造业的概况。（1）产品品种、规格不断增加，单机容量不断增大，技术经济指标不断提高，产品“三化”程度不断提高。在火电方面，我国目前已经可以生产 200MW 水氢氢冷和300MW 双水内冷与水氢冷汽轮发电机，600MW 水氢冷汽轮发电机，现已能设计制造1000MW 汽轮发电机组，150MW 的空冷发电机组。水电方面，目

8、前已经基本掌握了各种主要类型的水电机组的设计和制造技术，其中产量较多、发展较快的混流式机组，最大单机容量已达 700MW，轴流机组最大则达 200MW，贯流式机组则达 45MW。此外还生产了 12.5MW 冲击式、15MW 斜流式和 150MW 蓄能式机组等。风电方面，除设计制造小型风力发电机外，还研制成功了既有自主知识产权的 660kW 风力发电机组，并可生产制造兆瓦级大型风力发电机组、控制系统和变压器等。（2）新材料、新工艺、新技术的应用。在绝缘材料方面，目前我国生产的电机主要采用 B 级绝缘，F 级及 H 级很少采用，但前者正在积极向 F 级及 H 级过渡。漆的绝缘性能在电机制造行业及绝

9、缘材料行业的共同努力下，电机绝缘浸漆从有溶剂到无溶剂再到无溶剂浸渍漆。我国电机制造业从 2002 年起全面采用冷轧硅钢片作为铁心材料，性能优良的无硅低碳电工硅钢片半冷轧无取向硅钢片已经在部分电机中采用。在电机设计方面，我国各企业积极地采用计算机作为电机设计的辅助分析工具，包括电磁计算，温度场的计算辅助分析，开发了各种电机的辅助分析软件以及虚拟开发平台。（3）新型电机原理、电机控制理论、测试技术、新型发电方式的应用。近年来，我国对一些新型电机，如超声波电机、磁悬浮物轴承电机及其他新类型的电机进行了研究，取得了可喜的成就。对电机绕组、附加损耗、附加转矩、电机冷却、大型电机端部磁场、变频调速电机的调

10、速技术都进行了研究，取得了显著成绩。0.2 我国电机行业和发达国家的差距由于我国的电机工业起步较晚、底子薄弱、科技投入不足，我国的电机制造行业和发达国家相比，无论在电机容量、产品品种、产品性能、产量、新材料供应等方面都存在着不小的差距，总体来说，我国电机制造业目前还处于追赶状态。（1）品牌方面的差距 国外著名的电机企业都有自己的品牌，如西门子、ABB、GE、Baldor 等，但我国的电机企业在国际市场上没有自己的品牌，出口产品基本上都是订单产品。（2）生产规模上的差距 国外的许多大型企业既能生产交流电机，又能生产直流2电机，既生产低压电机又能生产高压电机，技术比较全面，综合能力很强。而我国的企

11、业则生产品种相对单一，到目前还没有航母级的企业。（3）生产水平的差距 以发电设备为例，到目前为止，我国所能生产的汽轮发电机组的最大单机容量为 1000MW，而国外已经达到了 1.45GW；电压等级我国为24kV，国外为 27kV。生产效率的差异（4）由于原材料、生产设备的落后，我国的电机企业的生产废品率约为 10%，而国外约为 0.3%。31 1 电机设计中的计算机辅助设计电机设计中的计算机辅助设计1.1 电机设计的任务及设计时给定的数据（1）电机设计的任务与对设计人员的要求电机设计的任务是根据用户提出的产品规格（如功率、电压、转速等） ，技术要求（如效率、参数、温升限度、机械可靠性要求等）

12、，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。从事电机设计工作的人员要注意贯彻国家的技术经济政策，并注意所设计电机的经济性和可靠性。既努力使产品满足用户要去，又要尽可能降低生产成本。在设计前和设计过程中，研究人员还应认真进行调查研究，听取有关人员的建议和意见，注意理论与实践、设计与工艺相结合。（2）电机设计时给定的数据和对电机的主要技术要求）电机设计时给定的数据和对电机的主要技术要求电机设计时通常给定下列数据：额定功率：发电机为电枢线端输出的电功率；电动机为轴上

13、输出的机械功率；同步调相机为线端超前电流下的输出的无功功率。额定电压：对交流电机指线电压，对直流电机指电枢端电压。相数及相间连接方式。额定频率。额定转速或同步转速。额定功率因数。1.2 电机设计过程及内容简介（1）准备阶段通常包括两方面内容：首先是熟悉国家标准，收集相近电机的产品样本（或样机）和技术资料（包括实验数据） ，并听取生产和使用单位的意见与要求；然后在国家标准有关规定及分析相应资料的基础，编制技术任务书或技术建议书。（2）电磁设计本阶段的任务是根据技术条件或技术任务书的规定，参照生产实践经验，通过计算和方案比较，来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算其电磁性

14、能。（3)结构设计结构设计的任务是确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格及性能要求，包括必要的机械计算及通风和温升计算。4通常，首先根据技术条件或技术任务书（技术建议书）中规定的防护型式、安装方式与冷却方式，再考虑电磁计算中所选负荷的高低来选取合适的通风冷却系统；然后安排产品的总体结构，绘制总装配草图。最后分别绘制部件的分装配图和零件图，并对总装配草图进行必要的修改。1.3 计算机辅助设计在电机设计中的应用 最近几十年计算技术的飞速发展，使得计算机辅助设计在电机设计中得到了广泛的应用。现代电机设计理论、计算技术、数据库技术、信息技术、人工智能技术及其他相关技术在电机设计中的应用，

15、就产生了电机设计计算机辅助设计技术，简称电机CAD 技术。电机 CAD 技术的广泛应用，使得设计人员避免了大量重复的手工演算，避免了使用经验或半经验公式，使得设计人员在设计阶段就能预测电机的全部性能，缩短了产品的试制周期，减少了试制投资。电机 CAD 技术从上世纪五十年代开始，目前已经取得了相当大的成就。国内许多的电机制造公司都开发了自己的电机制造软件，利用这些软件，设计人员只需要输入需要设计的电机的具体技术指标，如额定电压、额定转速、额定功率、额定转矩等数据，软件就可以根据设计者输入的数据利用程序化的设计语言自动计算出所需要的设计数据。这样就大大提高了设计的效率，减轻了工作量，也避免了手工计

16、算中的许多不精确之处。目前，电机设计中的计算机辅助设计以其优越的设计性能和极高的设计效率已经成为电机设计的主流。我国湘潭电机厂研制了基于三维 CAD 软件 solidworks 的点继续你设计开发平台，虚拟设计平台的目的是在产品设计及开发定型前，通过计算机仿真将问题尽量在计算机上解决，实现无差设计，使电机设计由经验设计和类比设计转化为给予分析的优化设计。虚拟开发平台采用三维 CAD 软件，设计产品直接导入CAE 软件进行电磁场分析、结构分析、热与流体分析；导入 CAM 软件自动生成供数控机床使用的数控代码，为制造工艺设计提供零件设计的质量数据。大型电机的机体以焊接件为主，solidworks

17、的焊接件设计模块能有效地提高设计件的设计效率。1.4 电机的计算机辅助设计步骤（1）明确设计程序类型计算机辅助设计电机程序有三种不同的类型，即分析设计、综合设计、优化设计以及电磁场有限元分析。这几种不同的设计程序往往有不同的程序结构，不尽相同的数据模型，所以输入输出的数据也不尽相同。一般而言，分析设计程序比较简单，往往容易获得成功。在分析设计比较成熟以后，可以根据需要着手编制综合程序。综合设计的难度往往与综合程度的高低有关，有的简单的在分析设计的基础上，增加了局部综合的能力，形成了自动选择绕组线规综合、自动冲片开槽设计，可自动得到大批方案。还有综合调整设计，具有较强的自动设计参量的功能。可以根

18、据实际需要，先易后难，加以选择。5（2）确定编程语言编程语言一般可以选择 Visual Basic、Visual C+等。Visual 指的是开发图形用户界面（GUI）的方法，它不需要编写大量的代码去描述界面元素的外观和位置，而只需要把预先建立的对象拖放到屏幕的指定位置上，visual basic 会自动生成程序代码并且封装起来。关于 VB 6.0 的详细介绍，我们将在下一章讨论，这里仅作简单的了解。由于Visual Basic 的强大功能，国内的许多电机设计软件都采用 VB 编程。我们这里也选用VB 6.0 来作为我们的编程语言。能够用 visual basic 完成的任务，用 visual

19、 C+也能够完成。Visual C+的编程方式更加灵活，功能更加强大，编程效率更高，但相对来说，Visual C+的数据结构更加复杂，选用 VB 6.0 就足够完成我们的设计任务。(3)编写源程序这是整个设计工作中最重要的一步，这届关系到整个设计工作的成败。我们首先应构思分析整个程序的构图。无论是主程序还是模块程序，都应绘出程序框图，框图是编制程序的依据，同时又有利于源程序的修改。总框图力求清晰、明了、一目了然，能简明而形象的表达程序的逻辑思想，反映程序的基本结构和计算层次。其次是应当设计用户界面，一般来说，用户界面应该是 windows 风格，应该具有直观、易学、易用、容错功能强等特点。再次

20、编写源程序。用算法语言编写源程序是一项十分细致的工作，主要根据程序框图和原始资料进行，同时又要注意不同的计算机对使用算法语言方面的一些特殊规定或者限制，选用合适的变量标识符，有直观性、系统性、规律性。不要一时贪快，急于上机试算，要宁稳勿急。不要存侥幸心理，要仔细推敲，只有这样才能收到事半功倍的效果，使以后的上机调试工作顺利进行。（4）调试源程序所谓程序调试，就是将一套已经预知结果的手工计算题目的原始数据输入计算机中，从计算机计算得中间结果和最终结果是否与手算结果一致，观察执行的路线是否与设计逻辑一致，有无死循环的发生等等。62 三相异步电动机简介感应电机由于其稳定运行时转子转速往往低于同步转速

21、，所以又称异步电机。它是主要依靠定子、转子之间的电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的装置。感应电机在工业上一般都作为电动机，少数场合下亦可作为发电机。感应电机由于其结构简单、制造方便、价格便宜、运行可靠、易于维护的特点，使得其在工业中应用极广。感应电机的主要缺点是，不能经济得在较宽的范围内实现平滑调速，因此功率因素恒为滞后。2.1 感应电机的结构感应电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子铁心是主磁路的一部分，为减少激磁电流和旋转磁场在铁心中产生的涡流和磁滞损耗，铁心由厚 0.5mm 的硅钢片叠压而成。在定子铁心内圆，均匀的冲有许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。为了

22、得到较好的电磁性能，大、中型感应电机都采用双层短距绕组。 转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是主磁路的一部分，一般由0.5mm 的硅钢片叠成，铁心固定在转轴或转子支架上。转子的外表呈圆柱形。转子绕组又分为笼型和绕线形两类。（1）笼型转子 笼型绕组是一个自行闭合的绕组，它由插入每个转子槽中的导条和两端的环形端环构成，如果去掉铁心，整个绕组形如一个笼子，故得名为笼型转子，或者鼠笼型转子。笼型感应电机结构简单，制造方便，是一种经济耐用的电机。为节约用铜和提高生产率，小型笼型电机一般都用铸铝转子；对大中型电机，由于铸铝质量不易保证，故采用导条插入槽内、再在两端焊上端环的结构。 图图 2-1

23、 笼型电机转子笼型电机转子7（2）绕线形转子绕线式转子感应电机的转子绕组是三相对称绕组，三相绕组通过三个集电环、电刷引出。与笼型转子相比较，绕线式转子感应电机结构复杂，价格贵，主要应用于要求起动力矩大，起动电流小或需要调速场合，此时转子回路通过集电环和电刷串电阻来增大起动力或调速.无论绕线式电机还是笼型电机，在感应电机运行过程中，转子绕组都自行短路。图图 2-2 绕线形异步电机绕线形异步电机2.2 异步电机的运行状态（1）电动机状态转子感应电流与磁场相互作用将产生电磁力和电磁转矩，由右手定则可知，电磁转矩与旋转方向相同，所以与转子转向相同，电磁转矩为驱动转矩。一般情况下，感应电机转子速度总是略

24、低于或略高于旋转磁场转速，所以感应电机又称为“异步电机” 。旋转磁场转速（同步转速 ns ）与转子转速 n 之差，称为转差，转差n 与同步转速 ns 之比称为转差率，用 S 表示，即：ssnnsn电机从电网吸收电能，通过电磁感应，由转子输出机械功率，电机处于电动机状态。 0S1(2)发电机状态若原动机拖动转子使转子速度高于旋转磁场转速 nns ，则转差率 S0。此时电机转子绕组中感应电势和电流与电动机状态相反，电磁转矩的方向将反向，电磁转矩为制动性质，原动机必须给转子输入机械功率，通过电磁感应由定子侧输出电功率，8电机处于发电机状态。(3)电磁制动状态若由于机械或者其他外因是转子逆着旋转磁场的

25、方向旋转，则转差率 s 1。此时转子导体切割气隙磁场的相对速度方向与电动机状态时相同，故转子导体中的感应电动势和电流的有功分量与电动机状态时相同，电磁转矩方向异亦相同。但由于转子转速改变，此电磁转矩表现为制动转矩。此时电动机处于电磁制动状态，它一方面从外界吸收机械功率，一方面从电网吸收电功率，两者都变成电机内部的损耗。 图图 3-4 异步电动机的三种运行状态异步电动机的三种运行状态2.3 异步电机的额定值异步电机的额定值（1）额定功率 指电动机在额定状态下运行时，轴端输出的机械功率，单位为NP千瓦（kW） 。(2) 定子额定电压 指电动机在额定状态下运行时，定子绕组应加的线电压。1NU单位为伏

26、（V） 。（3）定子额定电流IN(A) 指电机在额定状态下运行时，输出功率达到额定功率，外加电压为额定电压，流入定子绕组的线电流。 （4）额定频率 指加于定子边的电源频率，我国工频规定为 50Hz。Nf（5）额定转速 电机在额定状态下运行时的转速，单位为（） 。Nn/ minr93 VB6.0 简介3.1 VB 简介Microsoft 公司推出 windows 以后，立即以其新颖的图形用户界面、卓越的多任务操作系统性能、高层次的软件开发平台而风靡全球。尤其 windows 环境下 office 实用软件的方便使用，使不少熟悉 DOS 软件开发的用户想到自己手动设计用户界面，以满足各种应用程序的

27、需要。然而即使对有经验的程序员来说，其工作难度也是相当大的。为了编写 windows 环境下的运行程序，必须建立相应的窗口、菜单、对话框等各种“控件” ，程序的编制也显得越来越复杂。1991 年 microsoft 公司推出的应用程序开发工具visual basic，使这种情况有了根本的改变。Visual 意为“可视化的” ，指的是一种开发图形用户界面（GUI）的方法，所以 visual basic 是基于 basic 的可视化的成语设计语言。在 visual basic 中，既继承了其先辈 basic 所具有的程序设计语言简单易用的特点，其编程机制又采用面向对象、事件驱动的编程机制，用一种巧

28、妙地方法把 windows 的编程复杂性封装起来，提供了一种所见即所得的可视界面设计方法，给广大非计算机专业的人学习、使用、研究和开发 windows 下的应用程序带来了福音。Visual basic 最初是由 microsoft 公司于 1991 年推出的，刚推出 visual basic 也有缺陷，功能也相对少一些。经过 microsoft 公司的不断努力，1993 年推出的 VB3.0 已经初具规模，进入实用阶段，利用 VB 可以快速创建多媒体、图形界面等的应用程序。1995 年、1997 年和 1998 年相继推出的 VB4.0、VB5、0 和 VB6、0，在开发环境、功能上进一步完善

29、和补充，尤其在数据库管理、网络应用方面更甚一筹，使得 VB 成为许多程序员首选地编程工具。由于 VB 的程序结构简单，编写程序对系统的资源占有极低。即使考虑到VB程序本身编译和运行效率较低的不足，但是它的快捷的开发速度，简单易学的语法，体贴便利的开发环境， 使得其成为目前世界上使用最广泛的程序开发工具之 一。VB6.0 包括三个版本，分别为学习版(learning)、专业版(professional)、企业版(enterprise)。（1）学习版 是 VB6.0 的基础版，是针对初学者学习和使用的，包括所有的内部控件、网格、数据绑定等控件。（2）专业版 针对计算机专家，除了具有学习版的所有内容

30、外，还具有activex、internet 控件开发工具、动态 HTML 页面设计等高级特性。（3）企业版 VB6.0 的最高版本，除了具有专业版的所有功能外，还包括一个backoffice 特殊工具。 3.2 VB 主要功能特点VB 的中心思想就是要便于程序员使用，无论是新手或者专家。VB 使用了可以简单建立应用程序的 GUI 系统，但是又可以开发相当复杂的程序。 VB 的程序是一种基于窗体的可视化组件安排的联合，并且增加代码来指定组建的属性和方法。因为默认的属性和方法已经有一部分定义在了组件内，所以程序员不用写多少代码10就可以完成一个简单的程序。（1）具有面向对象的可视化设计工具在 VB

31、 中，应用面向对象的程序设计方法（oop） ，把程序和数据封装起来作为一个对象，每个对象都是可视的。程序员在设计时只需要用现有工具根据设计要求直接在屏幕上“画”出窗口、菜单、按钮、滚动条等不同类型的对象，窗体控件的增加和改变可以用拖放技术实现 ，一个排列满控件的工具箱用来显示可用控件（比如文本框或者按钮） ，并为每个对象设计属性。 。每个控件都有自己的属性和事件。默认的属性值会在控件创建的时候提供，但是程序员也可以进行更改。很多的属性值可以在运行时候随着用户的动作和修改进行改动，这样就形成了一个动态的程序。程序员的编程工作仅仅编写针对对象要完成哪些功能的程序，因而程序的效率可以提高很多。(2)

32、事件驱动的编程机制事件驱动是非常适合图形用户界面的编程方式。传统的编程机制是面向过程的，按程序事先设计的流程运行。但在图形用户界面的应用程序中，用户的动作即事件掌握着程序的运行流向，每个时间都能驱动一段程序的运行。程序员只要编写相应用户相应动作的程序代码即可，各个动作之间不一定需要联系。这样的应用程序代码较短，使得程序即易于编写又易于维护。(3)提供了易学易用的应用程序集成开发环境在 VB 集成开发环境中，用户可以设计界面、编写代码、调试程序，直至把应用程序编译成可执行文件，在 windows 中运行，使用户在有好的开发环境中工作。（4）结构化的程序设计语言VB 具有丰富的数据类型、众多的内部

33、函数和结构化程序结构，而且简单易学。(5)支持多种数据库的访问利用数据控件或 ODBC 能够访问的数据库系统有，microsoft access、btrieve、dbASE、Microsoft FoxPro 和 Paradox 等，也可访问 Microsoft Excel 、Lotus1-2-3 等多种电子表格。(6)OLE 技术VB 的核心就是其对对象的连接与嵌入（OLE）的支持，利用 OLE，VB 能够开发集成声音、图像、字处理、动画、web 等于一体的应用程序。(7)Active 技术Active 技术发展了原有的 OLE 技术，它使得开发人员拜托了特定语言的束缚，可方便得使用标准的 A

34、ctive 控件，调用标准的接口，实现特定的功能。(8)完备的 Help 联机帮助功能与 windows 环境下的软件一样，在 VB 中，利用帮助菜单和 FI 的功能键，用户可随时方便得得到所需的帮助信息；VB 帮助窗口中显示了有关的示例代码，通过复制、11粘贴操作可获取大量的示例代码，为用户的学习和使用提供了方便。4 电机计算机辅助设计常用方法4.1 辅助设计的分类（1） “设计分析”程序12按设计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。它是设计综合和设计优化的基础。(2)“设计综合”程序：根据已知的性能要求，决定电机各设计参量的程序。 与“设

35、计分析”的区别：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，从而得也可行的设计方案。即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。(3)“设计优化”程序：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。4.2 辅助设计的一般步骤（1）选取电机初始设计参量：）选取电机初始设计参量：冲片尺寸：、槽形尺寸1D1 iD2iDL1Q2Q绕组参量：、连接法d1dtNZai（2）校核电机性能指标：、 、TFEKstI调整电机有关参量：、转子槽形尺寸1 iDLsN挑选最佳电机设计方案磁路计算 mttpEIFFHBF

36、K,各段磁路参数计算 EKIIxxrr212121,型电路性能计算 mNfwCuFeTSppppcos,起动计算 ststststTIZstxstxstrI)(,)()(2124.3 曲线和图表的数学处理方法之一插值法插值法的实质： 对于有的函数关系的一条曲线，在使用计算机时不可)(xfy 13能将无限多组的对应数据都存贮于机内。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对应，相邻两离散点间的数据则依人为选定的函数关系来表示，这就是插值法的实质。(1) 一元插值一元插值电机设计中有许多曲线和图表，例如磁化曲线、感应电机饱和系数曲线等，都是一元函数关系。手算时可

37、查曲线和图表中的相应值；机算时可用线性或抛物线插值代替查曲线或图表。磁化曲线中可以将 B 值小的部分用线性插值，因为这段曲线近似是直线；B 值大的部分用抛物线插值，因为这段曲线已与直线差得很多。.线性插值 线性插值的实质就是将整条曲线用分段直线代替。差值点越多，段数就分的越多，分段直线就越逼近真实曲线，计算精度越高。一般而言，取有限个点就能满足工程实践对精度的要求。而且用计算机强大的处理能力来实现循环计算，速度非常快，而且准确率极高，因此线性插值在工程中应用很广。 2, 2 , 110)()(11111njxxxnxxjxxiyyxxxxyxyjnjiiiiii.抛物线插值 采用抛物线插值时，

38、设最靠近插值点 x 的三个插值点的编号分别为 k,k+1,k+2,则计算 x 处函数值 y(x)的抛物线插值函数为 kiikikjijjkjiyxxxxxyyxxxxxxxxyxxxxxxxxyxxxxxxxxxy 2232313212322232312132)()()()()()()()()(2)二元插值电机设计中也遇到需要读取由二元函数表示的曲线族，即的情况。二),(yxfz 元函数的插值方法也可以理解为两次应用一元插值，这两个一元插值可以是线性的或抛物线的。这与手算时查曲线的规律一样。由于二元差值算法复杂，工程中不是经常14用到，对于本次设计使用一元插值就足以完成任务，所以我们这里不做具

39、体介绍。 4.4 曲线和图表的数学处理方法之二公式法电机设计中要用到很多类型的曲线，如果这些曲线都采用插值法处理，将使计算机程序变得非常庞杂。如果有可能找出函数关系来代替原曲线，则既可节省大量存贮单元，使程序变得简洁，又能节省计算时间。这就是曲线的公式化。实际上，电机设计书中好多的图彪都是有公式转化而来，在电子计算机还不是很普及的年代，将公式转化为图表将大大加快所需数据的获取时间，精度基本上可以得到满足。但是在电子计算机如此普及的今天，如果我们又将图表转化成插值函数，不光浪费时间精力，而且精度不够，所以我们需要恢复公式的原貌。基处理途径如下：(1)恢复使用原始公式将绘成的曲线恢复为原来的理论公

40、式，一般不必再验证其精确度。(2)用相应公式模拟曲线在电机设计所用曲线中，有些不是理论指导的，如硅钢片磁化曲线；有些虽有来源但计算过份复杂。机算中有必要把这些曲线公式化。公式化的步骤是首先根据曲线形状确定公式类型，如直线，抛物线，双曲线等；然后用待定系数法在常用范围内由曲线的已知点求公式的系数。有时也可以采用分段函数拟合，即不同段的函数采用不同的的曲线类型，以获得最佳的拟合效果。直线： BxAy抛物线： 2CxBxAy双曲线： BxAy 双曲线的变型表达： 如 xBAxy(3)对原曲线进行改造对原曲线进行改造根据可靠资料，另找其它曲线或公式取代原曲线应用数值解法彻底改变原有计算方法154.5

41、计算机辅助设计中常用的数值计算方法 为提高计算精度并充分发挥计算机的计算功能，可利用数值计算方法来改造原有公式。（1）数值积分数值积分只应用于被积函数不能用解析式表达的情况，其精确度取决于分点的多少。当被积函数能用解析式表达时，就没有采用数值积分的必要。（2）解非线性联立方程组迭代法对分法近似解析解法曲线公式化解析解4.6 设计分析程序（1）手算程序改编成计算程序现有的手算程序一般都是核算程序，即在给定定转子铁心及绕组数据条件下，核算电机各项性能。设计人员要按经验作适当估算，先给出铁心长度、定转子内外径、槽数、槽尺寸及绕组型式、匝数、导线尺寸、接法、并联路数等设计数据后，才能按程序逐项进行手算

42、，看各项指标能否达到规定要求；然后再按经验由教育处得出的结果，调整给定的数据。将手算程序的各个公式依次变成计算机程序，即为设计分析程序。需解决的问题： 曲线与图表的处理； 迭代的处理。（2）框图的作用与编制原则框图的作用有利于在设计前集中精力处理全局性问题；16框图能清晰地表示源程序的结构、层次及重要的细节；框图是编制源程序的基础，比冗长的语言程序更便于交流，同时也利于简化；通过框图能更好地阅读，调整和修改源程序。电机设计框图的编制原则设计逻辑必须简明，力求结构紧凑、清晰、层次分明，根据电机设计的特点，一般把整个设计分成若干独立单元，使得局部参量的调整不致影响全局。为了避免“交叉循环” ，常选

43、择既能改善性能，又对其它参量没有影响或影响很小的参量作为调整的参量。当无法避免若干变量综合组合时，应做到循环嵌套层次分明，把调整效果明显、牵涉面广的变量尽量放在内层。处理好设计中的迭代问题对保证一定的计算精度和缩短计算时间有很重要的意义。框图或程序的编制可考虑将多次重复使用的运算编成子程序，做到简单、清晰。（3）迭代的处理初设值、允许误差与再设值初设值：根据经验统计资料而定。计算值与假设值的允许误差：根据程序本身计算精度要求及计算工作量而定。再设值：根据这段迭代过程计算的经验选取。控讨是否有直接解取代迭代的可能4.7 设计综合程序（1） 变量的确定（2） 定子梨形槽尺寸的决定（3） 绕组导线尺

44、寸的决定（4） 设计综合程序的基本结构175 异步电机设计具体步骤校核设计、综合设计、优化设计是电机 CAD 三个不同的层次，其中校核设计是基础，程序编写容易，应用灵活;而优化设计是电机 CAD 的高级阶段，虽然能得到较好的经济性能和技术性能，但是数学模型建立困难，编程难度大，在实际中应用较少。我们这里以校核设计为基础，详细介绍电机 CAD 系统开发过程中界面设计、图表处理、输入数据处理、输出数据处理、循环计算等基本方法。5.1 电机 CAD 校核设计程序界面设计电机 CAD 的校核程序相当于“高速计算器” ，计算电机的各种性能指标、参数、并将其输出到合适的设备。因此校核设计的第一步就是确定系

45、统的输入输出参数、个数、类别，并设计合适的界面。一般来说，三相异步电动机的输入输出参数有近百个，不宜放在一个窗体，因此主窗体的设计至关重要，它直接关系到用户的输入输出参数以18及使用的方便程度。下面我们从最基本的开始做起，一步步完成异步电机的设计。首先需要在电脑上安装 visual basic 软件，目前比较通用的是 VB6.0,。安装好了之后打开软件，会弹出如下的界面：图图 5-1 VB6.0 启动界面启动界面会有一个新建工程窗体，上面有三个选项:新建、现存、最新。新建选项会为我们创建一个新的窗体，默认名称叫做 form1。选择现存选项会为我们打开电脑里以保存的工程文件的文件夹。选择最新选项

46、会为我们打开最近在本机上操作过的 vb 文件。在这里我们只需要选择新建“标准 EXE” ，就可以创建一个新窗体。新窗体如下图所示：19图图 5-2 选择标准选择标准 EXE 启动后界面启动后界面新建的工程 1 相当于一个画布，上面摆放了许多类似 form1 的窗体，我们可以通过鼠标拖动来改变“画布”和窗体的大小。在 form1 窗体的右侧，我们会看到许多的窗口，一般 vb 默认为三个窗口，即：（1）工程资源管理器窗口 工程资源管理器窗口我们可以管理当前打开的工程及窗体以及查看代码。（2）属性窗口 在属性窗口我们可以管理选中窗体或控件的属性，例如给窗体改名等。（3）窗体布局窗口 在窗体布局窗口我

47、们可以通过鼠标拖动当前窗体在整个工程窗口的位置，例如让窗体居中，当程序运行后我们就可以看到窗体在整个工程窗口的正中位置。三种窗体如图所示：图图 5-3 工程资源管理器窗口工程资源管理器窗口20 图图 5-4 工程属性窗口工程属性窗口 图图 5-5 窗体布局窗口窗体布局窗口我们还可以将我们所需要的控件拖动到 form1 窗体上，实现各种命令。Form1 的名称是可以改变的，例如在这里我们将其改名为“主窗体” ，只需要在 form1 窗体上单击一下，选中 form1，在其属性里找到 caption 属性，将其改为“主窗体”即可，改完之后在窗体名称上就会显示“主窗体” 。如果想改变窗体的名称，只需要

48、将其名称属性改为“frm 主窗体”即可。注意这里工程文件的前缀必须是 frm，frm 之后可以使中文也可以是英文。下来我们来在主窗体中创建我们所需要的界面。21在菜单栏里找到工程，单击，再选择部件选项，打开一个对话框，里面有控件、设计器、可插入对象三个选项，再在里面选择第一个控件，可以看到出现好多可供选择的控件（图5-6 所示） 。 图图 5-6 可供选择的控件可供选择的控件在里面选择 miscrosoft tabled dialog control 6.0 控件，再单击确定，就会在工具栏里出现一个如图 5-7 所示的控件： 图图 5-7 miscrosoft tabled dialog co

49、ntrol 6.0 控件图形控件图形我们在工具栏上面双击该控件图形，或者点击它再将它拖动到主窗体合适的位置再松开，就会在主窗体上创建一个该控件。新创建的控件由于其默认属性它的大小会比较小，我们可以通过鼠标拖动来改变它的大小。该控件的默认属性中的 tab 为223，tabperrow 属性为 3，即该控件最上方总共显示 3 个桌面，且每行显示三个，分一行显示。为了设计的需要我们需要改变这两个属性值，我们将 tab 属性值改为 5，将tabperrow 属性改为为 5，则界面如图 5-8 所示： 图图 5-8 主窗体的主窗体的 tab 图形图形为了程序的需要我们要改变 tab 的标题属性。在主窗体

50、中单击 tab 0 切换到 tab 0 的桌面，在其右侧的属性窗口中找到 caption 属性，将其改为“基本参数” ，如此依次改变tab 1tab 4 的 caption 属性分别为“定子参数” 、 “转子参数” 、 “计算输出” 、 “帮助说明”，改变后的 tab 如图所示： 23图图 5-9 改变名称后的主窗体改变名称后的主窗体 tab 图形图形改变名称后，我们点击相应的那个显示 tab 的 caption 属性的地方，可以再对应的桌面下完成相应的界面设计。这里需要注意的一个问题是：如果想要在“基本参数”桌面下创建一个控件，我们不能再“基本参数”桌面下直接创建，而需要在别的窗体（同一个工

51、程中）中创建所需的控件之后，再剪切或者复制到“基本参数”桌面下。如果我们采取直接创建的方法，那么创建的控件在别的桌面下也是可见的，这将会导致界面的混乱。下面我们来在各个桌面下创建所需的控件。创建所需的控件我们需要用到：标签控件（label） 、文本框控件（textbox） 、命令按钮控件（commandbutton） 。（1）基本参数桌面 在工程资源管理器里面单击“frm 主窗体（frm 主窗体） ”，选中它，再右击，弹出一个如图 5-10 所示的对话框： 图图 5-10 添加新窗体添加新窗体选择添加添加窗体，就可以创建一个名为 form1 的新窗体。在这个窗体上，我们新建 12 个 labe

52、l，将其分两列竖着排列，将其 caption 属性依次改为：“额定输出功率 Pn（kw）：” 、 “额定电压 Un（v）：” 、 “极对数 P：” 、 “频率 f（HZ）：” 、 “额定转速 Nn（rpm）：” 、 “铁心长度 li（mm）：” 、 “工作温度 C：” 、 “效率 1：” 、 “功率因数 cos1：” 、 “最大转矩倍数 Tm1：” 、 “起动转矩倍数 Tst1：” 、 “启动电流倍数Ist1：” ，其名称属性由于程序中不会用到，且不会在用户界面中显示出来，所以可改可不改。如果要改的话其前缀名必须是 lbl。然后添加 12 个文本框。将 12 个标签和 12 个文本框一一对应起

53、来。这里涉及到修改它们的名称属性及 text 属性，将它们的名称属性依次改为：“txtPn” 、“txtUn” 、“txtp” 、“txtf” “txtNn” 、 “txtli” 、“txtC” 、“txtata1” 、“txtcosfai1” 、“txtTm1” 、“txtTst1” 、“txtIst1”.这里为了输入数据的直观性，也为了简化处理，我们将文本框的 text 属性也作出修改，将他们依次改为：24“11000” 、“380” 、“2” 、“50” 、“1460” 、“0.155” 、“115” 、“0.88” 、“0.84” 、“2.2” 、“2.2” 、“7.0” ，那么这些输

54、入数据就可以在桌面上直接显示出来。整个桌面如图 4-11 所示： 图图 5-11 基本参数桌面基本参数桌面 （2）定子参数桌面 点击桌面的“定子参数“选项，会出现一个空白的桌面，这里我们可以设计我们的定子输入参数模式。和前文一样，我们这里需要用到 label 控件和 text 控件。 我们先建立 label 控件。定子参数中有 14 个输入数据，因此建立 14 个标签。这 14 个标签每 7 个一列排成两列。这 14 个标签的 caption 属性依次改为：“内径Di1（m）：” 、“外径 D1（m）：” 、“槽数 Z1：” 、“伸出铁心长度 l：” 、“并联支路数 Ni1：” 、“每槽导体数

55、 Ns1：” 、“线径 d1：” 、“r21：” 、“b11：” 、“b01：” 、“h11：” 、“h21：” 、“bi1：” 、“h01：” 。它的名称属性可改可不改。 我们再创建 14 个文本框用于输入这 14 个定子参数。由于以后程序中会涉及到数据的传送，故这 14 个文本框的名称属性和 text 属性局需要修改。名称属性依次改为：“txtDi1” 、“txtD1” 、“txtZ1” 、 “txtl” 、“txtNi1” 、“txtNs1” 、“txtdl” 、“txtr21” 、“txtb11” 、“txtb01” 、“txth11” 、“txth21” 、“txtbi1” 、“tx

56、th01” 。它们的 text 属性依次改为：“0.17” 、“0.26” 、“36” 、“0.015” 、“2” 、“29” 、“0.0013” 、“0.0051” 、“0.0077” 、“0.0038” 、“0.0011” 、“0.0141” 、 “0.00745” 、“0.0008” 。 这里我们再附上定子槽型：25图图 5-125-12 定子槽型定子槽型 设计完成或定子参数桌面如图 5-13 所示： 图图 5-13 定子参数桌面定子参数桌面 （3） 转子参数桌面 先切换到转子参数桌面，这里我们需要输入 13 个参数，所以创建 13 个 label 和 13 个 text。先创建 13

57、个标签，这 13 个 label 排成两列，每列分别 6 个和 7 个。它们的 caption 属性依次改为：“气隙 ：” 、“内径 Di2：” 、“导条长 lB：” 、“端环平均直径 DR：” 、“端环截面积 AR：” 、“导条26（端环）电阻率 ：” 、“r22” 、“b12：” 、“b02：” 、“bi2：” 、“h02：” 、“h12” 、“h22：” 。它们的 text 文本框的名称属性依次改为：“txtdat” 、“txtDi2” 、“txtlB” 、“txtDR” 、“txtAR” 、“txtrou” 、“txtr22” 、“txtb12” 、“txtb02” 、“txtbi2”

58、 、“txth02” 、“txth12” 、“txth22” 。它们的 text 属性依次改为：“0.0005” 、“0.06” 、“0.185” 、“ ” 、“0.0004” 、“0.0000000217” 、“0.0024” 、“0.0048” 、“0.001” 、“0.01135” 、“0.0005” 、“0.0011” 、“0.0249” 。再附上转子槽型:图图 5-145-14 转子槽型转子槽型设计完成或定子参数桌面如图 5-15 所示：27图图 5-15 转子参数桌面转子参数桌面 （4） 计算输出桌面 切换到输出桌面后，我们需要输出五组数据，每组 4 个，总共 20 个。我们先创建

59、 5 个标签，竖着排成一列，它们的 caption 属性依次改为：“效率 ：” 、“功率因数 cos：” 、“最大转矩倍数 Tm：” 、“起动转矩倍数 Tst：” 、“起始电流倍数 Ist：” 。再横着创建四个标签，它们的 caption属性依次改为：“标准值：” 、“计算值：” 、“绝对偏差：” 、“相对偏差：” 。 再创建 20 个 text 文本框，排成四行五列。如果按从下到右的顺序依次排列，则这二十个文本框的名称属性依次为：“txtata” 、“txtcosfay” 、“txtTm” 、“txtTst” 、“txtIst” 、“txtata 计算值” 、“txtsosfay 计算值”

60、、“txttm 计算值” 、“txttst 计算值” 、“txtist 计算值” 、“txtata 绝对偏差” 、“txtcosfay 绝对偏差” 、“txttm 绝对偏差” 、“txttst 绝对偏差” 、“txtist 绝对偏差” 、“txtata 相对偏差” 、“txtcosfay 相对偏差” 、“txtcosfay 相对偏差” 、“txttst 相对偏差” 、“txtist 相对偏差” 。它们的 text 属性里则存放计算输出值及标准值。 还要再设计两个按钮分别用于计算和退出。双击工具箱中的“commandbutton”两次，建立两个按钮，将他们的名称属性分别改为：cmd 计算和 cm

61、d 退出，将caption（标题）属性改为：计算和退出。 计算输出桌面如下图所示：28 图图 5-165-16 计算输出桌面计算输出桌面（5） 帮助说明桌面 这个桌面用于解释程序设计中的一些复杂的及需要注意的地方。暂且留出空白。至此我们的主程序界面已经设计完成。下面我们要做的就是程序设计。5.2 电机 CAD 校核程序设计 主程序可以在主窗体对应的写代码处编写。具体如下：找到工程资源管理器（如果工程资源管理器已经被关闭，找到工具栏里的视图选项，选择里面的工程资源管理器即可） ，其下方有三个选项：查看代码、查看对象、切换文件夹，点击“查看代码”选项，就可以打开代码窗口，在里面编写代码。(1)需要

62、注意的问题如下： 由于程序中有许多的查表函数和公共变量，故需要创建一个类模块，来存放这些函数和变量。存放在这里的函数和变量相当于公共资源，本工程中的窗体都可以调用。类模块的具体创建方法如下：在当前工程中任意选择一个窗体，右击弹出一个菜单，选择“添加”“添加模块”即可。如下图所示：29 图 5-17 添加模块 对于循环的处理，我们利用“goto 语句+circleN+lineN：（N=1,2,3） ”处理，其中 goto 语句的实现形式应为：If then Goto lineNElse Goto circleNEnd ifLine 标记和 circle 循环应该突出一些，以便于程序阅读。 程序中

63、需要利用到许多的图表，对于这些图表能还原成公式的尽量还原成公式（如集肤效应引起的电阻增加系数 KF 和漏抗减少系数 Kx） ，对于不能还原成公式的，我们利用插值法（大多为一元插值） 。对于差值我们利用了两种方法：1)分段线性化，例如磁化曲线的处理；2)分段函数法，即将一条曲线分为有限段，每一段用直线、双曲线或者抛物线等常见曲线近似（如曲线） 。()ssFf K(2) 模块里面的公用变量和程序 30模块（module1）里面写入的程序如下：Public PN, Un, p, z2, D1, f, Nn, Pf, Pmc, li, kw, C 基本参数Public Ikw, ata1, cosfa

64、i1 基本参数Public dat, Di2, lB, DR, AR, rou, r22, b12, b02, bi2, b22, hs2, hj2, Tst1, Ist1, Tm1 转子参数Public Di1, Z1, l, Ni1, Ns1, r21, b11, b01, h11, h21, bi1, hs1, xj, Kp1, kd1 定子参数Function FSf(x) Dim Fsh As Variant If x = 1.25 Then FSf = 1.971 - 0.4 * x + 0.42 * (x - 1.25) * (x - 1.25) End IfEnd Functi

65、onFunction CHQXf(x) Dim i, j Dim b, h As Variant b = Array(0.4, 0.45, 0.5, 0.55, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8, 0.85, 0.9, 0.95, 1, 1.05, 1.1, 1.15, 1.2, 1.25, 1.3, 1.35, 1.4, 1.45, 1.5, 1.55, 1.6, 1.65, 1.7, 1.75, 1.8, 1.85) h = Array(138, 148, 158, 169, 181, 194, 210, 228, 250, 276, 306, 341, 383, 433

66、, 493, 568, 652, 762, 890, 1050, 1260, 1550, 2010, 2670, 3780, 5340, 7200, 9500, 12200, 15200) If x = b(28) Then i = 28 CHQXf = h(i) + (x - b(i) * (h(i + 1) - h(i) / (b(i + 1) - b(i) Else For j = 1 To 27 If x = b(j) And x b(j + 1) Then i = j CHQXf = h(i) + (x - b(i) * (h(i + 1) - h(i) / (b(i + 1) - b(i) Exit For End If Next j End If31 End FunctionFunction tshxs(x) Dim i, j, b, p01 b = Array(0.5, 0.55, 0.6, 0.65, 0.7, 0.75, 0.8, 0.85, 0.9, 0.95, 1, 1.05, 1.1, 1.15, 1.2, 1.25, 1.3, 1.35, 1.4, 1.45