电机设计电子计算机在电机设计计算中的应用（电机设计CAD） .doc

第十一章 电子计算机在电机设计计算中的应用（电机设计CAD）§11-1 概述一、 电机设计的分类1、 “设计分析”程序：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。二、 电机设计的基本任务、规格、技术要求三、 电机设计的一般步骤1、 选取电机初始设计参量： 冲片尺寸：、槽形尺寸 绕组参量：、连接法2、 校核电机性能指标：、3、 调整电机有关参量：、转子槽形尺寸4、 挑选最佳电机设计方案磁路计算 参数计算 性能计算 起动计算 四、 电机设计CAD的主要过程选定目标、 数学描述、 数值处理、 编制程序、整理输入数据、 检验程序、 输出结果分析§11-2 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。一、 线性插值 二、 抛物线插值三、 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。四、 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。§11-3 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。基处理途径如下：一、 恢复使用原始公式将绘成的曲线恢复为原来的理论公式，一般不必再验证其精确度。二、 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；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。1、 直线： 2、 抛物线： 3、 双曲线： 4、 双曲线的变型表达： 如 5、 曲线的分段处理三、 对原曲线进行改造1、 根据可靠资料，另找其它曲线或公式取代原曲线2、 应用数值解法彻底改变原有计算方法§11-4 机辅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。一、 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。二、 解非线性联立方程组1、 迭代法2、 对分法3、 近似解析解法4、 曲线公式化解析解§11-5 设计分析程序一、 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，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。二、 框图的作用与编制原则1、 框图的作用 有利于在设计前集中精力处理全局性问题； 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，安比冗长的语言程序更便于交流，同时也在利于简化； 通过框图能更好地阅读，调整和修改源程序。2、 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。 为减少计算时间和避免应知数据后置，在主要计算内容前可安排一个“常用数据计算框”，此框主要计算那些按已知数据便可确定的参量和系数。 为了避免“交叉循环”，常选择既能改善性能，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，做么简单、清晰。三、 迭代的处理1、 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。2、 控讨是否有直接解取代迭代的可能§11-6 设计综合程序一、 变量的确定二、 定子梨形槽尺寸的决定三、 绕组导线尺寸的决定四、 设计综合程序的基本结构