电气装备CAD技术,试用讲义,一、概述,1.1 课程目的 1、掌握电机设计的实施过程 2、掌握电机性能分析的基本方法 3、初步掌握电机CAD软件编制 4、了解电机设计分析的相关软件 5、了解电机机械CAD相关软件,1.2 中小型电机发展趋势 调整产品结构，扩大派生产品规模 以节能、环保为目标更新产品 扩大产品出口 技术改造，组合兼并,1.3 微特电机 传统微特电机 1、小功率感应电机 2、永磁电机 3、低速电机 机电一体化微特电机 1、变频感应电机 2、无刷直流电机 3、步进电机 4、开关磁阻电机 5、低速大转矩调速电机,新原理微特电机 1、超声波电机 2、超微静电电机 3、鞭毛电机,1.4 电机设计与制造现状 电机电磁CAD 电机机械CAD 电机制造,二、Visual Basic简介,2.1 Visual Basic概况 2.2 创建第一个程序 2.3 VB软件开发环境 2.4 VB的基本语言 2.4.1 数据类型,数据类型 存储空间大小范围 Byte 1 个字节 0 到 255 Boolean2 个字节True 或 False Integer 2 个字节-32,768 到 32,767 Long4 个字节-2,147,483,648 到 2,147,483,647 (长整型) Single4 个字节 负数时从 -3.402823E38 到 -1.401298E-45； (单精度浮点型) 正数时从 1.401298E-45 到 3.402823E38 Double 8 个字节负数时从 -1.79769313486232E308 到 (双精度浮点型) -4.94065645841247E-324； 正数时从4.94065645841247E-324 到 1.79769313486232E308,Currency (变比整型)8 个字节从 -922,337,203,685,477.5808 到 922,337,203,685,477.5807 Decimal14 个字节没有小数点时为 +/-79,228,162,514,264,337,593,543,950,335， 而小数点右边有 28 位数时为 +/-7.9228162514264337593543950335； 最小的非零值为 +/- 0.0000000000000000000000000001 Date8 个字节100 年 1 月 1 日 到 9999 年 12 月 31 日 (变长)10 字节加字符串长度0 到大约 20 亿 Object4 个字节任何 Object 引用,String (变长)10 字节加字符串长度0 到大约 20 亿 String (定长)字符串长度1 到大约 65,400 Variant (数字)16 个字节任何数字值，最大可达 Double 的范围 Variant (字符)22 个字节加字符串长度与变长 String 有相同的范围 用户自定义 （利用 Type）所有元素所需数目每个元素的范围与它本身的数据类型的范围相同。,日期数据（Date）转换 小数点左边数据代表日期，基准日：1899年12月31日；小数点右边数据代表时间：0为午夜12点，0.5为中午12点 例： Option Explicit Private Sub Command1_Click() Dim TestDate1 As Date Dim TestDate2 As Date Dim TestDate3 As Date TestDate1 = 0 TestDate2 = 1.5 TestDate3 = -1.5 Print TestDate1 = + Str(TestDate1) Print TestDate2 = + Str(TestDate2) Print TestDate3 End Sub,Private | Public Type 自定义类型名 元素名1As 类型 元素名2As 类型 元素名nAs 类型 End Type 例： Type StateData CityCode (1 To 100) As Integer County As String * 30 End Type,2.4.2 常量与变量 例： Public Const Poem as String=“书山有路勤为径，学海无涯苦做舟” Dim 变量名 As 类型 2.4.3 变量的作用域 （1）局部变量 （2）窗体和模块级变量 （3）全局变量 全局变量只能在模块中声明，用Public。,2.4.3 运算符和表达式 1）、 *、 /、 +（&）、 -、 、 Mod 2）关系运算符、逻辑运算符 3）运算符和括号将运算对象连接的式子 例： 解一元二次方程 Private Sub Command1_Click() Dim a!, b!, c!, x! a = 8.9: b = 14.56: c = -21 x = (-b + Sqr(b 2 - 4 * a * c) / (2 * a) Debug.Print x = & x End Sub,2.4.4 数组 （1）静态数组 1）一维数组 2）多维数组（最多60维） 默认数组下界为0，可用Option Base n语句改变。 （2）动态数组 例： Dim A1() As Single, A2() As Single Private Sub Command1_Click() ReDim A1(10) ReDim A2(2, 5) End Sub （3）控件数组,2.4.5 函数与过程 2.4.6 选择结构 if then else endif select case case case end case 2.4.7 循环语句 （1）For （2）Do .,三、电机的主要参数 之间的关系,3.1 电机设计流程,确定主要尺寸,磁路计算,参数计算,性能计算,开始,3.2 电机的主要参数之间的关系式 1、主要尺寸 2、关系式（输出方程） 建立主要尺寸与电磁参数之间的关系。 1）直流电机 2）交流电机 3.3 电磁负荷的选择,一、电磁负荷对电机性能和经济性的影响 （一）线负荷A高，磁负荷B不变 （1）电机体积减小，节约材料 （2）B一定时，由于铁心重量减小，铁耗减小 （3）绕组用铜量增加 （4）增大电枢单位表面上铜耗，绕组温升增高 （5）影响电机参数和电机特性,（二）磁负荷B高，线负荷A不变 （1）电机体积减小，节约材料 （2）基本铁耗增大 （3）磁路饱和程度增大 （4）影响电机参数和电机特性 二、线负荷A和磁负荷B的选择,3.4 电机主要尺寸比的选择及确定主要尺寸的一般方法 一、主要尺寸比的选择 二、确定主要尺寸的一般方法,四、磁路计算,主要目的： 确定产生主磁路所必须的磁化力或励磁磁动势（简称磁势），校核铁心各部分磁通密度的合理性，计算励磁电流以及电机的空载特性曲线。,4.1 概述 4.1.1 磁路计算的基本原理 全电流定律（安培环路定律）：磁场强度向量沿任一闭合回路的线积分等于该回路所包围的全电流（电流代数和）， 如果积分路径沿着磁场强度向量取向（即沿着磁力线），则,铁心各部分的磁场化为等效的各段磁路。各段磁路磁通沿截面均匀分布，B=Const，由B=H， = 各段中磁场强度H=Const，故 即 各类电机磁路可分为5段： 空气隙；定子齿（或磁极）；转子齿（或磁极）；定子轭；转子轭,4.2 空气隙磁压降的计算 4.2.1 计算极弧系数p的确定 4.2.2 电枢或气隙的轴向计算长度lef 4.2.3 气隙系数K 4.2.4 极轭间隙气隙磁压降的计算 4.3 齿部磁压降的计算 4.3.1 齿磁密Bt的计算 1）Bt1.8T时 2）Bt1.8T时,4.4 轭部磁压降的计算 按所衔接的是齿或是磁极可分为极联轭和齿联轭两种。 4.4.1 极联轭磁压降的计算 1）交流电机齿联轭磁压降,2）直流电机齿联轭磁压降,4.5 磁极漏磁系数与磁极磁压降的计算 4.5.1 磁极漏磁系数,磁极磁通 其中，漏磁系数 1）凸极同步电机的磁极漏磁系数,五、参数计算,计算电机的电阻、电抗，为性能计算作准备。（仅计算稳态参数）,5.1 绕组电阻的计算 直流电阻： 温度为t时的电阻率 交流电阻 绕组中通以交流电时，由于集肤效应，使其电阻值比通直流时增大， 式中系数KF表示电阻增加系数。,图5.1 Visual EMCAD/VIM 温度设置,直流电机 设电枢绕组由2a条支路组成，每条支路长度 2a条支路并联，故电枢绕组总电阻：,感应电机 定子每相电阻 N1为每相串联匝数（每相中每条支路串联匝数），则每相每条支路长度： 设每相绕组的并联支路数为a，故每相绕组总电阻：,转子子每相电阻 把鼠笼转子绕组当作一个对称多相绕组，其相数等于槽数，每相导体数等于1 各导条电流之间的相位差等于相邻两槽间的电角度,由图可得： 等效绕组的的电损耗等于原来鼠笼绕组的电损耗，即： 故 其中,如果端环与导条的材料相同，则 要应用于等效电路，转子电阻须折算到定子， 折算系数K 对鼠笼转子，相数m2等于槽数Z2，每相串联匝数N2=1/2，绕组系数Kdp2=1,5.2 绕组电抗的一般计算方法 绕组电抗大体上可分为：1）主电抗；2）漏电抗。 电抗可以采用两种方法计算：1）磁链法；2）能量法。 任何一个电路的电抗可写成 =2f，交变电流的角频率，L电路的电感 当电路处于线性媒介时（磁链随电流正比变化），,5.3 主电抗计算,六、损耗与效率,6.1 概述 电机的损耗一般分为： 电气损耗 基本铁耗 机械损耗 杂散损耗,6.2 基本铁耗 6.2.1 磁滞损耗,磁滞损耗系数 磁滞损耗系数更准确的表达式 当1.0TB 1.6T时,6.2.2 涡流损耗 涡流损耗系数,6.2.3 轭部及齿部的基本铁耗 钢的损耗系数（比耗，W / kg）,为方便计算 p10/50 当B=1T，f=50Hz时，钢单位重量内的损耗 钢中基本铁耗的一般表达式为,6.3 空载时铁心中的附加损耗（旋转铁耗） 表面损耗、脉振损耗，由气隙中的谐波磁场引起。,作业解答,七、感应电机的电磁设计,7.1 概述,Y-132M-4、Y-315S-6、Y-801-2 我国基本系列主要技术参数：,派生和专用系列：,感应电动机的主要性能指标和额定参数 1）性能指标 效率 功率因数 最大转矩倍数 起动转矩倍数 起动电流倍数 绕组和铁心温升 起动过程中的最小转矩,2）额定参数与标么值 额定功率 额定电压 额定频率 额定转速 基准值 电压基准值：额定相电压UN 功率基准值：额定功率PN 电流基准值：每相功电流IKW 阻抗基准值：ZKW=UN/IKW 转矩基准值：额定转矩TN,7.2 主要尺寸与气隙的确定 7.2.1 主要尺寸和计算功率,一般情况下可近似认为： 即 （1-L）称为电势系数,开始设计时给一假定值，采用经验公式，对 2极小型电机 非2极小型电机 中型电机 7.2.2 电磁负荷的选择,7.2.3 主要尺寸比的选择 7.2.4 主要尺寸的确定 7.2.5 空气隙的确定 7.3 定子绕组与铁心的设计 7.3.1 定子槽数的选择 定子槽数=每极每相槽数q1，q1大小对电机的参数、附加损耗、温升及绝缘材料消耗等都有影响。,当采用较大的q1值时： 1、定子谐波磁场减小，使附加损耗降低，谐波漏抗减小。 2、每槽导体数减少，使漏抗减小；另一方面槽数增加，槽高与槽宽的比值相应增大，使槽漏抗增大，但这方面影响较小。 3、槽中线圈边总散热面积增加，有利于散热。 4、绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率降低 对一般感应电动机，q1可在26之间，极数少、功率大的电机，q1可取得大些。,7.3.2 定子绕组形式和节距的选择 （一）单层绕组 优点：槽利用率高； 嵌线方便；槽内不 会相间击穿。 缺点：不易做成短距， 磁势波形较双层绕组差；嵌线困难。,单层同心式,单层链式,单层交叉式,（二）双层绕组 （三）单双层绕组 q