吝伶艷,宋建成

(太原理工大學電氣與動力工程學院,太原 030024)

在煤礦通風系統(tǒng)中,電動機作為傳動裝置,直接拖動通風機負載。為了滿足礦井通風機的驅(qū)動要求,對電動機的性能要求應掌握以下原則[1]:電動機須具備一定過載能力,以保證在短時超載情況下尚能正常工作;電動機應具有通風機所需的起動轉(zhuǎn)矩,只能大,不能小;電動機須具備隔爆性能。因此,在為通風機設計配套電機時,一定要根據(jù)通風機和電動機的使用條件,設計出滿足技術(shù)要求的配套產(chǎn)品,保證通風機——電動機系統(tǒng)的安全運行。

電動機設計是針對給定的技術(shù)指標,按照一定的電磁關(guān)系,通過反復的假設、分析計算和校核來完成電動機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)的計算和選擇。電動機設計過程中,牽涉到大量的經(jīng)驗參數(shù)、曲線、圖表及各種標準,每次設計過程的反復都將導致大量的查曲線、表格及計算的重復。以往在調(diào)試電機參數(shù)時采用的手工設計方法,計算非常繁雜,人工查詢圖表的結(jié)果往往給電動機設計帶來較大的誤差,并且需反復查詢,費時費力。電動機CAD(Computer Aided Design)的引入,一定程度上解決了以上問題。

目前通風機電動機大多為異步電動機,型號主要有Y系列、YBF系列及YKK系列,電壓等級有1140 V、3 kV 、6 kV和10 kV等。筆者在 Windows XP環(huán)境下,采用路的方法,在Visual Basic 6.0平臺上開發(fā)四種系列電動機通用的設計軟件。該軟件由模塊化結(jié)構(gòu)、可視化用戶界面、多文擋窗體等基本構(gòu)件組成。具有交互能力強,功能完善,性能可靠,計算速度快,設計效率高,通用性強等特點。

1 軟件的整體結(jié)構(gòu)及界面設計

根據(jù)用戶設計要求,三相異步電動機CAD軟件必須具有如下特點:能在Windows環(huán)境下使用;操作界面友好、與用戶交互方便;符合電動機設計用戶的使用習慣,即設計過程中輸入或修改數(shù)據(jù)直觀方便,有必要的圖形顯示功能,計算快速準確。

根據(jù)以上要求,筆者設計的三相異步電動機CAD軟件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三相異步電動機CAD軟件總體結(jié)構(gòu)圖

從圖1可以看出,本軟件采用了模塊化設計方法。每個模塊設計為獨立的窗體界面,作為子窗體顯示在主界面的父窗體中。每個模塊的功能和設計流程可以通過幫助獲取。此設計方法使設計人員在完成設計任務的同時,也學到了相關(guān)的電動機設計知識。

1.1 歡迎界面

當應用程序啟動時首先加載一個快速顯示窗體,使得啟動過程不會顯得單調(diào)和漫長,然后進入歡迎界面。該界面以筆者精心設計的圖片為背景,并以文字形式提示用戶如何進入軟件。歡迎界面的功能及設計都比較簡單。首先在窗體上創(chuàng)建一個Command1控件,并通過時鐘控件使其移動,再通過窗體及Command1的Picture屬性分別加載事先設計好的圖片,該界面設計即告完成。然后開始編程實現(xiàn)“歡迎進入”的功能,即在Command1的單擊事件下編寫相應事件過程,此處也可以加入保護程序的密碼功能。

1.2 主界面

根據(jù)模塊在主界面的窗體中設計菜單。菜單中包含“文件” 、“額定數(shù)據(jù)及主要尺寸”、“定子沖片形狀及尺寸”、“轉(zhuǎn)子沖片形狀及尺寸”、“鐵磁材料及繞組線規(guī)”、“磁路計算”、“參數(shù)計算”、“起動性能計算”和“定轉(zhuǎn)子槽形分布圖”等菜單項,單擊時分別調(diào)出對應窗體界面。這樣用戶就可以通過直接選擇菜單中的菜單項來查看軟件中的任一部分。

1.3 其它界面

歡迎界面與主界面之外的其它窗體的設計過程及功能都非常類似,由于篇幅所限,僅以定子沖片形狀及尺寸界面的設計過程為例進行介紹。

本軟件存儲了通風機電動機常用定、轉(zhuǎn)子槽形,用戶在列表框的下拉列表項中選擇需要的槽形,右側(cè)的Image控件區(qū)域就會顯示出所選槽形并帶有尺寸標注的圖形。與此同時,圖形左側(cè)會根據(jù)圖形標注顯示出此槽形需要輸入的量,并帶有供用戶輸入槽尺寸用的文本框。當用戶輸入并確認無誤后,點擊“確定”按鈕,軟件就會自動計算出用戶需要的計算結(jié)果。運行界面如圖2所示。

用戶在使用本軟件時,需要在各界面之間切換,故根據(jù)用戶習慣在界面的右下方設置了“上一步”、“下一步”和“退出”按鈕。點擊“上一步”按鈕將返回到前一個界面,點擊“下一步”按鈕將轉(zhuǎn)到下一個界面,點擊“退出”按鈕將退出應用程序。本界面涉及到的功能有:輸入/輸出功能、列表框選擇功能和圖片加載功能等。

圖2 定子沖片形狀及尺寸界面

1)輸入/輸出功能。該功能是將用戶輸入到界面上的值賦給變量,再通過電機程序代碼對變量進行運算,運算結(jié)果賦給需要的變量,最后將該變量的值賦給輸出文本框的Text屬性輸出到界面。

2)列表框選擇功能。首先創(chuàng)建一個ComboBox(組合框)控件,將其名稱設置為Com1,并將常用定子槽名稱輸入到Com1的List屬性,這樣就做好了供用戶選擇的下拉列表項。需要注意的是,當用戶選擇不同槽形時,不僅要求輸入的尺寸種類不同、加載圖片不同,而且代碼程序中的計算方程也要相應做出調(diào)整,此功能可以用If語句塊實現(xiàn)。

3)圖片加載功能。根據(jù)用戶所選的槽形而加載不同的圖片,這一功能需要用Com1的Text屬性來實現(xiàn)。以選擇圓底槽為例進行如下編程

If Com1.text=“圓底槽”then

Image1.Picture=LoadPicture("C:定轉(zhuǎn)子槽形dzydc.bmp")

設計中還用到了Label(標簽)、Text(文本框)、Command(命令按鈕)、CommonDialog(通用對話框)和 Frame(框架)等控件,它們的屬性、事件及方法此處不再贅述。

2 表格、曲線自動查詢

電機設計需要查取眾多數(shù)據(jù)表格或材料特性曲線,如鐵磁材料B-H特性曲線,軛部磁路校正系數(shù)等。為使計算機能查取曲線,須將曲線和表格轉(zhuǎn)化為數(shù)值表達形式。一般有插值法和曲線擬合法兩種處理方法,比較簡單的辦法是線性插值法和拋物線插值法。插值法的實質(zhì)就是將曲線“離散化”,輸入有限個離散數(shù)據(jù),分別與曲線上有限個離散點相對應,相鄰兩離散點間的數(shù)據(jù)通過人為選定的函數(shù)關(guān)系來表示。

表格的自動查詢功能是通過拉格朗日插值子過程實現(xiàn)的[4]。拉格朗日插值是最基本、最簡單的插值方法,也是數(shù)值積分和求常微分方程數(shù)值解的重要工具。該方法是用一個n次多項式擬合一個函數(shù)f(x)。其功能是:給定函數(shù)y=f(x)在n個不同插值點xi(i=1,…,n)的函數(shù)值 yi=f(xi)(i=1,…,n),用拉格朗日插值多項式求函數(shù)在任一x處的函數(shù)值y。

拉格朗日插值分為一元插值和二元插值。在電動機設計中,查詢磁化曲線時,先將磁化曲線表格中的磁通密度B值的所有離散值以數(shù)組的形式輸入到程序中,再將磁場強度H所有的值分別以數(shù)組的形式輸入到程序中,然后通過調(diào)用拉格朗日插值子過程來實現(xiàn)。這樣,輸入一個磁通密度值,程序就會計算出與之相對應的磁場強度值。

曲線的自動查詢功能與表格相比,不同之處是先要將曲線離散化,接下來的處理方法與表格相同。

3 定、轉(zhuǎn)子槽分布圖的繪制

當設計完定、轉(zhuǎn)子槽形后,為了讓用戶更直觀地查看定轉(zhuǎn)子槽的整體分布情況,本軟件提供了定轉(zhuǎn)子槽分布圖自動繪制功能。

電機定、轉(zhuǎn)子沖片主要由沿圓周均勻分布的槽構(gòu)成,應用VB語言可以根據(jù)輸入的定轉(zhuǎn)子尺寸使用Line、Circle方法自動繪制定轉(zhuǎn)子沖片圖。

自動繪圖功能是在PictureBox控件容器中通過Line、Circle方法來實現(xiàn)。文中僅以定子為圓底槽、轉(zhuǎn)子為圓形槽為例介紹本界面功能。在圖4界面中,用戶根據(jù)任務書在下面的輸入框中輸入相應的槽尺寸,確認無誤后點擊“繪圖”按鈕便可畫出相應的定、轉(zhuǎn)子槽分布圖。程序框圖如圖3所示。

運行界面,顯示結(jié)果如圖4所示。

圖3 繪制槽形分布的框圖

圖4 定轉(zhuǎn)子槽分布圖

4 結(jié)束語

本軟件已在多家電機設計部門使用,因該軟件簡單易學而深為電機設計人員所接受。使用效果表明,本軟件界面友好,與用戶的交互能力增強;模塊化的結(jié)構(gòu)使得設計人員清晰地理解了設計流程,有助于對所設計的產(chǎn)品進行分析;曲線和圖表的自動查詢明顯地提高了查詢速度和精度;槽形分布圖的繪制可以了解所設計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)合理性?？傊?該軟件的應用縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期,節(jié)省了新產(chǎn)品開發(fā)所投入的費用,提高了產(chǎn)品的設計效率。

[1]彭建鄂.通風機改型配套時電動機功率的計算[J].風機技術(shù),2001(2):53-55.

[2]楊向宇.電機的計算機輔助設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996.

[3]劉瑞新.Visual Basic程序設計教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[4]何光渝.Visual Basic常用數(shù)值算法集[M].北京:科學出版社,2002.

[5]陳楠.模塊化在電機設計中的應用[J].電機技術(shù),2007(2):5-6.