基于VB6.0的异步电机设计程序毕业设计

基于VB6.0的异步电机设计程序毕业设计
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目录 .. (III)
绪论我国电机制造业的近况及趋势 (1)
0.1我国电机制造业发展概述 (1)
0.2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 (3)
1.1电机设计的任务及设计时给定的数据 (3)
1.2电机设计过程及内容简介 (3)
1.3计算机辅助设计在电机设计中的应用 (4)
1.4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 (6)
2.1感应电机的结构 (6)
2.2异步电机的运行状态 (7)
2.3异步电机的额定值 (8)
第三章VB6.0 简介 (9)
3.1VB简介 (9)
3.2VB主要功能特点 (9)
第四章电机计算机辅助设计常用方法 (12)
4.1辅助设计的分类 (12)
4.2辅助设计的一般步骤 (12)
4.3曲线和图表的数学处理方法之一——插值法 (13)
4.4曲线和图表的数学处理方法之二——公式法 (14)
4.5计算机辅助设计中常用的数值计算方法 (15)
4.6设计分析程序 (15)
4.7设计综合程序 (17)
第五章异步电机设计具体步骤 (18)
5.1电机CAD校核设计程序界面设计 (18)
5.2电机CAD校核程序设计 (28)
总结 (44)
感谢 (45)
主要参考文献（资料） (46)
0 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
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%。

1 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），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
电机设计时通常给定下列数据：
①额定功率：发电机为电枢线端输出的电功率；电动机为轴上输出的机械功率；同步调相机为线端超前电流下的输出的无功功率。

②额定电压：对交流电机指线电压，对直流电机指电枢端电压。

③相数及相间连接方式。

④额定频率。

⑤额定转速或同步转速。

⑥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。

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，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。

可以根据实际需要，先易后难，加以选择。

（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 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。

2 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，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2-1笼型电机转子
（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2-2 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：
s s
n n s n -= 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。

0<S<1
(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 n<ns ，则转差率S<0。

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，
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3-4 异步电动机的三种运行状态
2.3 异步电机的额定值
（1）额定功率N P 指电动机在额定状态下运行时，轴端输出的机械功率，单位为千瓦（kW ）。

(2) 定子额定电压1N U 指电动机在额定状态下运行时，定子绕组应加的线电压。

单位为伏（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N f 指加于定子边的电源频率，我国工频规定为50Hz 。

（5）额定转速N n 电机在额定状态下运行时的转速，单位为（/min r ）。

3 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)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Active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、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
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。

4.2辅助设计的一般步骤
（1）选取电机初始设计参量：
①冲片尺寸：1D 、1i D 、2i D 、δ、L 、1Q 、2Q 、槽形尺寸 ②绕组参量：d 、1d 、t N 、Z 、a 、i ∆、连接法
（2）校核电机性能指标：T F 、E K 、η、st I
①调整电机有关参量：1i D 、L 、δ、s N 、转子槽形尺寸
②挑选最佳电机设计方案
Ⅰ磁路计算
m t t p E I F F H B F K →∑→→→⎥⎥⎦⎤
→'Φ→'
→,各段磁路 Ⅱ参数计算
E K I I x x r r →−−−→−⎥⎦
⎤→'→Γ212121,,,,型电路
η Ⅲ性能计算 m N fw Cu Fe T S p p p p →→→→∑→ϕηcos ,,。