吝伶艷,宋建成

(太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院,太原 030024)

在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中,電動(dòng)機(jī)作為傳動(dòng)裝置,直接拖動(dòng)通風(fēng)機(jī)負(fù)載。為了滿(mǎn)足礦井通風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求,對(duì)電動(dòng)機(jī)的性能要求應(yīng)掌握以下原則[1]:電動(dòng)機(jī)須具備一定過(guò)載能力,以保證在短時(shí)超載情況下尚能正常工作;電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有通風(fēng)機(jī)所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,只能大,不能小;電動(dòng)機(jī)須具備隔爆性能。因此,在為通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)配套電機(jī)時(shí),一定要根據(jù)通風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的使用條件,設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足技術(shù)要求的配套產(chǎn)品,保證通風(fēng)機(jī)——電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)是針對(duì)給定的技術(shù)指標(biāo),按照一定的電磁關(guān)系,通過(guò)反復(fù)的假設(shè)、分析計(jì)算和校核來(lái)完成電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)的計(jì)算和選擇。電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中,牽涉到大量的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)、曲線(xiàn)、圖表及各種標(biāo)準(zhǔn),每次設(shè)計(jì)過(guò)程的反復(fù)都將導(dǎo)致大量的查曲線(xiàn)、表格及計(jì)算的重復(fù)。以往在調(diào)試電機(jī)參數(shù)時(shí)采用的手工設(shè)計(jì)方法,計(jì)算非常繁雜,人工查詢(xún)圖表的結(jié)果往往給電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的誤差,并且需反復(fù)查詢(xún),費(fèi)時(shí)費(fèi)力。電動(dòng)機(jī)CAD(Computer Aided Design)的引入,一定程度上解決了以上問(wèn)題。

目前通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)大多為異步電動(dòng)機(jī),型號(hào)主要有Y系列、YBF系列及YKK系列,電壓等級(jí)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(tái)上開(kāi)發(fā)四種系列電動(dòng)機(jī)通用的設(shè)計(jì)軟件。該軟件由模塊化結(jié)構(gòu)、可視化用戶(hù)界面、多文擋窗體等基本構(gòu)件組成。具有交互能力強(qiáng),功能完善,性能可靠,計(jì)算速度快,設(shè)計(jì)效率高,通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

1 軟件的整體結(jié)構(gòu)及界面設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶(hù)設(shè)計(jì)要求,三相異步電動(dòng)機(jī)CAD軟件必須具有如下特點(diǎn):能在Windows環(huán)境下使用;操作界面友好、與用戶(hù)交互方便;符合電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)用戶(hù)的使用習(xí)慣,即設(shè)計(jì)過(guò)程中輸入或修改數(shù)據(jù)直觀(guān)方便,有必要的圖形顯示功能,計(jì)算快速準(zhǔn)確。

根據(jù)以上要求,筆者設(shè)計(jì)的三相異步電動(dòng)機(jī)CAD軟件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 三相異步電動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)方法。每個(gè)模塊設(shè)計(jì)為獨(dú)立的窗體界面,作為子窗體顯示在主界面的父窗體中。每個(gè)模塊的功能和設(shè)計(jì)流程可以通過(guò)幫助獲取。此設(shè)計(jì)方法使設(shè)計(jì)人員在完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí),也學(xué)到了相關(guān)的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)。

1.1 歡迎界面

當(dāng)應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)首先加載一個(gè)快速顯示窗體,使得啟動(dòng)過(guò)程不會(huì)顯得單調(diào)和漫長(zhǎng),然后進(jìn)入歡迎界面。該界面以筆者精心設(shè)計(jì)的圖片為背景,并以文字形式提示用戶(hù)如何進(jìn)入軟件。歡迎界面的功能及設(shè)計(jì)都比較簡(jiǎn)單。首先在窗體上創(chuàng)建一個(gè)Command1控件,并通過(guò)時(shí)鐘控件使其移動(dòng),再通過(guò)窗體及Command1的Picture屬性分別加載事先設(shè)計(jì)好的圖片,該界面設(shè)計(jì)即告完成。然后開(kāi)始編程實(shí)現(xiàn)“歡迎進(jìn)入”的功能,即在Command1的單擊事件下編寫(xiě)相應(yīng)事件過(guò)程,此處也可以加入保護(hù)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(shè)計(jì)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(xiàn)規(guī)”、“磁路計(jì)算”、“參數(shù)計(jì)算”、“起動(dòng)性能計(jì)算”和“定轉(zhuǎn)子槽形分布圖”等菜單項(xiàng),單擊時(shí)分別調(diào)出對(duì)應(yīng)窗體界面。這樣用戶(hù)就可以通過(guò)直接選擇菜單中的菜單項(xiàng)來(lái)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(shè)計(jì)過(guò)程及功能都非常類(lèi)似,由于篇幅所限,僅以定子沖片形狀及尺寸界面的設(shè)計(jì)過(guò)程為例進(jìn)行介紹。

本軟件存儲(chǔ)了通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)常用定、轉(zhuǎn)子槽形,用戶(hù)在列表框的下拉列表項(xiàng)中選擇需要的槽形,右側(cè)的Image控件區(qū)域就會(huì)顯示出所選槽形并帶有尺寸標(biāo)注的圖形。與此同時(shí),圖形左側(cè)會(huì)根據(jù)圖形標(biāo)注顯示出此槽形需要輸入的量,并帶有供用戶(hù)輸入槽尺寸用的文本框。當(dāng)用戶(hù)輸入并確認(rèn)無(wú)誤后,點(diǎn)擊“確定”按鈕,軟件就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出用戶(hù)需要的計(jì)算結(jié)果。運(yùn)行界面如圖2所示。

用戶(hù)在使用本軟件時(shí),需要在各界面之間切換,故根據(jù)用戶(hù)習(xí)慣在界面的右下方設(shè)置了“上一步”、“下一步”和“退出”按鈕。點(diǎn)擊“上一步”按鈕將返回到前一個(gè)界面,點(diǎn)擊“下一步”按鈕將轉(zhuǎn)到下一個(gè)界面,點(diǎn)擊“退出”按鈕將退出應(yīng)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(hù)輸入到界面上的值賦給變量,再通過(guò)電機(jī)程序代碼對(duì)變量進(jìn)行運(yùn)算,運(yùn)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(gè)ComboBox(組合框)控件,將其名稱(chēng)設(shè)置為Com1,并將常用定子槽名稱(chēng)輸入到Com1的List屬性,這樣就做好了供用戶(hù)選擇的下拉列表項(xiàng)。需要注意的是,當(dāng)用戶(hù)選擇不同槽形時(shí),不僅要求輸入的尺寸種類(lèi)不同、加載圖片不同,而且代碼程序中的計(jì)算方程也要相應(yīng)做出調(diào)整,此功能可以用If語(yǔ)句塊實(shí)現(xiàn)。

3)圖片加載功能。根據(jù)用戶(hù)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(lái)實(shí)現(xiàn)。以選擇圓底槽為例進(jìn)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(shè)計(jì)中還用到了Label(標(biāo)簽)、Text(文本框)、Command(命令按鈕)、CommonDialog(通用對(duì)話(huà)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(xiàn)自動(dòng)查詢(xún)

電機(jī)設(shè)計(jì)需要查取眾多數(shù)據(jù)表格或材料特性曲線(xiàn),如鐵磁材料B-H特性曲線(xiàn),軛部磁路校正系數(shù)等。為使計(jì)算機(jī)能查取曲線(xiàn),須將曲線(xiàn)和表格轉(zhuǎn)化為數(shù)值表達(dá)形式。一般有插值法和曲線(xiàn)擬合法兩種處理方法,比較簡(jiǎn)單的辦法是線(xiàn)性插值法和拋物線(xiàn)插值法。插值法的實(shí)質(zhì)就是將曲線(xiàn)“離散化”,輸入有限個(gè)離散數(shù)據(jù),分別與曲線(xiàn)上有限個(gè)離散點(diǎn)相對(duì)應(yīng),相鄰兩離散點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通過(guò)人為選定的函數(shù)關(guān)系來(lái)表示。

表格的自動(dòng)查詢(xún)功能是通過(guò)拉格朗日插值子過(guò)程實(shí)現(xiàn)的[4]。拉格朗日插值是最基本、最簡(jiǎn)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(gè)n次多項(xiàng)式擬合一個(gè)函數(shù)f(x)。其功能是:給定函數(shù)y=f(x)在n個(gè)不同插值點(diǎn)xi(i=1,…,n)的函數(shù)值 yi=f(xi)(i=1,…,n),用拉格朗日插值多項(xiàng)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(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中,查詢(xún)磁化曲線(xiàn)時(shí),先將磁化曲線(xiàn)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(chǎng)強(qiáng)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(guò)調(diào)用拉格朗日插值子過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣,輸入一個(gè)磁通密度值,程序就會(huì)計(jì)算出與之相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度值。

曲線(xiàn)的自動(dòng)查詢(xún)功能與表格相比,不同之處是先要將曲線(xiàn)離散化,接下來(lái)的處理方法與表格相同。

3 定、轉(zhuǎn)子槽分布圖的繪制

當(dāng)設(shè)計(jì)完定、轉(zhuǎn)子槽形后,為了讓用戶(hù)更直觀(guān)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(dòng)繪制功能。

電機(jī)定、轉(zhuǎn)子沖片主要由沿圓周均勻分布的槽構(gòu)成,應(yīng)用VB語(yǔ)言可以根據(jù)輸入的定轉(zhuǎn)子尺寸使用Line、Circle方法自動(dòng)繪制定轉(zhuǎn)子沖片圖。

自動(dòng)繪圖功能是在PictureBox控件容器中通過(guò)Line、Circle方法來(lái)實(shí)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(hù)根據(jù)任務(wù)書(shū)在下面的輸入框中輸入相應(yīng)的槽尺寸,確認(rèn)無(wú)誤后點(diǎn)擊“繪圖”按鈕便可畫(huà)出相應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子槽分布圖。程序框圖如圖3所示。

運(yùn)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(yǔ)

本軟件已在多家電機(jī)設(shè)計(jì)部門(mén)使用,因該軟件簡(jiǎn)單易學(xué)而深為電機(jī)設(shè)計(jì)人員所接受。使用效果表明,本軟件界面友好,與用戶(hù)的交互能力增強(qiáng);模塊化的結(jié)構(gòu)使得設(shè)計(jì)人員清晰地理解了設(shè)計(jì)流程,有助于對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行分析;曲線(xiàn)和圖表的自動(dòng)查詢(xún)明顯地提高了查詢(xún)速度和精度;槽形分布圖的繪制可以了解所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)合理性?？傊?該軟件的應(yīng)用縮短了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期,節(jié)省了新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所投入的費(fèi)用,提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

[1]彭建鄂.通風(fēng)機(jī)改型配套時(shí)電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2001(2):53-55.

[2]楊向宇.電機(jī)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.

[3]劉瑞新.Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程[M].北京:機(jī)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(xué)出版社,2002.

[5]陳楠.模塊化在電機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電機(jī)技術(shù),2007(2):5-6.