【摘 要】通過具體的設(shè)計(jì)實(shí)例簡要介紹了MATLAB軟件在直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，說明利用該軟件求解電機(jī)設(shè)計(jì)問題非常方便，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)精確，效率高，有很大的優(yōu)越性，在電機(jī)設(shè)計(jì)教學(xué)中可推廣MATLAB軟件。

【關(guān)鍵詞】直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)；MATLAB

從1831年邁克爾·法拉第（Michael Faraday）發(fā)明的第一臺(tái)盤式直流電機(jī)開始，到19世紀(jì)70年代托馬斯.愛迪生（Thomas Edison）以商業(yè)為目的研制直流發(fā)電機(jī)，以及目前電機(jī)大量運(yùn)用于各類生活必需品和各種加工企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備，以及各種設(shè)備、機(jī)車和伺服機(jī)械之中，對電機(jī)的工作性能及工作效率的研究和設(shè)計(jì)也越發(fā)變得重要。

MATLAB軟件是一個(gè)功能十分強(qiáng)大的工程計(jì)算及數(shù)值分析軟件，利用MATLAB的優(yōu)化工具箱，可以求解線性和非線性關(guān)系的問題，在電機(jī)的設(shè)計(jì)過程中引入MATLAB軟件進(jìn)行分析，可簡化計(jì)算過程，降低分析計(jì)算強(qiáng)度，且保證足夠的精度，以提高電機(jī)的運(yùn)行性能。本文主要以直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)為例簡述直流電機(jī)的設(shè)計(jì)過程及MATLAB軟件在電機(jī)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

直流電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于變速驅(qū)動(dòng)要求高的場合，如電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)、鋼廠軋鋼機(jī)等大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。全美電氣制造者協(xié)會(huì)（NEMA，National Electrical Manufacturers Association）的MG-1標(biāo)準(zhǔn)中對直流電機(jī)的標(biāo)記、分類、額定值以及包裝等做出了規(guī)定，這些規(guī)定又分為銘牌數(shù)據(jù)、工作環(huán)境、和機(jī)械尺寸三個(gè)欄目，直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)也需符合此標(biāo)準(zhǔn)。直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)主要包括最初的容量及尺寸的確定、電樞設(shè)計(jì)、磁極設(shè)計(jì)以及最后的設(shè)計(jì)調(diào)整等內(nèi)容，具體設(shè)計(jì)步驟及其相互關(guān)系可參看直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的邏輯流程圖，如圖1所示：

由直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程圖可見一臺(tái)電機(jī)的設(shè)計(jì)過程之繁鎖，涉及到了電機(jī)各種參數(shù)的計(jì)算及電機(jī)各種特性的分析。采用傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方法已無法達(dá)到精度和效率的要求，因MATLAB軟件強(qiáng)大的功能，采用MATLAB軟件編程的方法，將這一系列的計(jì)算過程輸入計(jì)算機(jī)完成電機(jī)的設(shè)計(jì)，每次只需將不同的設(shè)計(jì)要求更改便可得到良好的設(shè)計(jì)結(jié)果，有效的解決了設(shè)計(jì)難的問題。由于直流電動(dòng)機(jī)的MATLAB軟件編程設(shè)計(jì)篇幅較長，這里僅以直流電動(dòng)機(jī)主磁極設(shè)計(jì)過程中MALAB程序的應(yīng)用為例。

一、設(shè)計(jì)舉例

1.設(shè)計(jì)要求

直流并勱直流電動(dòng)機(jī)，性能要求：500V、400hp、1750r/min、583AT機(jī)座、滿載效率為94%、自通風(fēng)冷卻式。

2.主磁極設(shè)計(jì)舉例

主磁極的設(shè)計(jì)是一個(gè)不需要反復(fù)計(jì)算的過程，首先確定氣隙長度和機(jī)座厚度這兩個(gè)尺寸，然后計(jì)算出主磁極的高度、極身和極靴的長度和寬度，最后還可利用MATLAB程序畫出直流電機(jī)的電磁曲線（即磁通與磁動(dòng)勢之間的關(guān)系曲線），進(jìn)行飽和曲線分析。主磁極設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

3.直流電動(dòng)機(jī)的特性分析

一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)完成后還需對其各種特性作精確的分析，尤其是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，它反映了電動(dòng)機(jī)帶機(jī)械負(fù)載的能力。當(dāng)已知所設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)后，我們可用MATLAB軟件精確繪制其機(jī)械特性。以本文所設(shè)計(jì)的直流電動(dòng)機(jī)為例，采用MATLAB源程序繪制其固有機(jī)械特性圖如圖3所示。由圖3可見，該電動(dòng)機(jī)具有略微下降趨勢的機(jī)械特性，拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載時(shí)可穩(wěn)定運(yùn)行且具有抗干擾能力。

二、結(jié)論

通過以上的實(shí)例分析可以看出，電機(jī)的設(shè)計(jì)是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，而借助MATLAB軟件可幫助設(shè)計(jì)人員提高設(shè)計(jì)效率及精確度。大力推廣MATLAB軟件在電機(jī)及各類機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉錦波.電機(jī)與拖動(dòng).清華大學(xué)出版社.2007.

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作者簡介：

劉姣姣，（1985-），湖北武漢人，助教，湖北工業(yè)大學(xué)碩士在讀，主要從事電氣自動(dòng)化專業(yè)教育教學(xué)工作。