基于VB的矿用通风机电动机的计算机辅助设计

吝伶艳,宋建成

(太原理工大学电气与动力工程学院,太原 030024)

在煤矿通风系统中,电动机作为传动装置,直接拖动通风机负载。为了满足矿井通风机的驱动要求,对电动机的性能要求应掌握以下原则[1]:电动机须具备一定过载能力,以保证在短时超载情况下尚能正常工作;电动机应具有通风机所需的起动转矩,只能大,不能小;电动机须具备隔爆性能。因此,在为通风机设计配套电机时,一定要根据通风机和电动机的使用条件,设计出满足技术要求的配套产品,保证通风机——电动机系统的安全运行。

电动机设计是针对给定的技术指标,按照一定的电磁关系,通过反复的假设、分析计算和校核来完成电动机的结构参数和性能参数的计算和选择。电动机设计过程中,牵涉到大量的经验参数、曲线、图表及各种标准,每次设计过程的反复都将导致大量的查曲线、表格及计算的重复。以往在调试电机参数时采用的手工设计方法,计算非常繁杂,人工查询图表的结果往往给电动机设计带来较大的误差,并且需反复查询,费时费力。电动机CAD(Computer Aided Design)的引入,一定程度上解决了以上问题。

目前通风机电动机大多为异步电动机,型号主要有Y系列、YBF系列及YKK系列,电压等级有1140 V、3 kV 、6 kV和10 kV等。笔者在 Windows XP环境下,采用路的方法,在Visual Basic 6.0平台上开发四种系列电动机通用的设计软件。该软件由模块化结构、可视化用户界面、多文挡窗体等基本构件组成。具有交互能力强,功能完善,性能可靠,计算速度快,设计效率高,通用性强等特点。

1 软件的整体结构及界面设计

根据用户设计要求,三相异步电动机CAD软件必须具有如下特点:能在Windows环境下使用;操作界面友好、与用户交互方便;符合电动机设计用户的使用习惯,即设计过程中输入或修改数据直观方便,有必要的图形显示功能,计算快速准确。

根据以上要求,笔者设计的三相异步电动机CAD软件总体结构如图1所示。

图1 三相异步电动机CAD软件总体结构图

从图1可以看出,本软件采用了模块化设计方法。每个模块设计为独立的窗体界面,作为子窗体显示在主界面的父窗体中。每个模块的功能和设计流程可以通过帮助获取。此设计方法使设计人员在完成设计任务的同时,也学到了相关的电动机设计知识。

1.1 欢迎界面

当应用程序启动时首先加载一个快速显示窗体,使得启动过程不会显得单调和漫长,然后进入欢迎界面。该界面以笔者精心设计的图片为背景,并以文字形式提示用户如何进入软件。欢迎界面的功能及设计都比较简单。首先在窗体上创建一个Command1控件,并通过时钟控件使其移动,再通过窗体及Command1的Picture属性分别加载事先设计好的图片,该界面设计即告完成。然后开始编程实现“欢迎进入”的功能,即在Command1的单击事件下编写相应事件过程,此处也可以加入保护程序的密码功能。

1.2 主界面

根据模块在主界面的窗体中设计菜单。菜单中包含“文件” 、“额定数据及主要尺寸”、“定子冲片形状及尺寸”、“转子冲片形状及尺寸”、“铁磁材料及绕组线规”、“磁路计算”、“参数计算”、“起动性能计算”和“定转子槽形分布图”等菜单项,单击时分别调出对应窗体界面。这样用户就可以通过直接选择菜单中的菜单项来查看软件中的任一部分。

1.3 其它界面

欢迎界面与主界面之外的其它窗体的设计过程及功能都非常类似,由于篇幅所限,仅以定子冲片形状及尺寸界面的设计过程为例进行介绍。

本软件存储了通风机电动机常用定、转子槽形,用户在列表框的下拉列表项中选择需要的槽形,右侧的Image控件区域就会显示出所选槽形并带有尺寸标注的图形。与此同时,图形左侧会根据图形标注显示出此槽形需要输入的量,并带有供用户输入槽尺寸用的文本框。当用户输入并确认无误后,点击“确定”按钮,软件就会自动计算出用户需要的计算结果。运行界面如图2所示。

用户在使用本软件时,需要在各界面之间切换,故根据用户习惯在界面的右下方设置了“上一步”、“下一步”和“退出”按钮。点击“上一步”按钮将返回到前一个界面,点击“下一步”按钮将转到下一个界面,点击“退出”按钮将退出应用程序。本界面涉及到的功能有:输入/输出功能、列表框选择功能和图片加载功能等。

图2 定子冲片形状及尺寸界面

1)输入/输出功能。该功能是将用户输入到界面上的值赋给变量,再通过电机程序代码对变量进行运算,运算结果赋给需要的变量,最后将该变量的值赋给输出文本框的Text属性输出到界面。

2)列表框选择功能。首先创建一个ComboBox(组合框)控件,将其名称设置为Com1,并将常用定子槽名称输入到Com1的List属性,这样就做好了供用户选择的下拉列表项。需要注意的是,当用户选择不同槽形时,不仅要求输入的尺寸种类不同、加载图片不同,而且代码程序中的计算方程也要相应做出调整,此功能可以用If语句块实现。

3)图片加载功能。根据用户所选的槽形而加载不同的图片,这一功能需要用Com1的Text属性来实现。以选择圆底槽为例进行如下编程

If Com1.text=“圆底槽”then

Image1.Picture=LoadPicture("C:定转子槽形dzydc.bmp")

设计中还用到了Label(标签)、Text(文本框)、Command(命令按钮)、CommonDialog(通用对话框)和 Frame(框架)等控件,它们的属性、事件及方法此处不再赘述。

2 表格、曲线自动查询

电机设计需要查取众多数据表格或材料特性曲线,如铁磁材料B-H特性曲线,轭部磁路校正系数等。为使计算机能查取曲线,须将曲线和表格转化为数值表达形式。一般有插值法和曲线拟合法两种处理方法,比较简单的办法是线性插值法和抛物线插值法。插值法的实质就是将曲线“离散化”,输入有限个离散数据,分别与曲线上有限个离散点相对应,相邻两离散点间的数据通过人为选定的函数关系来表示。

表格的自动查询功能是通过拉格朗日插值子过程实现的[4]。拉格朗日插值是最基本、最简单的插值方法,也是数值积分和求常微分方程数值解的重要工具。该方法是用一个n次多项式拟合一个函数f(x)。其功能是:给定函数y=f(x)在n个不同插值点xi(i=1,…,n)的函数值 yi=f(xi)(i=1,…,n),用拉格朗日插值多项式求函数在任一x处的函数值y。

拉格朗日插值分为一元插值和二元插值。在电动机设计中,查询磁化曲线时,先将磁化曲线表格中的磁通密度B值的所有离散值以数组的形式输入到程序中,再将磁场强度H所有的值分别以数组的形式输入到程序中,然后通过调用拉格朗日插值子过程来实现。这样,输入一个磁通密度值,程序就会计算出与之相对应的磁场强度值。

曲线的自动查询功能与表格相比,不同之处是先要将曲线离散化,接下来的处理方法与表格相同。

3 定、转子槽分布图的绘制

当设计完定、转子槽形后,为了让用户更直观地查看定转子槽的整体分布情况,本软件提供了定转子槽分布图自动绘制功能。

电机定、转子冲片主要由沿圆周均匀分布的槽构成,应用VB语言可以根据输入的定转子尺寸使用Line、Circle方法自动绘制定转子冲片图。

自动绘图功能是在PictureBox控件容器中通过Line、Circle方法来实现。文中仅以定子为圆底槽、转子为圆形槽为例介绍本界面功能。在图4界面中,用户根据任务书在下面的输入框中输入相应的槽尺寸,确认无误后点击“绘图”按钮便可画出相应的定、转子槽分布图。程序框图如图3所示。

运行界面,显示结果如图4所示。

图3 绘制槽形分布的框图

图4 定转子槽分布图

4 结束语

本软件已在多家电机设计部门使用,因该软件简单易学而深为电机设计人员所接受。使用效果表明,本软件界面友好,与用户的交互能力增强;模块化的结构使得设计人员清晰地理解了设计流程,有助于对所设计的产品进行分析;曲线和图表的自动查询明显地提高了查询速度和精度;槽形分布图的绘制可以了解所设计产品的结构合理性。总之,该软件的应用缩短了新产品的开发周期,节省了新产品开发所投入的费用,提高了产品的设计效率。

[1]彭建鄂.通风机改型配套时电动机功率的计算[J].风机技术,2001(2):53-55.

[2]杨向宇.电机的计算机辅助设计[M].北京:机械工业出版社,1996.

[3]刘瑞新.Visual Basic程序设计教程[M].北京:机械工业出版社,2005.

[4]何光渝.Visual Basic常用数值算法集[M].北京:科学出版社,2002.

[5]陈楠.模块化在电机设计中的应用[J].电机技术,2007(2):5-6.