毕业设计（论文）高效节能型三相感应电动机的电磁设计.doc

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1、毕业设计说明书(论文)学生姓名： 学 号： 学 院： 专 业： 电气工程及其自动化 题 目： YX160-2(IP44)高效节能型 三相感应电动机的电磁设计 指导教师： 评阅教师： 2006年6月目 录1 引言11.1 电机发展11.2 高效节能电机22 设计任务及设计过程52.1 设计任务52.2 设计过程53 手算电磁计算程序83.1 额定数据和主要尺寸83.2 磁路计算133.3 参数计算163.4 工作性能计算203.5 起动性能计算254 计算机辅助设计说明284.1 计算机辅助设计的发展 284.2 计算机辅助设计在电机设计中的应用294.3 设计一般过程294.4 C语言简介30

2、4.5 符号对照表324.6 程序流程图375 方案比较及选优405.1 方案一405.2 方案二415.3 方案三425.4 方案四43结论 44致谢 45参考文献46图1 定子冲片图图2 转子冲片图图3 绕组展开图引言众所周知，电机行业是一个传统的机电制造行业，其发展已经有二百多年的历史，对整个国民经济的发展起着相当重要的作用。电的产生、传输、使用都离不开电机，尤其是现代技术的发展、人们生活水平的改善、自动化技术的提高及机器人等都需要大量的电机。1.1 电机的发展纵观世界电机产品的发展历程，它始终跟随着工业技术的发展，在相互竞争、相互促进中完善着自身，发生着变革。电机产品的发展过程大约可以

3、划分为四个发展阶段。从19世纪30年代到80年代为直流电机时代，19世纪末叶，出现了交流电，随之交流电动传动在工业中逐步得到了广泛应用，20世纪50年代以后，随着电力电子学理论、微电子技术和现代控制理论的发展，使电机产品进入快速发展时期，先进的制造技术使传统的电机产业焕发出了勃勃生机，交流电机代替直流电机也成为了必然的趋势。近十年来，随着科学技术的发展，国外中小型异步电机的发展方向大致可归纳为八个字：“高效、低噪、调速、智能”。由于人类社会必须直面能源危机和解决环境污染问题，开发并使用高效率电机已逐渐成为全球的共识。目前，我国中小型电机约有300个系列，1500个品种，产品量大面广，应用于工业

4、、农业、国防、公共设施、家用电器等各个领域，广泛用于驱动各种风机、水泵、压缩机、机床、起重运输机械、城市交通及工矿电动车辆、建筑机械、冶金、有色金属、纺织、印刷、造纸、石油化工、橡胶、食品等工业设备和农业机械。电动机作为最重要的动力设备之一，将电能转换成机械能。以电机作为驱动的动力源，其耗用的电能占全国总发电量的60% 以上。当今的电动机一般都是按照最大负载下能正常工作为条件来选择的，但在实际使用中，电机却经常是在中载、轻载，甚至在空载状态下运行。因此，电动机的负载率低，效率不高，电能浪费现象十分严重。出于能源节约和环境保护的考虑，当前世界上包括我国在内的不少国家对电动机系统的节能都给予了高度

5、重视，均把电动机节能的重点放在0.75kW 以上的电动机上。因此，今后电机行业发展方向之一将为高效、节能型电机。1.2 高效节能电机高效节能电动机是指在运行中将电能转换为动力时具有较高的转换效率或较小的转换损耗而节约电能的电动机。从字面上解释，就是效率值高的电机，即有效输出功率比输入功率的百分值高的电机。1.2.1我国发展高效节能电机的意义我国正处在深化经济体制改革和国民经济高速发展时期，企业面临宏观经济调控、能源与环保政策的规范。检验机构出台的法规明确了节电产品技术标准，企业通过政府制定的节能技术产品的标准生产产品。同时，政府对节能产业实施政策引导，强化执法管理力度，为企业建立良好的市场环境

6、。随着政府对节能产业的扶持，节能观念的深入普及，打造健康有序的节电产业只是时间问题。目前，电机行业已形成比较完整的产业体系，中小型电机产品的品种、规格、性能和产量基本上满足市场需要。在经济全球化的背景下，当今世界已进入相互竞争、相互依存的时代，如何增强我国企业的国际竞争力，推动节能型企业建立，加强工业节能管理和技术改造，引导节能产业发展，不断提高节能意识，资源意识和环境意识，充分发挥我国企业的优势，持续、快速、协调、健康地发展，已为形势所迫，成为企业必须要面对的问题。我国GDP占全球3.8%，但能源消耗却占到了全球的11%，这表明我国经济运行仍是高投入、高消耗、高排放、不协调、低效益、难循环的

7、粗放型经济增长方式，尚未转变为低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环的集约型和节约型经济增长方式。近年来，我国经济可持续发展受到能源瓶颈制约，日益加剧，2002年下半年开始全国有11个省市缺电，2004年缺电扩大到24个省市，各地相继出现不同程度的电荒、煤荒、油荒。且我国电动机每年所耗电能相当于两亿多吨原煤的能量，若电动机效率提高1%，则我国每年可节约的原煤量约为200多万吨。这也告诫企业在新产品开发、工业技术、设备效率等方面仍有较大空间，应深挖节能潜力。鉴于我国电力紧张,应大力推广节能电机。目前国内电动机产量大，使用面广，在当前能源和环境问题极为严峻的形势下，我们有必要开发节能电机或高效率电

8、机，以使电动机本身消耗的电能进一步下降,从而减少我国电动机系统的用电量。1.2.2 高效节能电机的特点YX系列高效率电机是在Y系列电机电磁设计的基础上略作改动，如冲片槽形、铁心长度、绕组型式等方面进行调整，使电机具有高效率特性而产生的电气派生系列。在年运行时间长，负载率较高的场合，采用YX系列高效率电动机可较大幅度的节约电能。与标准电机相比，使用高效率电机的优点是：a) 效率高，节能效果好。YX系列电机与Y系列电机相应规格相比，效率平均提高3%,功率因数平均提高约0.004，总损耗平均下降28.8%，其中各项损耗下降的百分比为：绕组损耗约20%，铁耗约10%，杂散损耗约30%，风靡损耗约40%

9、 。b) 运行时间越长的设备或装置，节能效果越明显，产品的经济性提高。YX系列电机在负载率50%100%范围内，具有比较平坦的效率特性，且在75%负载率时的效率最高。最高效率与额定负载时的效率相比，约提高0.2%0.7%，全系列平均提高0.4%，这有助于提高电机实际运行时的节能效果。c) 因为采取了降低损耗的设计，温升小，进而延长设备的使用寿命，提高设备的可靠性。d) 大大减少对环境的污染。例如一台全封闭自扇冷式电机，规格为：2.2kW ，4 极，200V ，50Hz，负载率100%。若1年运行5000小时，则大约可以节电400kWh 。高效率感应电动机，因具有输出效率高、功率范围广、价格低、

10、坚固性和维修性好的特点，已在生产生活中被广泛用作节能电动机。1.2.3 效率的提高从电动机的主要构造出发，当电动机把从电源输入的电能转换成机械能时,有一部分能量以热能形式消耗在电机内部。这种不能在电动机轴上作为输出功率所使用的能量叫做损耗。如果损耗大,电动机的温升就会提高,由此可见电动机中的损耗,不仅会缩短绝缘寿命,还将消耗掉很多电能。为了提高效率,节省电力(节能) ,最好办法是尽量降低电动机的损耗。电机的损耗主要包括以下四类：定转子电气损耗，基本铁损耗，机械损耗，杂散损耗。提高电机的效率,主要就是如何降低以上各种损耗。定转子电气损耗包括定子绕组铜耗和转子铝耗。定子绕组铜损耗(W) 约占总损耗

11、的40% ，主要为满载时定子绕组在运行温度下的电阻损耗。定子铜耗在电动机损耗中占有相当大的比例。如何降低定子铜耗，对提高电动机的效率非常关键。降低定子铜耗可采用以下措施：提高槽满率，缩短绕组端部长度；减薄绝缘，提高槽利用率；降低电磁线的电阻率，可采用新材料。降低转子铝耗的措施：采用大截面积的转子槽形和加大端环截面；提高铝的纯度，降低转子电阻。铁心损耗(W)占总损耗的20%，由交变主磁通在定子或转子铁心(分别计算)中产生的磁滞损耗和涡流损耗组成。降低铁心损耗可采取如下措施：a) 采用低损耗的优质冷轧硅钢片，采用较薄硅钢片，减少电机的涡流损耗；b) 调整槽形，选用合理的磁密，减少基波铁损耗；c)

12、增加铁心长，用较多的硅钢片，减少磁密来降低损耗。机械损耗(W)约占总损耗的5%，包括风扇及通风系统的损耗，电机转子表面即冷却介质的摩擦损耗、轴承摩擦损耗、密封圈摩擦损耗等。风摩损耗的产生与电机转速、通风方式、风扇形式、风扇外径、转子外径、轴承类型、润滑特性、机械加工精度及装配质量等有关。降低机械损耗可选用与电机转速相匹配的高效风扇及合理风路，选用优质低磨擦轴承、摩擦阻力小的润滑脂、密封圈。杂散损耗(W)约占总损耗的10%，是除上述四种损耗以外的全部损耗。杂散损耗包括由槽漏磁引起的导体中电流集肤效应产生的损耗，定子谐波磁通在转子绕组中感应谐波电流产生的损耗，以及斜槽笼型转子导条间的横向电流在导条

13、与叠片铁心之间构成回路产生的损耗。这些损耗与绕组形式、节距、槽形、槽数、槽配合、槽绝缘、气隙长度、绕组端部与端盖距离、槽中导体高度、生产制造工艺的控制水平等因素有关。降低杂散损耗大致可采取如下措施：a) 定子槽采用多槽数，节距采用5/6；b) 减小定子、转子槽口宽度；c) 铁心两端采用非导磁材料；d) 调整电磁设计方案，选用合理槽形、槽配合，采用正弦绕组以削弱合成磁场中的高次谐波，削弱附加损耗和附加转矩；e) 适当增大气隙；f) 转子采用少槽。2设计任务及设计过程2.1 设计任务电机设计的任务是根据用户提出的产品规格(如功率、电压、频率等)、技术要求(如效率、功率因数、起动电流倍数、温升限度等

14、)，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。电机设计是个复杂的过程，需要考虑的因素和确定的尺寸、数据很多，因此设计人员必须全面地、综合地看问题，并能因时因地制宜，针对具体情况采取不同的解决方法。 本次设计电机的型号为YX160L-2(IP44)高效节能型三相感应电动机。额定数据： 额定功率 =18.5kw 额定电压=380V 额定频率=50Hz 定子相数m=3 接技术要求： 效率92% 功率因数0.89 最大转矩倍数2.2 起动转矩倍数2.0 起动电流倍数7

15、2.2 设计过程2.2.1 准备阶段首先熟悉国际标准和国家标准，收集并查看相近电机产品的发展状况、趋势、技术资料，并阅读一定量的外文专业资料，然后完成开题报告及外文翻译。2.2.2 确定电机的主要尺寸电机主要尺寸的确定主要是参考国际上已制成的同类型电机的主要尺寸，并结合所设计电机的主要性能指标来确定。a) 定转子冲片的设计定转子冲片的内、外径尺寸参考国际上同类型电机的冲片尺寸确定。因为电机为高效节能型电机且功率较小，所以定子采用梨形槽。梨形槽可以减少铁心表面损耗和齿内脉振损耗，使有效气隙长度减小，功率因数得到改善；且槽面积利用率较高，冲模寿命较长，槽绝缘的弯曲程度较小，不宜损伤。定子槽形尺寸在

16、考虑以下条件下进行设计：1) 槽满率一般控制在75%80%左右，机械化嵌线时槽满率控制在75%以下。因为槽满率太高，会使嵌线困难、嵌线工时增加，且嵌线时极易引起绝缘损伤。2) 齿部和轭部的磁密要适当。定子齿部磁密多在1.40T1.60T之间；因轭部磁路较长，体积较大，所以一般定子轭部磁密比定子齿部磁密略低，以保证合理的铁心损耗和空载电流，一般在1.1T1.5T之间。3) 齿部有足够的机械强度，轭部有足够的刚度。4) 还应注意槽形尺寸特别是其深宽比对电机参数（主要为漏抗的参数）的影响。综上，定子槽口宽=2.5mm4.0mm，为嵌线方便，应比线径大1.2mm1.6mm；定子槽口高度=0.5mm2.

17、0mm。由于所设计电机为功率较小的两极电机，因此转子使用平行槽，这样可以增加集肤效应，改善起动性能。转子槽形尺寸对电机的一系列性能参数（如起动电流、起动转矩、最大转矩、转子铜耗、功率因数、效率、温升等）都有相当大的影响，其中起动电流、起动转矩、最大转矩和转子槽形尺寸的关系最为密切。转子槽形尺寸的确定和定子槽形尺寸的确定相类似。但转子齿磁密一般在1.25T1.6T之间。定、转子槽形尺寸还要在上述估算的基础上通过CAD画图来最终确定。另外，为了减小附加损耗，定转子槽数一般选择少槽近槽配合，即定、转子槽数相近，而转子槽数略小于定子槽数。同时，定、转子槽数得选择还要避免在起动过程中产生较强的同步附加转

18、矩、异步附加转矩、振动和噪声。b) 端环的设计端环的外径通常比转子外径小3mm8mm，以便铸铝模定位，端环内径一般略小于转子槽底所在圆的直径。c） 绕组的选择由于所设计电机为高效率电机，且功率为18.5kw，因此电机定子绕组采用正弦绕组。正弦绕组不仅可以减小电机的相带谐波，改善气隙磁势曲线以接近正弦分布，而且提高了绕组的基波分布系数，从而可减小电机的杂散损耗约30%，且使铜耗下降，效率可提高5%左右。正弦绕组有Y-串联和Y-并联两种形式，由于Y-并联绕组内部回路多，会产生涡流损耗，为了降低损耗,提高效率，因此设计中采用Y-串联绕组。但Y-绕组必须满足以下三个条件时才能达到以上的效果：1) 绕组

19、Y接部分的感应电势在时间上滞后于接部分的感应电势电角度。2) 绕组Y接部分的相电流在时间上滞后于接部分的相电流电角度。3) 绕组两部分产生的磁势幅值相等，便可以完全消除或大大削弱5、7、17、19、等（=奇数）次谐波磁势，改善气隙磁场波形，使谐波引起的附加损耗下降。d) 风扇的选择风扇的作用在于产生足够的压力，以驱送所需的气体通过电机，带走电机散发的热量，使电机的温度降低。因为高效电机为了提高效率，各项损耗都减小了，这使得电机的温升比普通电机要低，发热量少，所以可以选择轴流式风扇，且轴流式风扇具有效率高（可达0.8）的优点，可使风扇功耗降低，电机的效率提高。2.2.3 手算核算电机的性能电机的

20、性能指标主要包括电机的效率、功率因数、起动电流、起动电流倍数、起动转矩倍数、最大转矩倍数等。电机性能的计算过程主要包括额定数据及主要尺寸的确定、磁路计算（定转子齿部、轭部磁密、磁场强度、磁压降，电机总磁压降，电机满载磁化电流等的计算）、参数计算（定转子各部分漏抗，定转子电阻，端环电阻，定子导线重量、硅钢片重量的计算）、工作性能计算（定转子电气损耗，附加损耗，机械损耗，定子铁耗，功率，功率因数，最大转矩倍数等的计算）和起动性能计算（起动时总电阻、总漏抗、总阻抗，起动电流，起动电流倍数，起动转矩倍数的计算）五部分。通过手算电机的性能，使我了解了电机设计的计算过程，电机各个量、参数的意义、选择计算方

21、法，明白了影响电机各项性能指标的参数，循环量的循环条件、过程和循环公式，为下一步电机性能计算程序的编写、调试奠定了基础。2.2.4 计算机辅助设计根据电机性能的手算过程，编制计算机辅助设计程序，并核算电机性能，得出四套合格方案，并从中选出最优方案。该部分在下文第4部分中将作详细的说明。3 手算电磁计算程序3.1 额定数据和主要尺寸1) 额定功率=18.5kW2) 额定电压=380V（接） 转换为Y接相电压=220V3) 功电流=28.158A4) 效率 按照任务书规定取=92%5) 功率因数 按照任务书规定取=0.896) 极对数=1 相数=37) 定转子槽数每极每相槽数取整数，=6。则=23

22、16=36。再按文献1表108取=28，并采用转子斜槽。8) 定转子每极槽数 定子每极槽数=18 转子每极槽数=149) 定转子冲片尺寸 定子外径=260mm定子内径=150mm气隙长度=0.68mm转子外径=148.64mm转子内径=60mm定子冲片尺寸（如图3.1.1所示）： 转子冲片尺寸（如图3.1.2所示）： 图3.1.1 定子冲片图 图3.1.2 转子冲片图定子齿宽：=2= =4.724mm =-=4.780mm齿部基本平行，齿宽=4.752mm（平均值）转子齿壁不平行的槽形尺宽计算如下： =6.0808mm导条截面积（转子槽面积） = = =241.062 端环面积=430 端环直

23、径=104.62mm端环尺寸如图3.1.3所示。图3.1.3 端环截面图10) 极距= =235.619mm11) 定子齿距=13.09mm12) 转子齿距= =16.666mm13) 定子绕组采用单层正弦绕组，同心式，节距121,220，319 并联之路数=114) 为了消弱齿谐波磁场的影响，转子采用斜槽，一般斜一个定子齿距，于是转子斜槽宽=13.09mm。15) 每槽导体数 =10 =1716) 每相串联导体数 60 10217) 绕组线规设计 在文献1附录二中选用铜线：高强度漆包线。 Y接部分：1，1.6，绝缘后直径=1.68，6，1.5，绝缘后直径=1.58；接部分：1，1.6，绝缘后

24、直径=1.68， 4，1.30，绝缘后直径=1.38；18) 槽满率 槽面积= = =241.981 按附录三，槽绝缘采用DMDM复合绝缘，=0.3mm，槽楔为h=2mm层压板，则槽绝缘占面积为：=17.553。 槽有效面积 =-=224.428 槽满率 0.793 0.79119) 铁心长=200mm铁心有效长度201.36mm20) 绕组系数短距系数=1分布系数：=0.990绕组系数：0.98991=0.99021) 每相有效串联导体数=117.693.2 磁路计算1) 每极磁通初设=（1-）=0.952，=（1-）=0.952220V=210V58.84初设=1.27，由文献1图3-5查

25、得=1.092。 =0.016Wb2) 每极下齿部截面积 =0.952004.75218=16252.10 =0.952006.07014=16145.123) 定子轭部计算高度 =30.18mm 转子轭部计算高度 = =26.45mm 定子轭部导条截面积 =0.9520030.18=5734.2转子轭部导条截面积 =0.9520026.45=5025.54) 空气隙截面积 =235.619201.36=47444.3315) 磁路计算所选的回路是通过磁极中心线的闭合回路，该回路上的气隙磁密是最大值。为此，先由文献1图3-5，找出计算极弧系数=0.703，由此求的波幅系数 =1.4226) 定

26、子齿磁密=1.436T7) 转子齿磁密=T=1.445T8) 定子轭磁密=1.431T9) 转子轭磁密=1.633T10) 空气隙磁密=T=0.4908T11) 从文献1附录五的D23磁化曲线上找出对应上述的磁密的磁场强度 =14.558A/cm；=15.184A/cm；=14.263A/cm；=47.712 A/cm12) 齿部磁路计算长度=21.83mm=35.72mm13) 轭部磁路计算长度=180.50mm=67.898mm14) 有效气隙长度=1.12690.68=0.766mm其中气隙系数=1.1088=1.0163=1.10881.0163=1.126915) 齿部磁压降=14.

27、558=31.781A=15.184=54.238A16) 计算轭部磁压降，其中轭部磁压降校正系数见文献1图附1-3a。 =0.128，=1.431T，于是=0.500=0.50014.263=128.720A =0.112，=1.633T，于是=0.500=0.50047.712=161.972A17) 空气隙磁压降=299.253A18) 饱和系数=1.281 与初设值=1.27相比较，误差=0.14%1%，合格。19) 总磁压降=299.253+31.781+54.238+128.720+161.972=672.404A20) 满载磁化电流=8.465A21) 满载磁化电流标幺值=0.3

28、0022) 励磁电抗标幺值=3.3 参数计算1) 线圈平均半匝长定子线圈节距mm 直线部分长度mm其中是线圈直线部分伸出铁心的长度，取15mm。平均半匝长=520mm 式中是经验系数，2极取1.16。2) 单层线圈端部平均长320mm3) 漏抗系数 0.07084) 定子槽比漏磁导因为是单层绕组，整距，节距漏抗系数=1.00.7181+1.00.842=1.560其中0.7181 由，查得0.8425) 定子槽漏抗=0.26346) 定子谐波漏抗取=0.00250.17607) 定子端部漏抗0.54298) 定子漏抗标幺值=0.9823=0.0709) 转子槽比漏磁导=1+2.6930=3.6

29、930其中=1 由5.00，查得2.693010) 转子槽漏抗标么值=0.785611) 转子谐波漏抗标幺值取=0.003080.212512) 转子绕组端部漏抗标幺值=0.196613) 转子斜槽漏抗=0.065514) 转子漏抗标幺值=1.2602=0.090415) 总漏抗=0.070+0.0904=0.160416) 定子绕组直流电阻=0.0484=0.1404其中 则定子直流电阻为：0.095217) 定子绕组相电阻标幺值0.0122418) 有效材料感应电动机的有效材料是指定子绕组导电材料和定转子铁心导磁材料，电机的成本主要由有效材料的用量决定。定子导线重量： =12.2288kg

30、 =12.1925kg 其中，C是考虑导线绝缘和引线重量的系数，漆包圆铜线C=1.05；=是铜的密度。12.2288+12.1925=24.4214kg 硅钢片重量 =104.0735kg 其中=5m是冲剪余量；是硅钢片密度。19) 转子电阻 取=1.04， 导条电阻折算值为：=0.0639端环电阻折算值：=0.0698导条电阻标幺值0.00822端环电阻标幺值0.00898转子电阻标幺值=0.00822+0.00898=0.01723.4 工作性能计算1) 满载时定子电流有功分量标幺值=2) 满载时转子电流无功分量标幺值 =0.1987 其中系数1.0213) 满载时定子电流无功分量标幺值=

31、0.300+0.1987=0.49874) 满载电势标幺值0.9518 与初设值比较，误差%-0.5%，合格31) 功率因数0.908432) 额定转差率=1.97%式中=0.0082733) 额定转速34) 最大转矩倍数=2.83133.5 起动性能计算1) 起动电流假定值=2) 起动时定转子槽磁势平均值 =3745.85A3) 孔气隙中漏磁场的虚拟磁密=3.400T 其中修正系数1.01794) 起动时漏抗饱和系数由文献1图10-18查出 =0.595，1-=0.4055) 齿顶漏磁饱和引起的定子齿顶宽度的减小=mm6) 齿顶漏磁饱和引起的转子齿顶宽度的减小=mm7) 起动时定子槽比漏磁导

32、=其中=0.4048) 起动时定子槽漏抗9) 起动时定子谐波漏抗=0.59510) 起动时定子漏抗=0.8536=0.059611) 考虑集肤效应的转子导条相对高度=2.5574 其中，为导条电阻率。12) 集肤效应引起的转子电阻增加系数和电抗减小系数从文献1图4-23查出2.498， 0.59713) 起动时转子槽比漏磁导的减小0.8437 于是起动时转子槽比漏磁导=1.763814) 起动时转子槽漏抗=15) 起动时转子谐波漏抗16) 起动时转子斜槽漏抗=17) 起动时转子漏抗=0.052618) 起动时总漏抗=0.0596+0.0526=0.112219) 起动时转子总电阻0.02952

33、0) 起动时总电阻=0.01224+0.0295=0.0417521) 起动时总阻抗=0.119722) 起动电流=235.287A误差=%3%起动电流倍数7，满足要求23) 起动转矩倍数=2.0204 计算机辅助设计说明在设计过程中，利用计算机作为工具，帮助工程师进行设计的一切实用技术的总和称为计算机辅助设计。计算机辅助设计包括的内容很多，如：概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图、计算机辅助设计过程管理等。在工程设计中，一般包括两种内容：带有创造性的设计（方案的构思、工作原理的拟定等）和非创造性的工作，如绘图、设计计算等。创造性的设计需要发挥人的创造性思维能力，创造出以

34、前不存在的设计方案，这项工作一般应由人来完成。非创造性的工作是一些繁琐重复性的计算分析和信息检索，完全可以借助计算机来完成。一个好的计算机辅助设计系统既能充分发挥人的创造性作用，又能充分利用计算机的高速分析计算能力，即要找到人和计算机的最佳结合点。4.1 计算机辅助设计的发展计算机辅助设计作为一门学科始于60年代初，一直到70年代，由于受到计算机技术的限制，计算机辅助设计技术的发展很缓慢。进入80年代以来，计算机技术突飞猛进，特别是微机和工作站的发展和普及，再加上功能强大的外围设备，如大型图形显示器、绘图仪、激光打印机的问世，极大地推动了计算机辅助设计技术的发展，计算机辅助设计技术已进入实用化

35、阶段，广泛服务于机械、电子、宇航、建筑、纺织等产品的总体设计、造型设计、结构设计、工艺过程设计等环节。早期的计算机辅助设计技术只能进行一些分析、计算和文件编写工作，后来发展到计算机辅助绘图和设计结果模拟，目前的计算机辅助设计技术正朝着人工智能和知识工程方向发展。另外，设计和制造一体化技术即CAD/CAM技术以及计算机辅助设计作为一个主要单元技术的CIMS技术都是计算机辅助设计技术发展的重要方向。在工业化国家如美国、日本和欧洲，计算机辅助设计已广泛应用于设计与制造的各个领域如飞机、汽车、机械、模具、建筑、集成电路中，基本实现100的计算机绘图。计算机辅助设计系统的销售额每年以30%40%的速度递

36、增，各种计算机辅助设计软件的功能越来越完善，越来越强大。国内于70年代末开始计算机辅助设计技术的大力推广应用工作，已经取得可喜的成绩，计算机辅助设计技术在我国的应用方兴未艾。4.2 计算机辅助设计在电机设计中的应用在电机设计中应用电子计算机是从50年代开始的，至今仍在进行广泛的研究和探索。利用计算机进行电机设计的程序可以分成“设计分析”、“设计综合”、和“设计优化”三种类型。“设计分析”程序是按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。计算机仅用来对设计方案进行设计分析，而对计算结果的评价以及设计方案的调整仍需由设计者决定。“设计综合”程序是根据已

37、知的性能要求，决定电机各设计参量的程序。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，从而得出可行的设计方案。“设计综合”程序实质上就是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。因此在设计综合程序中，大大缩短了设计时间。但要得到一个较典型的、通用性较强的设计综合程序并不是轻而易举的，因此从60年代就已开始发展的这类程序，至今仍在不断完善之中。“设计优化”程序是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。这是近10年才开始在实际问题中应用且仍在进行多方面探索的一种程序。应用电子计算机设计电机大致可分为以下几个步骤：选定目标、数学描述、数值处理、编织程序、整理输入数据、检验程序和输出结果分析。对优化设计程序，首要的是明确优化目标，其次是选定优化方案。对于综合设计程序则必须确定以哪些参数作为主要变量，其变化范围以及性能的合格标准和容差。无论是哪一种类型的设计程序，计算过程中都不可避免的要出现按试凑法进行迭代运算的情况，如中小型感应电动机电磁设计中的满载电势系数、磁路饱和系数、效率等。为了使一个多重循环的程序更为合适、简练，在编制程序时不仅需要慎重考虑设计的逻辑性，而且应比较准确地确定迭代初值、迭代方法以及迭代的