1、課程設(shè)計(jì)的目的與作用1.1、設(shè)計(jì)目的1、學(xué)習(xí)電機(jī)的工作原理及電機(jī)設(shè)計(jì)的相關(guān)方法，利用電機(jī)設(shè)計(jì)仿真軟件AnsoftRMxprt2、參數(shù)設(shè)計(jì)法和利用MATLAB軟件編程的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法完成典型電機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；3、完成電機(jī)主要尺寸的選擇和確定、基本性能設(shè)計(jì)、磁路計(jì)算、參數(shù)設(shè)計(jì)、起動(dòng)計(jì)算等；4、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻(xiàn)資料。5、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。6、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。7、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。設(shè)計(jì)作用課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)和鍛煉在校學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力、進(jìn)行工程實(shí)訓(xùn)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，它具有動(dòng)手、動(dòng)腦，理論聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)，是培養(yǎng)在校工科大學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、敢于動(dòng)手、善于動(dòng)手和獨(dú)立自主解決設(shè)計(jì)實(shí)踐中遇到的各種問(wèn)題能力的一種較好方法?！峨姍C(jī)學(xué)》是電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有應(yīng)用性、實(shí)踐性較強(qiáng)的特點(diǎn)，忽視了實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生不能很好的理解所學(xué)內(nèi)容。通過(guò)設(shè)計(jì)，使學(xué)生系統(tǒng)、深入了解各種電機(jī)的工作原理和抽象出來(lái)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)這門課程的認(rèn)識(shí)和理解提高到一個(gè)新的水平。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生查閱專業(yè)資料、工具書或參考書，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段和軟件工具，并能以仿真程序及仿真結(jié)果表達(dá)其設(shè)計(jì)思想的能力。通過(guò)設(shè)計(jì)，不但要培養(yǎng)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，而且要在實(shí)踐過(guò)程中鍛煉培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣，牢固樹(shù)立事實(shí)求是和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)工作態(tài)度。電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì)是電機(jī)學(xué)課程學(xué)習(xí)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)設(shè)計(jì)不僅可以使學(xué)生更牢固的掌握所學(xué)知識(shí)，同時(shí)也可以為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。2、設(shè)計(jì)任務(wù)及所用MATLAB軟件、MAXWELL軟件環(huán)境介紹MATLAB軟件環(huán)境作為和Mathematica、M叩le并列的三大數(shù)學(xué)軟件。其強(qiáng)項(xiàng)就是其強(qiáng)大的矩陣計(jì)算以及仿真能力。要知道Matlab的由來(lái)就是Matrix+Laboratory=Matlab，所以這個(gè)軟件在國(guó)內(nèi)也被稱作《矩陣實(shí)驗(yàn)室》。每次MathWorks發(fā)布Matlab的同時(shí)也會(huì)發(fā)布仿真工具Simulink。在歐美很多大公司在將產(chǎn)品投入實(shí)際使用之前都會(huì)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，他們所主要使用的仿真軟件就是Simulink。Matlab提供了自己的編譯器：全面兼容C++以及Fortran兩大語(yǔ)言。所以Matlab是工程師，科研工作者手上最好的語(yǔ)言，最好的工具和環(huán)境。Matlab已經(jīng)成為廣大科研人員的最值得信賴的助手和朋友！目前MATLAB產(chǎn)品族可以用來(lái)進(jìn)行：－數(shù)值分析－數(shù)值和符號(hào)計(jì)算－工程與科學(xué)繪圖－控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與方針－數(shù)字圖像處理－數(shù)字信號(hào)處理－通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真－財(cái)務(wù)與金融工程...Simulink是基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，可以用來(lái)對(duì)各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對(duì)任何能夠用數(shù)學(xué)來(lái)描述的系統(tǒng)進(jìn)行建模，例如航空航天動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)、衛(wèi)星控制制導(dǎo)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、船舶及汽車等等，其中了包括連續(xù)、離散，條件執(zhí)行，事件驅(qū)動(dòng)，單速率、多速率和混雜系統(tǒng)等等。Simulink提供了利用鼠標(biāo)拖放的方法建立系統(tǒng)框圖模型的圖形界面，而且Simulink還提供了豐富的功能塊以及不同的專業(yè)模塊集合，利用Simulink幾乎可以做到不書寫一行代碼完成整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模工作MAXELL軟件環(huán)境MAXWELL是主要建立在MAXWELL方程基礎(chǔ)上的，有限元分析軟件。MAXWELL2D：工業(yè)應(yīng)用中的電磁軟件，如傳感器、調(diào)節(jié)器、電動(dòng)機(jī)、變壓器，以及其他工業(yè)控制系統(tǒng)比以往任何時(shí)候都使用得更加廣泛。由于設(shè)計(jì)者對(duì)性能與體積設(shè)計(jì)封裝的希望，因而先進(jìn)而便于使用的數(shù)字場(chǎng)仿真技術(shù)的需求也顯著的增長(zhǎng)。在工程人員所關(guān)心的實(shí)用性及數(shù)字化功能方面，MAXWELL的產(chǎn)品遙遙領(lǐng)先其他的一流公司。MAXWELL2D包括交流/直流磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)以及瞬態(tài)電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)分析，參數(shù)化分級(jí)；以及優(yōu)化功能。此外MAXWELL2D還可以產(chǎn)生高精度的等效電路模型以供Ansoft的SIMPLORER模塊和其他電路分析工具調(diào)用。MAXWELL3D向?qū)降挠脩艚缑?、精度?qū)動(dòng)的自適應(yīng)剖分技術(shù)和強(qiáng)大的后處理器時(shí)的MAXWELL3D成為業(yè)界最佳的高性能三維電磁技術(shù)軟件?？梢苑治鰷u流、位移電流、集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)具有不可忽視作用的系統(tǒng)，得到電機(jī)、母線、變壓器、線圈等電磁部件的整體特性。功率損耗、線圈損耗、某一頻率下的阻抗（R和L）、力、轉(zhuǎn)矩、電感、儲(chǔ)能等參數(shù)可以自己計(jì)算。同時(shí)也可以給出整個(gè)相位的磁力線、B和H分布線、能量密度、溫度分布等圖形結(jié)果。RMxprt是基于磁路法的旋轉(zhuǎn)電機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，能加快電機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程。通過(guò)RMxprt用戶能快速地對(duì)成百上千種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估，并可對(duì)預(yù)選方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。RMxprt是Ansoft電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)流程的理想起點(diǎn)，它既可以生成系統(tǒng)的模型也可以生成物理模型，通過(guò)他們用戶可以結(jié)合電力電子技術(shù)和控制電路對(duì)初步設(shè)計(jì)加以優(yōu)化。Rmxprt能分析的電機(jī)有：三項(xiàng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，三相同步發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，永磁直流無(wú)刷發(fā)電機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，永磁直流電動(dòng)機(jī)，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)，通用電動(dòng)機(jī)，普通直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，抓極交流發(fā)電機(jī)。3、設(shè)計(jì)題目變壓器鐵芯磁路的計(jì)算鐵心磁路如圖所示，磁路尺寸為：51=3mm、g=2mm、w=125mm、h=150mm、N1=2N2=100匝，鐵芯寬度l=50mm、鐵心厚度d=50mm。鐵芯寬度和厚度均勻，忽略鐵芯磁場(chǎng)邊緣效應(yīng)。假設(shè)鐵芯的磁導(dǎo)率為無(wú)窮大，（1）若12=0,①1=6mWb,求11（2）若I1=10A,I2=20A,求①1和①2。若鐵芯材料為DR510鋼片（磁化曲線見(jiàn)教材），若12=0,①1=6mWb,求I1和①1。同步發(fā)電機(jī)的特性分析4、設(shè)計(jì)過(guò)程變壓器鐵芯磁路的計(jì)算原理描述由磁路基爾霍夫第一定律￡。=0，可得|3=”-恒，由于鐵芯寬度和厚度均勻，截面積相等，則B1=B2-B3由磁路基爾霍夫第二定律^F=ZNi=EHl=E"Rm，得：N111=H1bw+h+3l-8J+B1-1+H3(h+1)—N212=H2bw+h+31—821+B2-2-H3Ch+1)TOC\o"1-5"\h\z〔 為磁場(chǎng)關(guān)系:B=□H則方程為：f 「 c1 8, / \N111=H1bw+h+31—81]+B1-1+H3(h+1)□0「 cl8c(、I—NJ]=H9bw+h+31-bj+B)——HJhi+1)22 2, 2 2、、 3□0B3=B1—B2、Bi=□FeH4.1.2、參數(shù)計(jì)算1、假設(shè)鐵芯的磁導(dǎo)率為無(wú)窮大，(1)若12=0,①1=6mWb,求I1(2)若I1=10A,I2=20A,求①1和中。鐵芯的磁導(dǎo)率為無(wú)窮大，則鐵芯磁路H=0,方程化簡(jiǎn)為…八81N1I1=B1—□o82~□o(1)將I2=0,①1=6mWb帶入上式方程，得11=57.2958A(2)將I1=10A,I2=20A帶入上式方程，得B1=0.418879T,B2=-0.628319T,則中1=B11d=1.04720mWb,中廣B21d=-1.57080mWb2、若鐵芯材料為DR510鋼片(磁化曲線見(jiàn)圖)，若I2=0,①1=6mWb,求I1和①1。①1=6mWb,則B1=①1/(ld)=2.4T采用編程法求解，由方程

-N212=0=H2bw+h+3l-821+B2-2—H3（h+1）

口0vB3=B1-B2Bi=□FHi可看作未知數(shù)為B2的一元非線性方程，通過(guò)二分法求解出B2,再計(jì)算出B3,然后由方程8N3=Hbw+h+31-8J+B1-1+HJh+1）11 1, 11 3口0計(jì)算出11。為提高計(jì)算精度，可使用拉格朗日插值法或曲線擬合法，對(duì)表中不能直接得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行近似計(jì)算。本題使用拉格朗日插值法。拉格朗日插值法：假設(shè)任意兩個(gè)不同的xj都互不相同，那么應(yīng)用拉格朗日插值公式所得到的拉格朗日插值多項(xiàng)式為：其中每個(gè)為拉格朗日基本多項(xiàng)式（或稱插值基函數(shù)），其表達(dá)式為：白⑺:=IIfrz^=X.-Xq（叼—%） （叼—叼_1）（叼—叼+1） （叼一以「拉格朗日基本多項(xiàng)式的特點(diǎn)是在上取值為1，在其它的點(diǎn)上取值為0。圖表1B-H磁化曲線圖表2B-H磁化曲線4.1.3、機(jī)械特性圖、MATLAB代碼代碼如下：#include<iostream>#include<cstdlib>#include<cmath>#include<iomanip>#include<stdlib.h>usingnamespacestd;doubledelta1=0.003,delta2=0.002,w=0.125,h=0.15,n1=100,n2=50,l=0.05,d=0.05;doublepi=3.1415926535898;doubleu0=4*pi*pow(10,-7);doublei1,i2,f10,f20;inti_diedai_root1=0,i_diedai_root2=0,i_ddjs=0;doublebh[2][150]={{0.4,doubleLagrange(doublexx);doubleb2h(doubleb);doublef2(doubleb2,doubleb1);doubleroot2(doublex1,doublex2,doubleb1);doublelinearfit2(doublex);doublelinearfit1(doublex);intmain(){doubleb1,b2,b3,h1,h2,h3,f1,f2;b1=2.4;b2=root2(0,2.4,b1);b3=b1-b2;i1=(h1*(2*w+h+3*l-delta1)+b1*delta1/u0+h3*(h+l))/n1;i2=(b2h(b2)*(2*w+h+3*l-delta2)+b2*delta2/u0-b2h(b3)*(h+l))/(-n2);cout<<endl<<"計(jì)算過(guò)程信息："<<"二分法計(jì)算B2次數(shù):“<<i_diedai_root1<<endl;cout<<endl<<"磁密計(jì)算結(jié)果："<<endl<<setprecision(16)<<"B1="<<b1<<endl<<"B2="<<b2<<endl<<"B3="<<b3<<endl;cout<<endl<<"磁通計(jì)算結(jié)果："<<endl<<setprecision(16)<<"①1="<<b1*l*d<<endl<<"O2="<<b2*l*d<<endl<<"O3="<<b3*l*d;cout<<endl<<"I1="<<i1;cout<<endl<<"結(jié)果驗(yàn)算："<<setprecision(16)<<"①1="<<(b2+b3)*l*d<<"I2="<<i2;system("pause");return0;}doubleb2h(doubleb)〃計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度乩輸入磁感應(yīng)強(qiáng)度B,輸出磁場(chǎng)強(qiáng)度H{intt;doubleh_t;t=abs((int)(100*b))-40;if(t>134){if(b>=0)returnlinearfit2(b);elsereturn-linearfit2(-b);}if(t<15){if(b>=0)returnlinearfit1(b);elsereturn-linearfit1(-b);}{if(b>=0)returnLagrange(b);elsereturn-Lagrange(-b);}}doubleLagrange(doublexx)//拉格朗日插值，輸入自變量，輸出插值函數(shù)值{inti=0,j=0,n=150,z=0;doublepai,sum;double*x,*y;x=bh[0];y=bh[1];z=((int)(100*xx))-45;if(xx<=0.45)z=0;n=10+z;if(xx>1.84)n=6+z;for(j=z,sum=0;j<n;j++){for(i=z,pai=1;i<n;i++)if(i==j)continue;pai=pai*(xx-*(x+i))/(*(x+j)-*(x+i));}sum=sum+*(y+j)*pai;}returnsum;}doublelinearfit2(doublex){return(56450*x-89188);}doublelinearfit1(doublex){return(202.21*x+57.015);}doublef2(doubleb2,doubleb1){doubleb3,h2,h3;b3=b1-b2;h2=b2h(b2);h3=b2h(b3);returnh2*(2*w+h+3*l-delta2)+b2*delta2/u0-h3*(h+l)+n2*i2;}doubleroot2(doublex1,doublex2,doubleb1){doublex,y,y1;y1=f2(x1,b1);do{cout<<'!';i_diedai_root1++;if(i_diedai_root1>=1000000)break;x=(x1+x2)/2;y=f2(x,b1);if(y*y1>0){x1=x;y1=y;}else

x2=x;}while(fabs(y)>=2*pow(10,-13));returnx;}4.2、5、結(jié)果分析變壓器鐵芯磁路的計(jì)算計(jì)算結(jié)果（設(shè)定收斂精度10A-13）：計(jì)算過(guò)程信息；二分法計(jì)算此次披鳴4磁空計(jì)算結(jié)果：計(jì)算過(guò)程信息；二分法計(jì)算此次披鳴4El=2.4B2=0.7217^86249482798E2=1.磁通計(jì)算結(jié)果:中1=tl.UMb中2=0.0018043715623707①？=fi.nR419SA2fl4^7fi59^R111=57.29577951308219結(jié)果驗(yàn)算二^1-6.006計(jì)算結(jié)果：B1=2.4T,B2=0.721749T,B3=1.67825T①1=0.006Wb,①2=0.0018044Wb,①3=0.00419563WbI1=57.2958A6、設(shè)計(jì)總結(jié)此次課設(shè)內(nèi)容是鐵心磁路計(jì)算，只牽涉到電機(jī)學(xué)第一章的內(nèi)容，所以難度并不是很大。但即便如此，既然是選擇這門課程設(shè)計(jì)，就必須與組員合作，認(rèn)真努力地完成，不能圖完成任務(wù)，而且實(shí)際上也碰到了一些問(wèn)題。我負(fù)責(zé)的是第二問(wèn)，編程的時(shí)候所得出的磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)了書上所給表格的對(duì)應(yīng)范圍，當(dāng)時(shí)還特意問(wèn)了熊老師，老師說(shuō)這個(gè)需要自己解決，并建議了我用線性插值法?；貋?lái)的時(shí)候，和張豐偉一起討論了一下，便將磁化曲線進(jìn)行了擬合，還運(yùn)用了拉格朗日插值法（這個(gè)是從電路實(shí)驗(yàn)上看到的，記得當(dāng)時(shí)有提過(guò)，線性插值法精度好像不夠），但是一開(kāi)始n設(shè)置的過(guò)大，導(dǎo)致了無(wú)法收斂，在網(wǎng)上查了原因，解釋是當(dāng)插值點(diǎn)比較多的時(shí)候，拉格朗日插值多項(xiàng)式的次數(shù)可能會(huì)很高，因此具有數(shù)值不穩(wěn)定的特點(diǎn)，也就是說(shuō)盡管在已知的幾個(gè)點(diǎn)取到給定的數(shù)值，但在附