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计算机体现的速度和智慧

日期:2022-06-20 10:13   浏览次数:0

CAD和3D绘图已经基本普及到电机设计的所有流程,3D打印也逐渐进入电机零部件的制造过程。对于电机上最常用的铸件,垂直线和水平线的输入是未来这类零件升级到3D打印水平的初级阶段。沈女士的一位密友经历了从手工绘图到CAD绘图,再到3D绘图的各个阶段。对于一个电机设计师来说,他所经历的过程是电机发展的见证,也是计算机应用过程与实践有效融合的体验者。

电机体现了计算机的速度和智慧

20世纪60年代的设计师经历了画板投掷项目,但并不是所有人都能预料到计算机在电机设计中的应用发展如此迅速。据统计,57年用手工设计一台普通异步电动机大约需要16个小时。当时在电脑上计算只需要三分钟,到了1967年,缩短到半分钟。不仅大大缩短了计算时间,而且方案的计算范围扩大了二十倍以上。结果表明,应用一些优化程序后,方案设计可以实现自动优化,大大提高了设计工作的质量和速度。与经验设计的电机相比,在相同的性能指标下,优化后的电机制造成本或总运行成本明显降低。

除了电磁设计程序外,电子计算机还广泛应用于许多与电机设计密切相关的其他计算或分析研究,如电机稳态和瞬态热计算、临界转速和承载能力计算、大型零件机械计算、电机瞬态过程分析和磁场研究等。

此外,国外已经开始使用计算机进行生产性绘图工作,并出现了一种可以实现设计计算、打印输出和绘图全自动化的自动设计系统。

计算机程序的实际应用分析

目前,生产部门仍然更多地使用“分析程序”;但又不能完全脱离“设计综合”,两者往往交织在一起。随着优化设计理论和实践的发展,越来越多的优化方案投入实际应用,引起了设计人员的关注。

目前,我们不仅在努力实现设计和计算的自动化,还注重进一步开发电子计算机的逻辑功能、存储能力和图像显示功能,从而实现计算机辅助设计(CAD)和制造(CAM)。

计算机在电机设计中的应用除了解决其他工程技术问题外,还可以分为以下几个步骤。目标选择、数学描述、数值处理、编程、数据整理、程序检查和输出结果分析。对于电机设计,首先要确定设计程序的类型。如果对设计方案进行优化,最重要的是明确优化目标,即明确优化设计的含义;选择优化方法。如果是“综合”方案,需要确定哪些参数是主要变量,变化范围,性能的可接受标准和允许偏差。

电机设计虽然有各种各样的综合方案,但根据“开槽”或“不开槽”可以分为两类。这两种程序在编程时会有不同的考虑。一般来说“开槽”的方案比较灵活,但在程序设计上会有一点难度,往往需要给出各部分磁密的合适比例,才能保证“开槽”的成功。“不开槽”的方案比前者略简单,但“绕线设计”的核心问题依然存在。

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对绕组匝数、导线尺寸及排列、读取线规等具体环节的处理仍然是决定整个程序质量的关键。对于电机设计的程序不论是核算的性质或者是优选的程序,计算过程中不可避免的要出现用“尝试法”来确定一些系数和运行性能的情况,如设计异步电动机时的饱和系数、压降系数、效率和起动电流等等。

为使得一个多重循环的程序更加有效和精炼,不仅需要慎重考虑设计的逻辑性,而且要注意通过上机调整来选择有关各量的初值、修正的方法、变化的步长及收敛的准则。同时亦要注意在检验程序的过程中进一步暴露设计人员的愿望与机器的“理解”、“执行”之间的矛盾。

电机设计程序与一般科学计算程序所不同的一个方面是它需要有大量的数据输出,而且这些数据又各自代表着机、热、电、磁等各种含义。因此整理和分析工作是十分重要但相当复杂的,特别是当安排中间输出时,要注意避免输出数据的混淆不清。设计人员对于整个程序的输出情况预先要有周密的考虑,对于各种情况下可能打印输出的数据要适当加以区别。既不要有过多的输出结果,亦不要失掉必要的有参考价值的数据,因为有些“中间数据”对于改进设计和提高程序质量是很有帮助的。

电子计算机在电机设计中应用的时间还不很长,电机设计中遇到的问题又因其千差万别而很难完全使之公式化、规格化;因此不但有系统有条理的全面介绍很困难,就是一个具体设计亦会有各种各样考虑方法和各不相同的设计程序。计算机取代人工计算的过程,是一个人与机不断磨合的提升的过程,完全脱离实践的以机代人不现实,只有通过反复的计算和论证才可以优选出智慧的程序。

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