電機設計習題解答要點

1、電機設計第一章1. 電機常數(shù)CA和利用系數(shù)KA的物理意義是什么？答：CA：大體反映了產(chǎn)生單位計算轉矩所消耗的有效材料。KA：單位體積有效材料能產(chǎn)生的計算轉矩。2. 什么是主要尺寸關系是？根據(jù)他可以得出什么結論？答：主要尺寸關系式為：D2lefn/P=6.1/(pKNmKdpAB)，根據(jù)這個關系式得到的重要結論有:電機的主要尺寸由其計算功率P和轉速n之比P/n或計算轉矩T所決定;電磁負荷A和B不變時，相同功率的電機，轉速較高的，尺寸較??；尺寸相同的電機，轉速較高的，則功率較大。這表明提高轉速可減小電機的體積和重量。轉速一定時，若直徑不變而采取不同長度，則可得到不同功率的電機。由于極弧系數(shù)p、 K

2、Nm與Kd的數(shù)值一般變化不大，因此電機的主要尺寸在很大程度上和選用的電磁負荷A和B有關。電磁負荷選得越高電機的尺寸就越小。3.什么是電機中的幾何相似定律？為何在可能情況下，總希望用大功率電機來代替總功率相等的小功率電機？為何冷卻問題對于大電機比對小電機更顯得重要?答：在轉速相同的情況，當=下，即當B和J的數(shù)值保持不變時，對一系列功率遞增，幾何形狀相似的電機，每單位功率所需有效填料的重量、成本及產(chǎn)生損耗均懷功率的1/4次方成反比。用大功率電機代替總功率相等的數(shù)臺小電機的原因是隨著單機容量的增加，其效材料的重量G、成本Gef相對容量的增加要慢。因此用大功率電機代替總功率相等的數(shù)臺小電功率機。其有效

3、材料的利用率提高了。損耗增加相對容量慢，因此效率提高了。冷卻問題對大功率電機比對小功率電機更顯得重要的原因是電機損耗與長度l的立方成成正比，而冷卻表面卻與長度的平方成正比。功率上升，長度變長，損耗增加大于冷卻的增加。為了使溫升不超過允許值，隨著功率的增加，要改變電機的通風和冷卻系統(tǒng)，從而放棄它們的幾何形狀相似。4. 電磁負荷隊電機的性能和經(jīng)濟性有何影響？電磁負荷選用是要考慮哪些因素？答：當p/n比一定，由于ap，Knm，Kap變化不大，則電機主要尺寸決定于電磁負荷。生產(chǎn)固定效率電磁負荷越高，電機的尺寸將越小，重量越輕，成本越低，經(jīng)濟效益越好。電磁負荷選用常需要制造運行費用，冷卻條件，所用材料與

4、絕緣等級，電機的功率，轉速等。5.若2臺電機的規(guī)格，材料結構，絕緣等級與冷卻條件都相同，若電機1的線寬荷比電機2的線寬荷高，則2臺電機的導體電流密度能否一樣，為什么？答：不能選的一樣，因為：從q=AJ式子上看，A1>A2由題中可知1=2，q1=q2，所以J1<J2。即電機1的電流密度須選得低一些。6.什么是電機的主要尺寸比？它對電機的性能和經(jīng)濟性有何影響？答：主要尺寸比=Lef/（即同DLef下電機電樞計算長度與極距之比）當DL不變較大則1電機較細長，端部繞組短而節(jié)省耗銅，當入在正常范圍內，可提高繞組銅利用率，端蓋刷架，繞組支架等結構尺寸小，因此可提高電機利用系數(shù)，降低成本.2電機

5、體積一定，重量磁密下的基本鐵耗一定單附加鐵耗降低，機械損耗用半徑減小而降低，總損耗降低效率高3繞組端部較短從而端部漏抗及總漏抗均減小.4制冷介質的風路加長，冷卻條件變差，導致軸向溫度分布不均勻度增大。5使線圈制造工時和絕緣材料消耗減少。6轉軸轉動慣量與圓周速度較小。7. 電機的主要尺寸是指什么？怎樣確定？答：電機的主要尺寸是指電樞鐵心的直徑和長度。對于直流電機，電樞直徑是指轉子外徑；對于一般結構的感應電機和同步電機，則是指定子內徑。計算功率和轉速之比或轉矩所決定。確定電機主要尺寸一般采用兩種方法，即計算法和類比法。計算法：選取合理的電磁負荷求得；選適當?shù)闹饕叽绫确謩e求得主要尺寸和；確定交流電

6、機定子外徑，直流電機電樞外徑，對電樞長度進行圓整，并對外徑標準化。類比法：根據(jù)所設計的電機的具體條件（結構、材料、技術經(jīng)濟指標和工藝等），參照已產(chǎn)生過的同類型相似規(guī)格電機的設計和實驗數(shù)據(jù)，直接初選主要尺寸及其他數(shù)據(jù)。8.何為系列電機，為什么電機廠生產(chǎn)的大多類是系列電機？系列電機設計有哪些特點？答：系列電機指技術要求，啟用范圍，結構形式，冷卻方式，生產(chǎn)工藝基本相同，功率安裝尺寸按一定規(guī)律遞增，零部件通用性很高的一系列電機。因為生產(chǎn)系列電機有生產(chǎn)簡單并給制造，使用和維護帶來很大方便，課成批生產(chǎn)通用性很高的理工部件，使生產(chǎn)過程機械化，自動化，有利提高產(chǎn)品質量，降低成本。其設計特點：1.功率按一定規(guī)律

7、遞增2.安裝尺寸和功率等級相適應3.電樞沖片級外徑的充分利用現(xiàn)已有的工藝設備4.重視零部件的標準化，通用化。5.有考慮派生的可能。第二章1. 為什么可以將電機內部比較復雜的磁場當做比較簡單的磁路來計算？答：為簡化計算，可將復雜的磁場以磁極為對稱單元，依據(jù)磁路理論，電流可找到一條磁極中心線包含全部勵磁電流的磁路簡化計算。2.磁路計算時為什么要選擇通過磁極中心的一條磁力線路徑為計算，選用其它路徑是否也可得到同樣的結果？答：磁路計算時選擇通過磁極中心的一條磁力線的原因是此路徑包圍所的電流，此路徑的氣隙和鐵心的B、H和相應的尺寸較容易計算。選用其他路徑也可得到相同的結果。3.磁路計算的一般步驟是怎么樣

8、的？答：先算磁密，在求磁場強度最后求一條過磁極中心包圍全部勵磁電流的磁路及全部電流之和求出F.4.氣隙系數(shù)K的引入是考慮什么問題？假設其他條件相同，而把電樞槽由半閉口改為開口槽，則K將增大還是減?。看穑嚎紤]到因槽開口后齒槽隊氣隙大小的影響問題而引入K，半閉口改為開口K將增大.5.空氣隙在整個磁路中所占的長度很小，但卻在整個磁路計算中占有重要的地位，為什么？答：因為在氣隙上的磁壓降占據(jù)整條閉合磁路的60%85%，所以重要。6.在不均勻的磁場的計算中，為什么常把磁場看做均勻的，而將磁路長度（ef，Lef齒聯(lián)扼磁路長度）加以校正？校正系數(shù)有的大于1.有的小于1，是說明起物理意義？答：為了簡化計算而將

9、磁場看成均勻的，ef大于1對比校正是考慮到槽開口影響。Lef大于1對此是考慮邊緣效應，而齒聯(lián)扼處有一部分磁路損失段。9感應電機滿載是及空載時的磁化電流是怎樣計算的？他們與哪些因素有關？若他們的數(shù)值過大，可以從哪些方面去調整效果更為顯著？答：1.先根據(jù)感應電視E確定沒幾氣隙磁通2.計算磁路各部分的磁壓降，各部分磁壓降的總和便是每級所需要磁勢3.計算出磁化電流。他們與線圈匝數(shù)，磁路尺寸，氣隙大小，磁路飽和程度有關，若他們的數(shù)值過大可從增加匝數(shù)，減小氣隙來調整10. 將一臺感應電機的頻率有50改為60，維持原設計的沖片及勵磁磁勢不變，問應如何調整設計？在不計飽和時其值為多少？解：維持沖片及勵磁磁勢不

10、變，則磁通不變；根據(jù),當頻率由50改為60,要保持電機輸出不變，則匝數(shù)應減少為原來的5/6。又，在不計飽和時，鐵耗將增加為原來的倍。11.將一臺380V，Y接法的電機改為接法，維持原沖片及磁化電流不變，問如何設計？解：Y接法的電機改為接法，將增大倍，頻率不變；則將增大倍，又沖片不變，則不變，槽尺寸不變，又不變，所以需增大倍，槽尺寸不變，則線徑應適當減小。第三章1從等式可知，越大，漏抗標幺值越小，對值是否也變??？為什么？漏抗絕漏抗的計算問題可以歸結為相應的比漏磁導的計算。也就是，漏抗的計算可歸結為漏磁鏈的計算，對于一定的繞組，便只是漏抗磁通的計算。因為增大，得到漏磁通增大，漏抗絕對值變大 。2.

11、 漏抗的大小對交流電機有何影響？答：漏抗越大 電機的效率功率因素啟動轉矩將越小，勵磁電流也將減小等影響。3. 槽數(shù)越多為什么每相漏抗變??？試從物理概念進行說明答：由漏抗=4當槽數(shù)越多，則表明q越大，從而漏抗變小，物理概念上可知采用分布繞組和槽數(shù)增大都是使每槽產(chǎn)生的磁勢波形的基波越接近正弦波從而減少每漏抗.4. 有些資料中把籠形繞組的相數(shù)取做等于Z2，有些資料中又取等于Z2/p，究竟應該取等于多少？為什么？答：兩種都可以，因為都是對定子磁場的波形進行分析的。5. 槽漏抗與諧波漏抗的大小主要與哪些因素有關？答：主要關系式=4可知槽諧波漏抗的大小主要與匝數(shù)的平方及鐵心的計算長度，主磁路，漏磁路的路徑

12、有關。6. 感應電機勵磁電抗的大小主要與哪些因素有關？他對電機的性能有什么影響？答：由主要關系式=4可知在頻率f，相數(shù)m，級數(shù)2p一定的情況下，感應電機的主電抗Xm主要與繞組每相匝數(shù)平方，基波繞組系數(shù)Kap，電樞軸向計算長度Lef及級距與氣隙之比有關。Xm其對電機性能影響有關，當主電抗增大時，功率因素也會增加。7. 入設計的電機漏抗太大，想使之下降，應改變哪些設計數(shù)據(jù)最為有效？答：由=4可知改變匝數(shù)，即適當減少電機匝數(shù)，另外也可以調整電機尺寸，如增加電機槽數(shù)，及采用分布繞組或漏抗含量少的繞組。也可以適當調整電磁負載。9. 4.9 感應電機設計數(shù)據(jù)與參數(shù)間的關系？勵磁電抗定子槽漏抗轉子槽漏抗定子

13、諧波漏抗轉子諧波漏抗定轉子端部漏抗定子每槽導體數(shù)增加­­¾­¾­、 ¾氣隙增大¯¾¾¯¯¾槽口寬度減小­­­­­¾槽口高度增大¾­­¾¾¾槽形變寬變矮¾¯¯¾¾¾鐵心長度增加­­­­­¾定子繞組由整距變短距¯¯

14、¾¯¾¾定子槽數(shù)增加¯¯¾¯¾¾頻率由50Hz變成60Hz­­­­­­定子繞組Y變D¯¯¯¯¯¾第四章1. 空載鐵心損耗的大小主要與哪些因素有關？答:空載鐵心損耗主要是渦流，磁滯損耗，其大小主要與磁密的平方，磁通變化快慢即電源頻率即鐵心重量等。2.要減小負載時繞組銅中的附加損耗，一般采用哪些措施？答：附加損耗主要由漏磁產(chǎn)生，而漏磁又主要是諧波和齒諧波產(chǎn)生的，當要減小負載附加損耗

15、時，可用諧波含量少的繞組 入短路，分布繞組，也可以用斜槽，近槽配合來減少齒諧波。1. 在三相感應電動機的設計中，選擇電磁負荷時應考慮哪些問題？又A與Bg答：應考慮電機的材料，絕緣等級，冷卻方式，使用范圍，轉速，功率大小等因素，A與Bg之間比值隊漏抗大小，漏抗標幺值如當A/Bg變大時，將使感應電機的最大轉矩，啟動轉矩和啟動電流降低。2. 三相感應電機中，氣隙的大小對電機性能有哪些影響？一臺三相籠型轉子感應電動機，起動時間過長不符合要求，在不拆定子繞組的情況下，應采取什么叫簡單的措施來解決這一問題？這樣做對電機其他性能有何影響？答：氣隙的大小主要對勵磁電流和功率因素附加損耗有影響，在允許的情況下氣

16、隙需要盡量取小些來降低勵磁電流增加功率因素。起動時間過長是因為起動轉矩過小，從而可知主要因為氣隙過小，使附加轉矩，附加損耗都增加其由漏磁引起和諧波大。在不拆換定子繞組的情況下可車轉子外圍增大氣隙從而增大起動出力。但這樣做對電機的勵磁電流會增加從而減小功率因素。3. 從表10-3看出，在普通中小籠型三相感應電機中，級數(shù)越多則Di1/Di的比值越大，是說明造成這一趨勢的原因？答：由幾何相似定律，主要尺寸比k=D1內/D2內=D1外/D2外可推出D1內/D1外=D2內/D2外=k。極數(shù)增多，則電磁負荷會增大，主要尺寸相對變小，從而使電機外徑有變小趨勢，從而k值相對會增大即Di1/Di=k有增大。4.

17、 為什么計算三相感應電動機的起動性能必須考慮集膚和飽和效應？他們分別對哪些參數(shù)的哪個部分有影響？答：由于起動時，電流很大會使定轉子的磁路高度飽和，另外電機轉子頻率等于電源頻率，比正常運行時高很多，這些原因真實存在，從而對起動有影響，所以必須考慮，它們如集膚效應會增加起動電阻從而提高起動轉矩。飽和集膚效應都會使電抗變下從而增大起動電流。5. 三相感應電動機的電磁計算中應考慮那些性能指標？如果計算結果發(fā)現(xiàn)效率不符合要求，應從哪些方面著手調整？答：應考慮1.效率。2.功率因素cos 3.最大轉矩倍數(shù)Tm/Tn 4.起動轉矩倍數(shù) 5.起動電流倍數(shù) 6.繞組和鐵心溫升7.起動過程中的最小轉矩倍數(shù)。當效率

18、不合要求時應選擇1.優(yōu)質材料2.合適的工藝 3.合理尺寸從而增有效材料的用量，降低銅耗和鐵耗。6. 如功率因素cos不符合要求，應從哪些方面著手調整？這些調整措施會不會引起其他后果？答：應從電路方面講，設法降低勵磁電流和漏磁參數(shù)可調整電機的尺寸 如縮小定轉子槽面積，降低個部分磁密；減小氣隙，增加每槽導體數(shù)Ns1增大Di1，放長li（或增大定轉子槽寬，減小槽高以降低X）但這些調整也會帶來其它方面的影響。7. 三相感應電機中影響最大轉矩，啟動轉矩和起動電流的是那些參數(shù)？它們之間關系如何？如果這三項指標中有兩項或一項不符合要求，應如何著手調整？答：由關系式Tm= Tst=Ist=影響Tm，Ist是電阻