《電機(jī)設(shè)計(jì)》(陳世坤)課后習(xí)題答案(期末復(fù)習(xí)資料),期末考試安全預(yù)案

機(jī)電設(shè)計(jì)

第一章

1.機(jī)電設(shè)計(jì)的任務(wù)是什么？

答：機(jī)電設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（功率、電壓、

轉(zhuǎn)速）與技術(shù)要求（效率、參數(shù)、溫升、機(jī)械可靠性），結(jié)合技

術(shù)經(jīng)濟(jì)方面國家的方針政策和生產(chǎn)實(shí)際情況，運(yùn)用有關(guān)的理論

和計(jì)算方法，正確處理設(shè)計(jì)時(shí)遇到的各種矛盾，從而設(shè)計(jì)出性

能好、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、創(chuàng)造和使用維修方便的

先進(jìn)產(chǎn)品。

2.機(jī)電設(shè)計(jì)過程分為哪幾個(gè)階段？

答：機(jī)電設(shè)計(jì)的過程可分為：

①準(zhǔn)備階段：通常包括兩方面內(nèi)容：首先是熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)，

采集相近機(jī)電的產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料，并聽取生產(chǎn)和使用單

位的意見與要求；然后在國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定及分析相應(yīng)資料

的基礎(chǔ)上，編制技術(shù)任務(wù)書或者技術(shù)建議書。

②電磁設(shè)計(jì)：本階段的任務(wù)是根據(jù)技術(shù)任務(wù)書的規(guī)定，參照

生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過計(jì)算和方案比較，來確定與所設(shè)計(jì)機(jī)電

電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關(guān)材料，并核算電磁性

能。

③結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定機(jī)電的機(jī)械結(jié)構(gòu)，零部

件

尺寸，加工要求與材料的規(guī)格及性能要求，包括必要的機(jī)械

計(jì)

算、通風(fēng)計(jì)算和溫升計(jì)算。

3.機(jī)電設(shè)計(jì)通常給定的數(shù)據(jù)有哪些？

答：機(jī)電設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)給定下列數(shù)據(jù)：

⑴額定功率

⑵額定電壓

⑶相數(shù)及相同連接方式

⑷額定頻率

⑸額定轉(zhuǎn)速或者同步轉(zhuǎn)速

⑹額定功率因數(shù)

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通常給定⑴~(5)；同步機(jī)電通常給定(1)~(6)；

直流機(jī)電通常給定(1)(2)(5)

第二章

L機(jī)電常數(shù)C和利用系數(shù)K的物理意義是什么？

AA

答：C：大體反映了產(chǎn)生單位計(jì)算轉(zhuǎn)矩所消耗的有效材料(銅鋁

A

或者電工鋼)的體積，并在一定程度上反映了結(jié)構(gòu)材料的耗用量。

K：表示單位體積的有效材料所能產(chǎn)生的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，它的大小反

A

映了機(jī)電有效材料的利用程度。

2.什么是主要尺寸關(guān)系式？根據(jù)它可以得出什么結(jié)論?

答：主要尺寸關(guān)系式為：D216.1,根據(jù)這個(gè)關(guān)系式

p(I-KKAB

pNmdp6

得到的重要結(jié)論有:①機(jī)電的主要尺寸由其計(jì)算功率P，和轉(zhuǎn)速n

之比］■者計(jì)算轉(zhuǎn)矩T'所決定；②電磁負(fù)荷A和B不變時(shí)，相

同n6

功率的機(jī)電，轉(zhuǎn)速較高的，尺寸較??；尺寸相同的機(jī)電，轉(zhuǎn)速

較高的，則功率較大。這表明提高轉(zhuǎn)速可減小機(jī)電的體積和重

量；③轉(zhuǎn)速一定時(shí)，若直徑不變而采取不同長度，則可得到不

同功率的機(jī)電；④由于計(jì)算極弧系數(shù)。，、波形系數(shù)K與繞組

p(in

系數(shù)K的數(shù)值普通變化不大，因此機(jī)電的主要尺寸在很大程度

dp

上和選用的電磁負(fù)荷A和B有關(guān)。電磁負(fù)荷選得越高，機(jī)電的尺

6

寸就越小。

3.什么是機(jī)電中的幾何相似定律？為何在可能情況下，總希翼

用大功率機(jī)電來代替總功率相等的小功率機(jī)電？為何冷卻問題

對(duì)于大機(jī)電比對(duì)小機(jī)電更顯得重要？

答：在轉(zhuǎn)速相同的情況下，當(dāng)Da^la^ha^ba=…下，

DblbhbbbP'P'

即當(dāng)B和J的數(shù)值保持不變時(shí)，對(duì)一系列功率遞

增，幾何形狀相似的機(jī)電，每單位功率所需有效材料的分量G、

成本C及產(chǎn)生損耗2P均與計(jì)算功率的2次方成反比。用大功率

efA

機(jī)電代替總功率相等的數(shù)臺(tái)小機(jī)電的原因是隨著單機(jī)容量的增

加，其有效材料的分量G、成本C和損耗2P的增加要慢，其有

ef

效材料的利用率和機(jī)電的效率均將提高，因此用大功率機(jī)電代

替總功率相等的數(shù)臺(tái)小電功率機(jī)。冷卻問題對(duì)大功率機(jī)電比對(duì)

小功率機(jī)電更顯得重要的原因是機(jī)電損耗與長度1的立方成正

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，要改變機(jī)電的通風(fēng)和冷卻系統(tǒng)，從而拋卻它們

的幾何形狀相似。

4.電磁負(fù)荷對(duì)機(jī)電的性能和經(jīng)濟(jì)性有何影響？電磁負(fù)荷選用時(shí)

要考慮哪些因素？

答：當(dāng)上一定，由于，K,K變化不大，則機(jī)電主要尺寸決

HPNmdp

定于電磁負(fù)荷。生產(chǎn)固定效率的機(jī)電，若其電磁負(fù)荷越高，電

機(jī)的尺寸將越小，分量越輕，成本越低，經(jīng)濟(jì)效益越好。電磁

負(fù)荷選用常需要考慮創(chuàng)造運(yùn)行費(fèi)用，冷卻條件，所用材料與絕

緣等級(jí)，機(jī)電的功率，轉(zhuǎn)速等。

5.若2臺(tái)機(jī)電的規(guī)格，材料結(jié)構(gòu)，絕緣等級(jí)與冷卻條件都相同，

若機(jī)電1的線負(fù)荷比機(jī)電2的線負(fù)荷高，則2臺(tái)機(jī)電的導(dǎo)體電流

密度能否選得一樣，為什么？

答：不能選的一樣，因?yàn)椋簭膓=PAJ式子上看，A>A由題中可

知P=P,q=q,所以J<J。即機(jī)電1的電流密度須選得低一

121212

些。

6.什么是機(jī)電的主要尺寸比？它對(duì)機(jī)電的性能和經(jīng)濟(jì)性有何影

響？

1

答：主要尺寸比入二一f(電機(jī)電樞計(jì)算長度與極距之比)，若

T

及1不變而入較大：

ef

(1)機(jī)電將較細(xì)長，即1較大而D較小。繞組端部變得較短，

ef

端部的用銅(鋁)量相應(yīng)減小，當(dāng)人仍在正常范圍內(nèi)時(shí)，可提高

繞組銅(鋁)利用率。端蓋，軸承，刷架，換向器和繞組支架等

結(jié)構(gòu)部件的尺寸較小，分量較輕。因此單位功率的材料消耗

少，成本較低。

(2)機(jī)電的體積不變，因此鐵的分量不變，在同一磁通密度下

基本鐵耗也不變。但附加鐵耗有所降低，機(jī)械損耗則因直徑變

小而減小。再考慮到電流密度一定時(shí)，端部銅(鋁)耗將減小，

因此，機(jī)電中總損耗下降，效率提高。

(3)由于繞組端部較短，因此端部漏抗減小。普通情況下總漏

抗將減小。

(4)由于機(jī)電細(xì)長，在采用氣體作為冷卻介質(zhì)時(shí)，風(fēng)路加長，

冷卻條件變差，從而導(dǎo)致軸向溫度分布不均勻度增大

(5)由于機(jī)電細(xì)長，線圈數(shù)目較粗短的機(jī)電較少，于是使線圈

創(chuàng)造工時(shí)和絕緣材料的消耗減小。但機(jī)電沖片數(shù)目增多，沖片

沖剪和鐵芯疊壓的工時(shí)增加，沖模磨損加?。煌瑫r(shí)機(jī)座加工工

時(shí)增加，并因鐵芯直徑較小，下線難度稍大，而可能使下線工

時(shí)增多。

(6)由于機(jī)電細(xì)長，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與圓周速度較小，這對(duì)于

轉(zhuǎn)速較高或者要求機(jī)電時(shí)間常數(shù)較小的機(jī)電是有利的。

7.機(jī)電的主要尺寸是指什么？怎樣確定？

答：機(jī)電的主要尺寸是指電樞鐵芯的直徑和長度。對(duì)于直流機(jī)電，

電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對(duì)于普通結(jié)構(gòu)的感應(yīng)機(jī)電和同步機(jī)電，

P，

則是指定子內(nèi)徑。機(jī)電的主要尺寸由其計(jì)算功率和轉(zhuǎn)速之比一或

者n

計(jì)算轉(zhuǎn)矩T所決定。確定機(jī)電主要尺寸普通采用兩種方法，即計(jì)

算法和類比法。

(1)計(jì)算法：選取合理的電磁負(fù)荷求得D21；選適當(dāng)?shù)闹饕叽绫?/p>

ef

人分別求得主要尺寸D和1；確定交流機(jī)電定子外徑D,直

ef1

流電機(jī)電樞外徑D,對(duì)電樞長度進(jìn)行圓整，并對(duì)外徑標(biāo)準(zhǔn)化。

a

⑵類比法：根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)電的具體條件(結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)經(jīng)

濟(jì)指標(biāo)和工藝等)，參照已生產(chǎn)過的同類型相似規(guī)格機(jī)電的設(shè)

計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，直接初選主要尺寸及其他數(shù)據(jù)。

8.何謂系列機(jī)電，為什么機(jī)電廠生產(chǎn)的大多是系列機(jī)電？系列電

機(jī)設(shè)計(jì)有哪些特點(diǎn)？

答：系列機(jī)電指技術(shù)要求，應(yīng)用范圍，結(jié)構(gòu)型式，冷卻方式，生

產(chǎn)工藝基本相同，功率及安裝尺寸按一定規(guī)律遞增，零部件通用

性很高的一系列機(jī)電。因?yàn)樯a(chǎn)系列機(jī)電生產(chǎn)簡單并給創(chuàng)造，使

用和維護(hù)帶來很慷慨便，可成批生產(chǎn)通用性很高的理工部件，使

生產(chǎn)過程機(jī)械化，自動(dòng)化，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。其

設(shè)計(jì)特點(diǎn)：L功率按一定規(guī)律遞增2.安裝尺寸和功率等級(jí)相適應(yīng)

3.電樞沖片外徑充分利用現(xiàn)已有的工藝設(shè)備4.重視零部件的標(biāo)

準(zhǔn)化，系列化，通用化5.考慮派生的可能性。

第三章

1.為什么可以將機(jī)電內(nèi)部比較復(fù)雜的磁場當(dāng)做比較簡單的磁路

答：為簡化計(jì)算，可將復(fù)雜的磁場以磁極其對(duì)稱單元，依據(jù)磁路

理論q)rrdr=Sr,電流可找到一條磁極中心線包含全部勵(lì)磁電

1

流的磁路簡化計(jì)算。

2.磁路計(jì)算時(shí)為什么要選擇通過磁極中心的一條磁力路線徑來

計(jì)算，選用其他路徑是否也可得到同樣的結(jié)果？

答：磁路計(jì)算時(shí)選擇通過磁極中心的一條磁力線的原因是此路徑

包圍所有的電流，此路徑的氣隙和鐵芯的B、H以及相應(yīng)的尺寸

較容易計(jì)算。選用其他路徑也可得到相同的結(jié)果。

3.磁路計(jì)算的普通步驟是怎么樣的?

答：①先根據(jù)假設(shè)條件將機(jī)電內(nèi)的磁路分段。

②利用磁路定律列寫各段的磁壓降和磁通密度的關(guān)系式，該

關(guān)系式是磁路尺寸參數(shù)和材料特性的函數(shù)。

③修正磁場，簡化磁路計(jì)算過程中帶來的偏差，給出磁壓降

和磁通密度關(guān)系式的修正公式。

4.氣隙系數(shù)K的引入是考慮了什么問題？假設(shè)其他條件相同，而

6

把電樞槽由半閉口槽改為開口槽，則K-將增大還是減小？

答：氣隙系數(shù)K,的引入是考慮因槽開口的影響使氣隙磁阻增大的

問題。由半閉口槽變成開口槽，由于磁通不變（因?yàn)橥獠侩妷翰?/p>

變），槽的磁阻增大，通過槽的磁通減小，通過齒部的磁通增大，

即B增大，而B不變，K將增大.

6max56

5.空氣隙在整個(gè)磁路中所占的長度很小，但卻在整個(gè)磁路計(jì)算中

占有重要的地位，為什么？

答：因?yàn)殍F芯磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣磁導(dǎo)率，盡管氣隙長度很小，但

磁阻很大，導(dǎo)致在氣隙上的磁壓降占領(lǐng)整條閉合磁路的60%~

85%,故而十分重要。

6?當(dāng)齒磁通密度超過1.8T時(shí)，計(jì)算齒磁位降的方法為什么要作

如

答：齒部磁密超過1.8T,此時(shí)齒部磁密比較飽和，鐵的磁導(dǎo)率口

比較低，使齒部的磁阻和槽部相比差別不是很大，這樣，一個(gè)齒

距內(nèi)的磁通大部份將由齒部進(jìn)入加部，部份磁通通過槽部進(jìn)入扼

部。于是齒部中的實(shí)際磁通密度B比通過公式B=B6left計(jì)

ttKrb

Fett

算出來的結(jié)果小些，即實(shí)際的磁場強(qiáng)度及磁壓降也會(huì)小一些，所

以要進(jìn)行修正。

7.在不均勻磁場的計(jì)算中，為什么常把磁場看做均勻的，而將磁

路長度（空氣隙有效長度3,鐵芯軸向有效長度1和齒聯(lián)扼磁

efef

路長度L）加以校正？校正系數(shù)有的大于1,有的小于1,試說

明其物理意義？

答：為了簡化計(jì)算而將磁場看成均勻的，6大于1對(duì)照校正是

ef

考慮到槽開口影響。1大于1對(duì)照校正是考慮邊緣效應(yīng)，而齒聯(lián)

ef

規(guī)處有一部份磁路損失段。

8.感應(yīng)機(jī)電滿載時(shí)及空載時(shí)的磁化電流是怎樣計(jì)算的？它們與

哪些因素有關(guān)？若它們的數(shù)值過大，可以從哪些方面去調(diào)整效果

顯著？

答：1.先根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)E確定每極氣隙磁通①；2.計(jì)算磁路各部

分的磁壓降，各部份磁壓降的總和便是每極所需要磁勢(shì)；3.計(jì)算

出磁化電流或者空載特性。它們與線圈匝數(shù)，磁路尺寸，氣隙大小,

磁路飽和程度有關(guān)。若它們的數(shù)值過大，可從增加匝數(shù)，減小氣

隙來調(diào)整

9.將一臺(tái)感應(yīng)機(jī)電的頻率由50Hz改為60Hz,維持原設(shè)計(jì)的沖片

及勵(lì)磁磁勢(shì)不變，問應(yīng)如何調(diào)整設(shè)計(jì)？在不計(jì)飽和時(shí)其值為多

少？

解：維持沖片及勵(lì)磁磁勢(shì)不變，則磁通中不變；根據(jù)

E=4.44fNd)K，當(dāng)頻率f由50Hz改為60Hz,要保持機(jī)電輸出不

dp

變，則匝數(shù)N應(yīng)減少為原來的乙。又PFe=kFe.V,在不計(jì)飽

6

和時(shí)，鐵耗將增加為原來的127倍。

10.將一臺(tái)380V,Y接法的機(jī)電改為、接法，維持原沖片及磁化電

流不變，問如何設(shè)計(jì)？

答：Y接法的機(jī)電改為△接法，E將增大'3倍，頻率不變；貝he

將增大n倍，又沖片不變，則外不變，槽尺寸不變，

又一一

FR.(td)r-

L=KN=Km1/N不變，所以N需增大乂倍，槽尺寸不變，則線

徑應(yīng)適當(dāng)減小。

11.解釋氣隙系數(shù)K,有效氣隙長度3,計(jì)算極弧系數(shù)小，波

6efp

幅系數(shù)F,極弧計(jì)算長度b；飽和系數(shù)K,波形系數(shù)K,殘隙

5psNm

8,鐵芯疊壓系數(shù)K,槽系數(shù)k,磁極漏磁系數(shù)。的含義。

fFes

答：1,氣隙系數(shù)K表示了由于齒槽存在而使氣隙磁密增大的倍數(shù)

6

2.有效氣隙長度8是指用一臺(tái)無槽機(jī)電來代替有槽機(jī)電，在氣

隙磁密的值仍當(dāng)做有槽機(jī)電氣隙磁密最大值B時(shí)，無槽機(jī)電的氣

隙長度

3.計(jì)算極弧系數(shù),表示氣隙磁密平均值與最大值之比

P'B

6

1b

4.波幅系數(shù)F==6,表示氣隙磁密最大值與平均值之比

6-L

p6av

5.極弧計(jì)算長度b^=a，T是假想每極氣隙磁通集中在一定范圍

pp

內(nèi)，并認(rèn)為在這個(gè)范圍內(nèi)氣隙磁場均勻分布，其磁密等于最大值

B

6

6.飽和系數(shù)K表示了齒部磁路的飽和程度，K）+F+F

1\=o11tz"

ssF

6

其中，F(xiàn)為氣隙磁壓降；F為定子齒部磁壓降；F為轉(zhuǎn)子齒部磁

6tlt2

壓降

7.波形系數(shù)K為半波有效值與半波平均值的比值，對(duì)于正弦波

NB

K=1.11,隨著K的增大，B增大，因此K逐漸減小

Nns6avNm

8.殘隙6：由于工藝上的原因及旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用，凸極同步

f

機(jī)電轉(zhuǎn)子磁極與磁趣的接觸面不可能處處密合，而在局部浮現(xiàn)殘

隙，在磁路計(jì)算時(shí)把它看成磁路之中附加了一個(gè)均勻的等值氣隙

9.鐵芯疊壓系數(shù)K是考慮了由于硅鋼片的疊壓而使齒的計(jì)算截

Fe

面積減小而引入的系數(shù)，對(duì)厚0.5mm的涂漆硅鋼片，KQ0.92~

Fe

0.93

10.槽系數(shù)k（小寫k）又稱磁分路系數(shù)，決定于齒、槽尺寸，是該

S

處槽的導(dǎo)磁截面積與該處齒的截面積的比值

1L磁極漏磁系數(shù)?-1,是表征漏磁通所占比例大小的量，

①

。值過大，機(jī)電設(shè)計(jì)得就不夠經(jīng)濟(jì)，且對(duì)機(jī)電的運(yùn)行特性可能產(chǎn)

生不良影響

第四章

L從等式X?二K勺亙知，B越大，漏抗標(biāo)幺值越小，試說明漏

?B61

61

抗絕對(duì)值是否也變??？為什么？

答：漏抗的計(jì)算問題可以歸結(jié)為相應(yīng)的比漏磁導(dǎo)的計(jì)算。也就是，

漏抗的計(jì)算可歸結(jié)為漏磁鏈的計(jì)算，對(duì)于一定的繞組，便只是漏

磁通的計(jì)算。因?yàn)锽增大，得到漏磁通增大，漏抗絕對(duì)值變大。

也

2.漏抗的大小對(duì)交流機(jī)電的性能有何影響？

答：一方面漏抗不能過小，否則同步發(fā)機(jī)電短路時(shí)或者感應(yīng)機(jī)電

起動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生不能允許的電流。另一方面漏抗又不能過大，否

則會(huì)引起同步發(fā)機(jī)電的電壓變化率增大，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因

數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低（若為直流機(jī)電則換向條件惡化）

3.槽數(shù)越多為什么每相漏抗變??？逑從物理概念上進(jìn)行說明。

答：由每相槽漏抗公式X=4ufM1N2W可知，當(dāng)槽數(shù)越大，即q

30efpqs

越大，漏抗變小，從物理概念上采用分布繞組和增大槽數(shù)都是使

每相槽產(chǎn)生的磁勢(shì)波形的基波越接近正弦波從而減少每相槽漏

抗.

4.有些資料中把籠形繞組的相數(shù)取作Z,有些資料中又取作匕

2P

究竟應(yīng)該取等于多少？為什么？

答：兩種都可以，因?yàn)槎际菍?duì)定子磁場的波形進(jìn)行分析的。普通

地，如果Z可以被P整除，則可以將籠型繞組的相數(shù)取電，如

2P

果Z不能被P整除，則可以將籠型繞組的相數(shù)取為Zo

22

5.試寫出主電抗，槽漏抗，諧波漏抗的計(jì)算公式，并說明其大小

主要與哪些因素有關(guān)？

答：①主電抗：X=皿1N2入，入=mK，其大小主要

m0cfpqnn7126

ef

與繞組每相匝數(shù)的平方，基波繞組系數(shù)，電樞軸向計(jì)算長度，極

距與氣隙有效長度之比，頻率有關(guān)。

②槽漏抗：X=4叫11』入，入」I』其大小主要與繞組

soefpqss3bb

ss

每相匝數(shù)的平方，電樞軸向計(jì)算長度，頻率，每極每相槽數(shù)以及

具體的槽寬、槽深和槽型有關(guān)。

③諧波漏抗：X=4叫I1上入.入旦zS，

4oefpq6=6H26

ef

ZS=Z（、Q2,其大小主要與繞組每相匝數(shù)的平方，電樞軸向計(jì)

算長度，頻率，極距與氣隙有效長度之比，各次諧波繞組系數(shù)有

關(guān)。

6.感應(yīng)機(jī)電勵(lì)磁電抗的大小主要與哪些因素有關(guān)？它對(duì)機(jī)電的

性能有什么影響？

答：由主要關(guān)系式X=炳1用2入=#可知，在頻率已

"。Cfpqam九26

ef

相數(shù)m,極數(shù)p一定的情況下，感應(yīng)機(jī)電的主電抗X主要與繞組

m

每相匝數(shù)的平方，基波繞組系數(shù)K,電樞軸向計(jì)算長度1及極

dpief

距與氣隙之比;有關(guān)。當(dāng)主電抗增大時(shí)，功率因數(shù)也會(huì)增加。

7.如果設(shè)計(jì)的機(jī)電漏抗太大，欲使之下降，應(yīng)改變哪些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

最為有效？

答：由X=4*i1上Z入可知改變?cè)褦?shù)，即適當(dāng)減少機(jī)電匝數(shù)，

00efpq

此外也可以調(diào)整機(jī)電尺寸，如增加機(jī)電槽數(shù)，及采用分布繞組或

者漏抗含量少的繞組，也可以適當(dāng)調(diào)整電磁負(fù)載來減小機(jī)電漏

抗。

8.齒頂漏抗與諧波漏抗有何區(qū)別？在哪種機(jī)電里需要計(jì)算齒頂

漏抗？為什么？

答：普通把由各次諧波磁場所感生的基頻電勢(shì)看做為漏抗壓降，

相應(yīng)的電抗稱之為諧波漏抗。而在同步機(jī)電里，由于氣隙普通比

較大，氣隙磁場不是徹底沿徑向方向穿越氣隙，其一部份磁力線

經(jīng)由一個(gè)齒頂進(jìn)入另一個(gè)齒頂形成閉合回路，這些磁通稱之為齒

頂漏磁通，與之相應(yīng)的漏抗即為齒頂漏抗。但是有一部份諧波磁

場也不是沿徑向穿越氣隙而經(jīng)由齒頂之間閉合。在隱極同步電

機(jī)，由于氣隙是均勻的，可利用齒頂漏抗直接計(jì)算。

9.電阻的大小對(duì)機(jī)電有何影響？

答：電阻的大小不僅影響機(jī)電的經(jīng)濟(jì)性，并且與機(jī)電的運(yùn)行性能

有著極密切的關(guān)系。電阻越大，機(jī)電運(yùn)行時(shí)繞組中的電損耗就越

大，繞組中瞬變電流增長或者衰減速度越快，感應(yīng)機(jī)電轉(zhuǎn)子電阻

的大小對(duì)其轉(zhuǎn)矩特性影響特殊突出。

10.單層整距繞組的槽漏抗如何計(jì)算？（磁鏈法）

答：設(shè)槽內(nèi)有N根串聯(lián)導(dǎo)體，其電流有效值為I,計(jì)算磁鏈時(shí),

h段與h段分別計(jì)算，并設(shè)計(jì)算點(diǎn)距槽底的距離為x,取微元厚

01

度為dx,槽長為1。

ef

N

h段：H.b=N?展IH=CB=M-H

0xSEXbx0

s

h段

1

dcj)=B?1?dx=2LN?dovp=(phldy/L

xxefxhsxx

0而

L1=L+L=MN21(幺+2)

$120Sefb3b

ss

X'=2jrfL'=27ifN2pla+2)

ssS0efb3b

ss

2Pq

假設(shè)繞組每相并聯(lián)支路數(shù)為a,則每?支路中有——個(gè)槽中的導(dǎo)體相互串聯(lián)，故每?支路的

a

2pq..2pq..

槽漏抗等于」之X每相中有a條支路并聯(lián)，因此每相槽漏抗X=一々X：考慮到

as$a2s

N=粵得單層矩形開口槽的每相槽漏抗X=4nfp1)人,其中

spqsocfpqs

hh

AF+了

ss

A）X=4Ml1入+聲（矩形開口槽）

SoefpqS

s

hh

B）X=4nfp1入

入.二^+bX+0.785+-brr（半閉口槽）

80efpqsr3bsso

2hh2hh

0X=471fA1—A++

。pqs\3（b4-b）b^"b+N

-Ssis2si0sis

D）X=4叫i1婦人入0.62+3■（圓形半閉口槽）

八-b

0efpqSso

矩形槽：梢內(nèi)有M根導(dǎo)體串聯(lián)

導(dǎo)體中通以隨時(shí)間正弦變化的電流

假設(shè)：

①電流在導(dǎo)體截面均勻分布

②鐵碳物質(zhì)磁導(dǎo)率無窮大

③槽內(nèi)磁力線與槽底平行。

/

\r

L

［通過4高度上漏磁通痣一匕

:通過無高度上漏破通。二-＞耳2'七

槽口部分：'

而二屜,=耳1n0“=-^-

從爾力

槽高部分：

Gln⑸±N.=FQ9=0n

4__?￡_

艮小

此二g/n3fM2此*&

?個(gè)槽總的磁鏈：

岑=%+以=山乂哈+如、0

一個(gè)槽漏電感系數(shù)：

Q，+2池

一個(gè)槽的槽漏抗：

X：=訊=2由QNA

每支路槽漏抗為型X；

a

每相槽漏抗為％二醇X；

a

每相串聯(lián)座數(shù)N=池工

a2

N2

每相漏抗匕=4亦。一44

兇r

備注：在電磁場的計(jì)算中，H,B,中均為幅值，故電流取用內(nèi)

第五章

1.空載鐵芯損耗的大小主要與哪些因素有關(guān)？

答:空載鐵芯損耗主要是渦流損耗和磁滯損耗，其大小主要與磁

通密度B的平方，交變磁化頻率f及材料性能常數(shù)等有關(guān)。

2.要減小負(fù)載時(shí)繞組銅中的附加損耗，普通采用哪些措施？

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(dāng)要減小負(fù)載附加損耗時(shí)，可用諧波含量少的繞組，分布

繞組，也可以用斜槽，近槽配合來減少齒諧波。

3.在凸極同步機(jī)電中，空載表面損耗與負(fù)載時(shí)由繞組磁勢(shì)齒諧波

引起的磁極表面損耗有何區(qū)別？（指出產(chǎn)生的原因與哪些因素有

關(guān)）

答：空載表面損耗的產(chǎn)生是由于轉(zhuǎn)子磁勢(shì)不是嚴(yán)格的正弦波以及

開槽導(dǎo)致的氣隙磁密不均勻使磁場中有諧波存在，轉(zhuǎn)子相對(duì)于諧

波磁場轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生了渦流損耗；負(fù)載時(shí)的磁極表面損耗的產(chǎn)生是由

于定子中的電流產(chǎn)生的磁勢(shì)含有的諧波在轉(zhuǎn)子表面感生渦流產(chǎn)

生損耗，兩者的區(qū)別在于磁勢(shì)產(chǎn)生的源不同。

空載表面損耗的影響因素為勵(lì)磁電流的大小，轉(zhuǎn)子磁極的形狀，

定子開槽的情況，氣隙的大??；負(fù)載時(shí)的磁極表面損耗主要影響

因素為定子電流中的諧波成份，繞組的節(jié)距與分布，定子開槽的

情況，氣隙的大小。

4.若將一臺(tái)感應(yīng)機(jī)電的額定頻率由50Hz改為60Hz,要求保持勵(lì)

磁磁勢(shì)基本不變，應(yīng)改變什么為最佳？采取措施后，基本鐵耗在

不計(jì)飽和影響時(shí)會(huì)不會(huì)發(fā)生變化？

答：由中二E分析得，如果要維持原設(shè)計(jì)沖片勵(lì)磁磁勢(shì)不

4.44NfK

dp

變，就要維持。不變，所以N要減少到原設(shè)計(jì)的之，從而保持勵(lì)

6

=kf13B2V

磁磁勢(shì)基本不變、磁密不變。由公式PFeFeW,基本鐵

耗會(huì)增加。

第六章

1.機(jī)電中常用的通風(fēng)冷卻系統(tǒng)有哪幾種？選擇和設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)

時(shí)應(yīng)注意哪些問題？

答：（1）開爐冷卻（自由循環(huán)）或者閉路冷卻（封閉循環(huán)）；（2）

徑向、軸向和混合式通風(fēng)系統(tǒng)；（3）抽出式和鼓入式；（4）外冷

與內(nèi)冷。

在選擇和設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)要綜合考慮機(jī)電的尺寸（如軸向長度）、

功率大小和溫升對(duì)冷卻的要求與冷卻的成本的影響，來確定采用

冷卻系統(tǒng)的方式，還要考慮其運(yùn)行環(huán)境與運(yùn)行要求。

2,抽出式和鼓入式兩種冷卻方式哪一種冷卻能力較高？為什

么？

答：抽出式冷卻能力較高。由于抽出式的冷空氣首先和機(jī)電的發(fā)

熱部份接觸，且能采取直徑較大的風(fēng)扇，而鼓入式的冷卻空氣卻

首先通過風(fēng)扇，被風(fēng)扇的損耗加熱后，再和機(jī)電的發(fā)熱部份接觸。

3.試比較離心式風(fēng)扇和軸流式風(fēng)扇的工作原理，它們各有什么優(yōu)

缺點(diǎn)？為什么在普通中小型機(jī)電中很少用軸流式風(fēng)扇？

答：離心式風(fēng)扇的工作原理是風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，處于其葉片間的氣體

受離心力的作用向外飛逸，于是在風(fēng)扇葉輪邊緣出口處形成壓

力。優(yōu)點(diǎn)是壓力較高，缺點(diǎn)是效率較低。軸流式風(fēng)扇的工作原理

是風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣體受葉片鼓動(dòng)沿軸向方向在風(fēng)扇出口處形成壓

力。優(yōu)點(diǎn)是效率高，缺點(diǎn)是壓力低。感應(yīng)機(jī)電和凸極同步機(jī)的孔

縫很小，使得軸向風(fēng)很難通過，惟獨(dú)直流機(jī)電可以有軸流式風(fēng)扇

而直流機(jī)電的應(yīng)用范圍很小，而且離心式風(fēng)扇能產(chǎn)生較高壓力。

由于普通機(jī)電特殊是中小型機(jī)電是交流機(jī)電，使用的是離心式風(fēng)

扇，故中小型機(jī)電很少采用軸流式風(fēng)扇。

第十章

L在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，選擇電磁負(fù)荷時(shí)應(yīng)考慮哪些問

題？又A與BR之間的比例關(guān)系對(duì)哪些量有影響？

0

答：應(yīng)考慮機(jī)電的材料，絕緣等級(jí)，冷卻方式，使用范圍，轉(zhuǎn)速，

功率大小等因素，A與B之間比值對(duì)漏抗大小，漏抗標(biāo)幺值大小，

6

磁化電流的標(biāo)幺值有影響，當(dāng)選取較高的B或者較低的A時(shí)，I

*

6m

增大，使功率因數(shù)下降，X*減小，從而機(jī)電的最大轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)

矩和起動(dòng)電流會(huì)增大。

2.三相感應(yīng)機(jī)電中，氣隙的大小對(duì)機(jī)電性能有哪些影響？一臺(tái)三

相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)間過長不符合要求，在不拆定子

繞組的情況下，應(yīng)采取什么措施來解決這一問題？這樣做對(duì)機(jī)電

其他性能有何影響？

答：氣隙的大小主要對(duì)勵(lì)磁電流、功率因數(shù)和附加損耗有影響，

通常氣隙6取得盡可能的小，以降低空載電流，因?yàn)楦袘?yīng)機(jī)電的

功率因數(shù)cos主要決定于空載電流，但是氣隙不能過小，否則

除影響機(jī)械可靠性外，還會(huì)使諧波磁場和諧波漏抗增大，導(dǎo)致起

動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進(jìn)而造成較

高的溫升和較大的噪聲。故在不拆定子繞組的情況下可以在轉(zhuǎn)子

外圍增大氣隙從而增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。但這樣做會(huì)使機(jī)電的勵(lì)磁電流

增加從而減小功率因數(shù)。

3.在普通中小籠型三相感應(yīng)機(jī)電中，極數(shù)越多則工的比值越大，

D

1

試說明造成這一趨勢(shì)的原因？

答：極數(shù)增加，則每極面積成比例減小，再由于鐵芯飽和的原因，

磁密不變，導(dǎo)致每極磁通減小，枕部磁通相應(yīng)減小?？梢韵鄳?yīng)減

小機(jī)電匏部，從而工增大。

D

4.為什么計(jì)算三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能必須考慮集膚效應(yīng)和

飽和效應(yīng)？它們分別對(duì)哪些參數(shù)的哪個(gè)部份有影響？

答：由于起動(dòng)時(shí)電流很大，會(huì)使定轉(zhuǎn)子的磁路高度飽和，此外電

機(jī)轉(zhuǎn)子頻率等于電源頻率，比正常運(yùn)行時(shí)高不少，這些原因真實(shí)

存在，造成的集膚效應(yīng)和飽和效應(yīng)對(duì)機(jī)電的起動(dòng)有影響，所以必

須考慮，集膚效應(yīng)會(huì)增加起動(dòng)電阻從而提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，降低起動(dòng)

電流，飽和效應(yīng)可以使定轉(zhuǎn)子漏抗減小，從而減小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

5.在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁計(jì)算中應(yīng)考慮哪些性能指標(biāo)？如果

計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)效率不符合要求，應(yīng)從哪些方面著手調(diào)整？

答：應(yīng)考慮1.效率V2.功率因數(shù)cos?3.最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)54.

T

N

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)5,起動(dòng)電流倍數(shù)6.繞組和鐵芯溫升7.起動(dòng)過程

中的最小轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。當(dāng)效率v不符合要求時(shí)應(yīng)選擇1.優(yōu)質(zhì)材料2.

合適的工藝3.合理尺寸從而增加有效材料的用量，降低銅耗和

鐵耗，也可以設(shè)計(jì)新型繞組以降低諧波引起的附加損耗，改進(jìn)加

工工藝，設(shè)計(jì)高效風(fēng)扇等。

6.如果功率因數(shù)cos?不符合要求，應(yīng)從哪些方面著手調(diào)整？這

些調(diào)整措施會(huì)不會(huì)引起其他后果？

答：應(yīng)從電路方面著手調(diào)整，設(shè)法降低勵(lì)磁電流和漏磁參數(shù)，可

調(diào)整機(jī)電的尺寸如縮小定轉(zhuǎn)子槽面積，降低各部份磁密；減小氣

隙，增加每槽導(dǎo)體數(shù)N增大D,放長1（或者增大定轉(zhuǎn)子槽寬,

sitlt

減小槽高以降低X),但這些調(diào)整也會(huì)帶來其他方面的影響。

7?三相感應(yīng)機(jī)電中影響最大轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的是哪些

參數(shù)？它們之間關(guān)系如何？如果這三項(xiàng)指標(biāo)中有兩項(xiàng)或者一項(xiàng)不

符合要求，應(yīng)如何著手調(diào)整？

答：由關(guān)系式

mpUzmPlhR'

T----------------1—w—T=???2(8l),

81

皿4nf(R+H2+X2)2nf(R+R,)2+(X2+X-2)

j>Io12(set)a2(st)

I=l;可知,1和I大致與起動(dòng)總阻抗Z

stJ(R+R)2+(X+X?”皿stst

*i2la2a

成反比例關(guān)系而T與轉(zhuǎn)子起動(dòng)電阻大致成正比例關(guān)系。若想調(diào)整

st

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以從轉(zhuǎn)子的起動(dòng)電阻著手調(diào)整，若想調(diào)整最大轉(zhuǎn)矩與

起動(dòng)電流則可以從漏抗著手調(diào)整。

8.一臺(tái)原設(shè)計(jì)用銅線繞制的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，修理時(shí)若改用鋁線

繞制，為盡可能提高電動(dòng)機(jī)的出力，假定：(D原來氣隙磁密偏

低(2)原來槽滿率偏低，重繞時(shí)應(yīng)如何考慮？(工注鋁的電阻

率約為銅的1.6倍)

答：提高出力則需要提高功率，由主要尺寸關(guān)系式

DG%_=6.1知，若只重繞線圈，D21,乙及「K,K

p1a,KKAB4npmdp

pNmdp6

都不變，要想提高功率，由原先氣隙磁密B6較低可知，可以適當(dāng)

提高氣隙磁密B,又因?yàn)榇磐娣e不變，B的增大會(huì)導(dǎo)致磁通①

66

增大，而電動(dòng)勢(shì)不變，由E=4.44fNK①可知，①增大則N將會(huì)減

dp

小，即匝數(shù)要適當(dāng)減小，而采用鋁線重繞，電阻率增大，為保證

效率，應(yīng)減小繞組發(fā)熱，需要盡量增加鋁線的線徑來減小導(dǎo)線電

阻，可采用多根導(dǎo)線并繞的方法。

9.將一臺(tái)感應(yīng)機(jī)電的定子繞組匝數(shù)增加5%,同時(shí)將鐵芯長度減小

斷其余尺寸都不變，試分析其空載電流，基本鐵耗，機(jī)電參數(shù)，

性能指標(biāo)等變化情況。

答：由E=4.44fNK①可知，E不變，N個(gè)5%,則①J5%,又因?yàn)槊?/p>

dp

極磁通C=aBTlef,若①J5%,1/5%,則氣隙磁密B$不變，

由F=OR可知，①J5%,R不變，貝!)FJ5%,又由F=L35NIK』可

mmp

知FJ5%而N個(gè)5樂則I大約J9.5%,又P=KpG可知，f和B

mFeaFe

不變，GJ5%,故基本鐵耗J5%,由于IJ9.5%,故功率因數(shù)cos。

■

將增加，又x=4爪fplnX入，易知漏電抗將個(gè)5%,則最大轉(zhuǎn)矩

60efpq

將減小，又因?yàn)镹增加會(huì)導(dǎo)致繞組電阻增加，在同樣的電壓下銅

耗會(huì)減小。

感應(yīng)機(jī)電設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與參數(shù)間的關(guān)系

勵(lì)磁電抗定子槽漏轉(zhuǎn)子槽漏定子諧波轉(zhuǎn)子諧波定轉(zhuǎn)子端

抗抗漏抗漏抗部漏抗

定子每槽個(gè)個(gè)1個(gè)-個(gè)、—

導(dǎo)體數(shù)增

加

氣隙增大1一一11一

個(gè)個(gè)

槽口寬度個(gè)個(gè)個(gè)-

減小

槽口高度個(gè)個(gè)

111-

增大

槽形變寬1-

111

變矮

個(gè)個(gè)

鐵芯長度個(gè)個(gè)個(gè)-

增加

定子繞組11111-

由整距變

短距

定子槽數(shù)

X11X11

增加

頻率由個(gè)個(gè)個(gè)