《電機設計》(陳世坤)課后習題答案(期末復習資料),期末考試安全預案

機電設計

第一章

1.機電設計的任務是什么？

答：機電設計的任務是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（功率、電壓、

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

術經(jīng)濟方面國家的方針政策和生產(chǎn)實際情況，運用有關的理論

和計算方法，正確處理設計時遇到的各種矛盾，從而設計出性

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

先進產(chǎn)品。

2.機電設計過程分為哪幾個階段？

答：機電設計的過程可分為：

①準備階段：通常包括兩方面內(nèi)容：首先是熟悉國家標準，

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

位的意見與要求；然后在國家標準有關規(guī)定及分析相應資料

的基礎上，編制技術任務書或者技術建議書。

②電磁設計：本階段的任務是根據(jù)技術任務書的規(guī)定，參照

生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，通過計算和方案比較，來確定與所設計機電

電磁性能有關的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關材料，并核算電磁性

能。

③結(jié)構(gòu)設計：結(jié)構(gòu)設計的任務是確定機電的機械結(jié)構(gòu)，零部

件

尺寸，加工要求與材料的規(guī)格及性能要求，包括必要的機械

計

算、通風計算和溫升計算。

3.機電設計通常給定的數(shù)據(jù)有哪些？

答：機電設計時通常會給定下列數(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)

感應電動機通常給定⑴~(5)；同步機電通常給定(1)~(6)；

直流機電通常給定(1)(2)(5)

第二章

L機電常數(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)生的計算轉(zhuǎn)矩，它的大小反

A

映了機電有效材料的利用程度。

2.什么是主要尺寸關系式？根據(jù)它可以得出什么結(jié)論?

答：主要尺寸關系式為：D216.1,根據(jù)這個關系式

p(I-KKAB

pNmdp6

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

之比］■者計算轉(zhuǎn)矩T'所決定；②電磁負荷A和B不變時，相

同n6

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

較高的，則功率較大。這表明提高轉(zhuǎn)速可減小機電的體積和重

量；③轉(zhuǎn)速一定時，若直徑不變而采取不同長度，則可得到不

同功率的機電；④由于計算極弧系數(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，因此機電的主要尺寸在很大程度

dp

上和選用的電磁負荷A和B有關。電磁負荷選得越高，機電的尺

6

寸就越小。

3.什么是機電中的幾何相似定律？為何在可能情況下，總希翼

用大功率機電來代替總功率相等的小功率機電？為何冷卻問題

對于大機電比對小機電更顯得重要？

答：在轉(zhuǎn)速相同的情況下，當Da^la^ha^ba=…下，

DblbhbbbP'P'

即當B和J的數(shù)值保持不變時，對一系列功率遞

增，幾何形狀相似的機電，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均與計算功率的2次方成反比。用大功率

efA

機電代替總功率相等的數(shù)臺小機電的原因是隨著單機容量的增

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電的效率均將提高，因此用大功率機電代

替總功率相等的數(shù)臺小電功率機。冷卻問題對大功率機電比對

小功率機電更顯得重要的原因是機電損耗與長度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，要改變機電的通風和冷卻系統(tǒng)，從而拋卻它們

的幾何形狀相似。

4.電磁負荷對機電的性能和經(jīng)濟性有何影響？電磁負荷選用時

要考慮哪些因素？

答：當上一定，由于，K,K變化不大，則機電主要尺寸決

HPNmdp

定于電磁負荷。生產(chǎn)固定效率的機電，若其電磁負荷越高，電

機的尺寸將越小，分量越輕，成本越低，經(jīng)濟效益越好。電磁

負荷選用常需要考慮創(chuàng)造運行費用，冷卻條件，所用材料與絕

緣等級，機電的功率，轉(zhuǎn)速等。

5.若2臺機電的規(guī)格，材料結(jié)構(gòu)，絕緣等級與冷卻條件都相同，

若機電1的線負荷比機電2的線負荷高，則2臺機電的導體電流

密度能否選得一樣，為什么？

答：不能選的一樣，因為：從q=PAJ式子上看，A>A由題中可

知P=P,q=q,所以J<J。即機電1的電流密度須選得低一

121212

些。

6.什么是機電的主要尺寸比？它對機電的性能和經(jīng)濟性有何影

響？

1

答：主要尺寸比入二一f(電機電樞計算長度與極距之比)，若

T

及1不變而入較大：

ef

(1)機電將較細長，即1較大而D較小。繞組端部變得較短，

ef

端部的用銅(鋁)量相應減小，當人仍在正常范圍內(nèi)時，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，機械損耗則因直徑變

小而減小。再考慮到電流密度一定時，端部銅(鋁)耗將減小，

因此，機電中總損耗下降，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)由于機電細長，在采用氣體作為冷卻介質(zhì)時，風路加長，

冷卻條件變差，從而導致軸向溫度分布不均勻度增大

(5)由于機電細長，線圈數(shù)目較粗短的機電較少，于是使線圈

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

沖剪和鐵芯疊壓的工時增加，沖模磨損加??；同時機座加工工

時增加，并因鐵芯直徑較小，下線難度稍大，而可能使下線工

時增多。

(6)由于機電細長，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量與圓周速度較小，這對于

轉(zhuǎn)速較高或者要求機電時間常數(shù)較小的機電是有利的。

7.機電的主要尺寸是指什么？怎樣確定？

答：機電的主要尺寸是指電樞鐵芯的直徑和長度。對于直流機電，

電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對于普通結(jié)構(gòu)的感應機電和同步機電，

P，

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

者n

計算轉(zhuǎn)矩T所決定。確定機電主要尺寸普通采用兩種方法，即計

算法和類比法。

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

ef

人分別求得主要尺寸D和1；確定交流機電定子外徑D,直

ef1

流電機電樞外徑D,對電樞長度進行圓整，并對外徑標準化。

a

⑵類比法：根據(jù)所設計的機電的具體條件(結(jié)構(gòu)、材料、技術經(jīng)

濟指標和工藝等)，參照已生產(chǎn)過的同類型相似規(guī)格機電的設

計和實驗數(shù)據(jù)，直接初選主要尺寸及其他數(shù)據(jù)。

8.何謂系列機電，為什么機電廠生產(chǎn)的大多是系列機電？系列電

機設計有哪些特點？

答：系列機電指技術要求，應用范圍，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

性很高的一系列機電。因為生產(chǎn)系列機電生產(chǎn)簡單并給創(chuàng)造，使

用和維護帶來很慷慨便，可成批生產(chǎn)通用性很高的理工部件，使

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

設計特點：L功率按一定規(guī)律遞增2.安裝尺寸和功率等級相適應

3.電樞沖片外徑充分利用現(xiàn)已有的工藝設備4.重視零部件的標

準化，系列化，通用化5.考慮派生的可能性。

第三章

1.為什么可以將機電內(nèi)部比較復雜的磁場當做比較簡單的磁路

答：為簡化計算，可將復雜的磁場以磁極其對稱單元，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磁電

1

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路線徑來

計算，選用其他路徑是否也可得到同樣的結(jié)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

包圍所有的電流，此路徑的氣隙和鐵芯的B、H以及相應的尺寸

較容易計算。選用其他路徑也可得到相同的結(jié)果。

3.磁路計算的普通步驟是怎么樣的?

答：①先根據(jù)假設條件將機電內(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系式，該

關系式是磁路尺寸參數(shù)和材料特性的函數(shù)。

③修正磁場，簡化磁路計算過程中帶來的偏差，給出磁壓降

和磁通密度關系式的修正公式。

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??？

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（因為外部電壓不

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：因為鐵芯磁導率遠大于空氣磁導率，盡管氣隙長度很小，但

磁阻很大，導致在氣隙上的磁壓降占領整條閉合磁路的60%~

85%,故而十分重要。

6?當齒磁通密度超過1.8T時，計算齒磁位降的方法為什么要作

如

答：齒部磁密超過1.8T,此時齒部磁密比較飽和，鐵的磁導率口

比較低，使齒部的磁阻和槽部相比差別不是很大，這樣，一個齒

距內(nèi)的磁通大部份將由齒部進入加部，部份磁通通過槽部進入扼

部。于是齒部中的實際磁通密度B比通過公式B=B6left計

ttKrb

Fett

算出來的結(jié)果小些，即實際的磁場強度及磁壓降也會小一些，所

以要進行修正。

7.在不均勻磁場的計算中，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：為了簡化計算而將磁場看成均勻的，6大于1對照校正是

ef

考慮到槽開口影響。1大于1對照校正是考慮邊緣效應，而齒聯(lián)

ef

規(guī)處有一部份磁路損失段。

8.感應機電滿載時及空載時的磁化電流是怎樣計算的？它們與

哪些因素有關？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)感應電勢E確定每極氣隙磁通①；2.計算磁路各部

分的磁壓降，各部份磁壓降的總和便是每極所需要磁勢；3.計算

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。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.將一臺感應機電的頻率由50Hz改為60Hz,維持原設計的沖片

及勵磁磁勢不變，問應如何調(diào)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變，則磁通中不變；根據(jù)

E=4.44fNd)K，當頻率f由50Hz改為60Hz,要保持機電輸出不

dp

變，則匝數(shù)N應減少為原來的乙。又PFe=kFe.V,在不計飽

6

和時，鐵耗將增加為原來的127倍。

10.將一臺380V,Y接法的機電改為、接法，維持原沖片及磁化電

流不變，問如何設計？

答：Y接法的機電改為△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

徑應適當減小。

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

6efp

幅系數(shù)F,極弧計算長度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是指用一臺無槽機電來代替有槽機電，在氣

隙磁密的值仍當做有槽機電氣隙磁密最大值B時，無槽機電的氣

隙長度

3.計算極弧系數(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)，并認為在這個范圍內(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)時離心力的作用，凸極同步

f

機電轉(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，在磁路計算時把它看成磁路之中附加了一個均勻的等值氣隙

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算截

Fe

面積減小而引入的系數(shù)，對厚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，機電設計得就不夠經(jīng)濟，且對機電的運行特性可能產(chǎn)

生不良影響

第四章

L從等式X?二K勺亙知，B越大，漏抗標幺值越小，試說明漏

?B61

61

抗絕對值是否也變??？為什么？

答：漏抗的計算問題可以歸結(jié)為相應的比漏磁導的計算。也就是，

漏抗的計算可歸結(jié)為漏磁鏈的計算，對于一定的繞組，便只是漏

磁通的計算。因為B增大，得到漏磁通增大，漏抗絕對值變大。

也

2.漏抗的大小對交流機電的性能有何影響？

答：一方面漏抗不能過小，否則同步發(fā)機電短路時或者感應機電

起動時將產(chǎn)生不能允許的電流。另一方面漏抗又不能過大，否

則會引起同步發(fā)機電的電壓變化率增大，感應電動機的功率因

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

3.槽數(shù)越多為什么每相漏抗變??？逑從物理概念上進行說明。

答：由每相槽漏抗公式X=4ufM1N2W可知，當槽數(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。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，諧波漏抗的計算公式，并說明其大小

主要與哪些因素有關？

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)，電樞軸向計算長度，極

距與氣隙有效長度之比，頻率有關。

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。

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

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。

6.感應機電勵磁電抗的大小主要與哪些因素有關？它對機電的

性能有什么影響？

答：由主要關系式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，感應機電的主電抗X主要與繞組

m

每相匝數(shù)的平方，基波繞組系數(shù)K,電樞軸向計算長度1及極

dpief

距與氣隙之比;有關。當主電抗增大時，功率因數(shù)也會增加。

7.如果設計的機電漏抗太大，欲使之下降，應改變哪些設計數(shù)據(jù)

最為有效？

答：由X=4*i1上Z入可知改變匝數(shù)，即適當減少機電匝數(shù)，

00efpq

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

者漏抗含量少的繞組，也可以適當調(diào)整電磁負載來減小機電漏

抗。

8.齒頂漏抗與諧波漏抗有何區(qū)別？在哪種機電里需要計算齒頂

漏抗？為什么？

答：普通把由各次諧波磁場所感生的基頻電勢看做為漏抗壓降，

相應的電抗稱之為諧波漏抗。而在同步機電里，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)由一個齒頂進入另一個齒頂形成閉合回路，這些磁通稱之為齒

頂漏磁通，與之相應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，由于氣隙是均勻的，可利用齒頂漏抗直接計算。

9.電阻的大小對機電有何影響？

答：電阻的大小不僅影響機電的經(jīng)濟性，并且與機電的運行性能

有著極密切的關系。電阻越大，機電運行時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，感應機電轉(zhuǎn)子電阻

的大小對其轉(zhuǎn)矩特性影響特殊突出。

10.單層整距繞組的槽漏抗如何計算？（磁鏈法）

答：設槽內(nèi)有N根串聯(lián)導體，其電流有效值為I,計算磁鏈時,

h段與h段分別計算，并設計算點距槽底的距離為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

假設繞組每相并聯(lián)支路數(shù)為a,則每?支路中有——個槽中的導體相互串聯(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根導體串聯(lián)

導體中通以隨時間正弦變化的電流

假設：

①電流在導體截面均勻分布

②鐵碳物質(zhì)磁導率無窮大

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*&

?個槽總的磁鏈：

岑=%+以=山乂哈+如、0

一個槽漏電感系數(shù)：

Q，+2池

一個槽的槽漏抗：

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？

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。

2.要減小負載時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，當要減小負載附加損耗時，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.在凸極同步機電中，空載表面損耗與負載時由繞組磁勢齒諧波

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）

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

開槽導致的氣隙磁密不均勻使磁場中有諧波存在，轉(zhuǎn)子相對于諧

波磁場轉(zhuǎn)動產(chǎn)生了渦流損耗；負載時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)別在于磁勢產(chǎn)生的源不同。

空載表面損耗的影響因素為勵磁電流的大小，轉(zhuǎn)子磁極的形狀，

定子開槽的情況，氣隙的大小；負載時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.若將一臺感應機電的額定頻率由50Hz改為60Hz,要求保持勵

磁磁勢基本不變，應改變什么為最佳？采取措施后，基本鐵耗在

不計飽和影響時會不會發(fā)生變化？

答：由中二E分析得，如果要維持原設計沖片勵磁磁勢不

4.44NfK

dp

變，就要維持。不變，所以N要減少到原設計的之，從而保持勵

6

=kf13B2V

磁磁勢基本不變、磁密不變。由公式PFeFeW,基本鐵

耗會增加。

第六章

1.機電中常用的通風冷卻系統(tǒng)有哪幾種？選擇和設計通風系統(tǒng)

時應注意哪些問題？

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、軸向和混合式通風系統(tǒng)；（3）抽出式和鼓入式；（4）外冷

與內(nèi)冷。

在選擇和設計通風系統(tǒng)時要綜合考慮機電的尺寸（如軸向長度）、

功率大小和溫升對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，還要考慮其運行環(huán)境與運行要求。

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電的發(fā)

熱部份接觸，且能采取直徑較大的風扇，而鼓入式的冷卻空氣卻

首先通過風扇，被風扇的損耗加熱后，再和機電的發(fā)熱部份接觸。

3.試比較離心式風扇和軸流式風扇的工作原理，它們各有什么優(yōu)

缺點？為什么在普通中小型機電中很少用軸流式風扇？

答：離心式風扇的工作原理是風扇轉(zhuǎn)動時，處于其葉片間的氣體

受離心力的作用向外飛逸，于是在風扇葉輪邊緣出口處形成壓

力。優(yōu)點是壓力較高，缺點是效率較低。軸流式風扇的工作原理

是風扇轉(zhuǎn)動時，氣體受葉片鼓動沿軸向方向在風扇出口處形成壓

力。優(yōu)點是效率高，缺點是壓力低。感應機電和凸極同步機的孔

縫很小，使得軸向風很難通過，惟獨直流機電可以有軸流式風扇

而直流機電的應用范圍很小，而且離心式風扇能產(chǎn)生較高壓力。

由于普通機電特殊是中小型機電是交流機電，使用的是離心式風

扇，故中小型機電很少采用軸流式風扇。

第十章

L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BR之間的比例關系對哪些量有影響？

0

答：應考慮機電的材料，絕緣等級，冷卻方式，使用范圍，轉(zhuǎn)速，

功率大小等因素，A與B之間比值對漏抗大小，漏抗標幺值大小，

6

磁化電流的標幺值有影響，當選取較高的B或者較低的A時，I

*

6m

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

矩和起動電流會增大。

2.三相感應機電中，氣隙的大小對機電性能有哪些影響？一臺三

相籠型轉(zhuǎn)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，應采取什么措施來解決這一問題？這樣做對機電

其他性能有何影響？

答：氣隙的大小主要對勵磁電流、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，因為感應機電的

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

除影響機械可靠性外，還會使諧波磁場和諧波漏抗增大，導致起

動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩減小，諧波轉(zhuǎn)矩和附加損耗增加，進而造成較

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轉(zhuǎn)矩。但這樣做會使機電的勵磁電流

增加從而減小功率因數(shù)。

3.在普通中小籠型三相感應機電中，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，導致每極磁通減小，枕部磁通相應減小?？梢韵鄳獪p

小機電匏部，從而工增大。

D

4.為什么計算三相感應電動機的起動性能必須考慮集膚效應和

飽和效應？它們分別對哪些參數(shù)的哪個部份有影響？

答：由于起動時電流很大，會使定轉(zhuǎn)子的磁路高度飽和，此外電

機轉(zhuǎn)子頻率等于電源頻率，比正常運行時高不少，這些原因真實

存在，造成的集膚效應和飽和效應對機電的起動有影響，所以必

須考慮，集膚效應會增加起動電阻從而提高起動轉(zhuǎn)矩，降低起動

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

5.在三相感應電動機的電磁計算中應考慮哪些性能指標？如果

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

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

T

N

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

中的最小轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。當效率v不符合要求時應選擇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，也可以設計新型繞組以降低諧波引起的附加損耗，改進加

工工藝，設計高效風扇等。

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

些調(diào)整措施會不會引起其他后果？

答：應從電路方面著手調(diào)整，設法降低勵磁電流和漏磁參數(shù)，可

調(diào)整機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)整也會帶來其他方面的影響。

7?三相感應機電中影響最大轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的是哪些

參數(shù)？它們之間關系如何？如果這三項指標中有兩項或者一項不

符合要求，應如何著手調(diào)整？

答：由關系式

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大致與起動總阻抗Z

stJ(R+R)2+(X+X?”皿stst

*i2la2a

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

st

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

起動電流則可以從漏抗著手調(diào)整。

8.一臺原設計用銅線繞制的三相感應電動機，修理時若改用鋁線

繞制，為盡可能提高電動機的出力，假定：(D原來氣隙磁密偏

低(2)原來槽滿率偏低，重繞時應如何考慮？(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

提高氣隙磁密B,又因為磁通面積不變，B的增大會導致磁通①

66

增大，而電動勢不變，由E=4.44fNK①可知，①增大則N將會減

dp

小，即匝數(shù)要適當減小，而采用鋁線重繞，電阻率增大，為保證

效率，應減小繞組發(fā)熱，需要盡量增加鋁線的線徑來減小導線電

阻，可采用多根導線并繞的方法。

9.將一臺感應機電的定子繞組匝數(shù)增加5%,同時將鐵芯長度減小

斷其余尺寸都不變，試分析其空載電流，基本鐵耗，機電參數(shù)，

性能指標等變化情況。

答：由E=4.44fNK①可知，E不變，N個5%,則①J5%,又因為每

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5%,則最大轉(zhuǎn)矩

60efpq

將減小，又因為N增加會導致繞組電阻增加，在同樣的電壓下銅

耗會減小。

感應機電設計數(shù)據(jù)與參數(shù)間的關系

勵磁電抗定子槽漏轉(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

定子每槽個個1個-個、—

導體數(shù)增

加

氣隙增大1一一11一

個個

槽口寬度個個個-

減小

槽口高度個個

111-

增大

槽形變寬1-

111

變矮

個個

鐵芯長度個個個-

增加

定子繞組11111-

由整距變

短距

定子槽數(shù)

X11X11

增加

頻率由個個個