2022年电机设计复习重点和课后答案 .pdf

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1、立身以立学为先，立学以读书为本电机设计复习重点和课后答案（陈世坤第二版）第二章1 电机的主要尺寸是指什么？【P9】 它们由什么决定？【P12】答：电机的主要尺寸是指电枢铁心的直径和长度。对于直流电机， 电枢直径是指转子外径；对于一般结构的感应电机和同步电机，则是指定子内径。它们由计算功率P决定。2 电机的主要尺寸间的关系是什么？【 P10】 根据这个关系式能得出哪些重要结论？【P12】答：电机的主要尺寸间的关系是D2lefn/P=6.1/(pKNmKdpAB).根据这个关系式得到的重要结论有: 电机的主要尺寸由其计算功率P和转速n 之比 P/n 或计算转矩T所决定 ; 电磁负荷A和 B不变时，

2、相同功率的电机，转速较高的，尺寸较小；尺寸相同的电机，转速较高的， 则功率较大。 这表明提高转速可减小电机的体积和重量。转速一定时，若直径不变而采取不同长度，则可得到不同功率的电机。由于极弧系数p、 KNm与 Kd的数值一般变化不大，因此电机的主要尺寸在很大程度上和选用的电磁负荷A 和 B有关。电磁负荷选得越高电机的尺寸就越小。第三章3 磁路计算的目的?【P23】答：磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势，并进而计算励磁电流以及电机的空载特性。通过磁路计算还可以校核电机各部分磁通密度选择是否合适。4 磁路计算所依据的基本原理？【 P23】答：磁路计算所依据的基本原理是安培环

3、路定理 EMBED Equation.3 =I 。积分路径沿着磁场强度矢量取向（磁力线），则 EMBED Equation.3 I 。等式左边为磁场 H在 EMBED Equation.3 方向上的线积分；所选择的闭合回路一般通过磁极的中心线，等式右边为回路包围的全电流，即等于每对极的励磁磁势。5 电机的磁路可分为几段进行？【 P23】 为什么气隙磁压降占整个回路磁压降很大的比例？答：电机的磁路可分为如下各段：1）空气隙； 2）定子齿（或磁极） ；3）转子齿（或磁极） ；4）定子轭； 5）转子轭。 因为空气隙的磁导率比铁的磁导率小得多，EMBED Equation.3 =/(S .),EMBE

4、D Equation.3 = EMBED Equation.3 /(S EMBED Equation.3 ). 所以气隙磁阻比铁心磁阻大得多, 又因为 Um=mRm. 所以气隙磁压降比铁心磁压降大得多, 故气隙磁压降占整个回路磁压降很大的比例. 6 在电机设计时通常对铁心磁密BFe 取硅钢片磁化曲线的饱和点,为什么 ? 答: 铁心磁密的饱和点为BFe=1.5T. 当 BFe小于 1.5T 时, 材料利用不够. 当 BFe大于 1.5T 时,过饱和点 , 上升幅度不大. 而且又需要更大的励磁电流、损耗和成本都会增加. 所以应取BFe=1.5T. 7 计算交流电机齿联轭的轭部磁压降时一般取什么磁密

5、为计算磁密?为什么引入轭部磁压降校正系数Cj 这一概念 ?【P36-37】精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 4 页立身以立学为先，立学以读书为本答: 计算交流电机齿联轭的轭部磁压降时, 一般取轭部切向最大磁密Bj 作为计算磁密.因为齿联轭磁密分布不均匀, 齿联轭磁路全长上的磁压降Fj= EMBED Equation.3 . 为了 简 化 计 算 , 引 用 一 个 等 效 的 均 匀 磁 场 代 替 不 均 匀 磁 场Hjav= EMBED Equation.3 .Hjav 和 Hj 存在值不同 , 引入磁压降校正系数Cj

6、= EMBED Equation.3 来修正 . 8 在磁路计算中,当齿部磁密超过1.8T 时,为什么要进行修正?【P33】答: 齿部磁密超过1.8T, 此时齿部磁密比较饱和, 铁的磁导率. 比较低 , 使齿部的磁阻和槽部相比差别不是很大. 这样 , 一个齿距内的磁通大部分将由齿部进入轭部, 部分磁通通过槽 部 进 入 轭 部 . 因 而 齿 部 中 的 实 际 磁 通 密 度B 比 通 过 公 式Bleft/( EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 )小些 . 即实际的磁场强度及磁压降也会小一些, 所以要进行修正 . 第四章9 异步电机与同步电机绕组漏抗分别由哪

7、几部分组成?【P51-62】答: 异步电机 : 槽漏抗 , 谐波漏抗 , 端部漏抗 , 斜槽漏抗 . 同步电机 : 槽漏抗 , 谐波漏抗 , 齿顶漏抗 , 端部漏抗 . 10 交流电机定子单层整距绕组每槽漏感 EMBED Equation.3 如何计算 ?【P51-52】答: 高度 h. 范围内全部槽中电流产生的漏磁链s1=Ns(Bs1S)=Ns*S*. EMBED Equation.3 INs/bs=N2s EMBED Equation.3 I .h.lef/bs.高度 h1 范围内距槽底X 处高 dx 的范围内产生的漏磁链ds2=(Ns*x/h1)d x=(Ns*x/h1)2 EMBED

8、Equation.3 I .lefdx/bs.高度 h1 范围内由槽中电流 产 生 的 漏 磁 链 为 s2= EMBED Equation.3 s2=N2s .lef EMBED Equation.3 I EMBED Equation.3 =N2s EMBED Equation.3 I.h1lef/(3bs).槽漏磁链总和 s=s1+s2=N2s EMBED Equation.3 。Lef(h./bs+h1/(3bs).即每槽漏感为：EMBED Equation.3 =s/( EMBED Equation.3 I)=N2s.lef(h./bs+h1/(3bs).（bs 为槽宽）第五章11 电

9、机的损耗分别为哪几种? 【P76】 哪些损耗是不变损耗?哪些损耗是可变损耗？ 【P76】哪些损耗是主要损耗？哪些损耗是次要损耗？答：电机的损耗分别为：定子转子铁心中的基本铁耗；空载时铁心中的附加（杂散）损耗；电气损耗；负载时的附加（杂散）损耗；机械损耗。其中为不变损耗；为可变损耗。为主要损耗，为次要损耗。12 为什么所有电机的机械损耗都为不变损耗？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 4 页立身以立学为先，立学以读书为本答：不变损耗是指损耗不随负载的变化而变化。机械损耗包括通风损耗、轴承摩擦损耗和电刷摩擦损耗。 主要的决定因素

10、是转速n。 对于同步电机有n=n1=60f/p,由于 f 和 p 不变，故转速不变。对于异步机有n=(1-s)n1=(1-s)60f/p.空载时S=0, 额定负载时 EMBED Equation.3 0.05,S变化不大，也认为转速不变。对于直流电机有n=E/(Ce )Un/(Ce ), 所以也认为转速基本不变。综上所述，对于所有电机，n 都不变，机械损耗也不变，即机械损耗是不变的。课后相关作业答案【P22】1 什么是主要尺寸关系式？根据这个关系式可得出哪些重要结论？（见复习题1）2 什么是电机中的几何相似定律？为何在可能情况下，总希望用大功率电机来代替总功率相等的小功率电机？为何冷却问题对于

11、大电机比对小电机更显得重要? 答：在转速相同的情况，当 EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 =下， EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 。即当 B和 J 的数值保持不变时，对一系列功率递增，几何形状相似的电机，每单位功率所需有效填料的重量、成本及产生损耗均怀功率的1/4 次方成反比。 用大功率电机代替总功率相等的数台小电机的原因是随着单机容量的增加，其

12、效材料的重量G 、成本 Gef 相对容量的增加要慢。因此用大功率电机代替总功率相等的数台小电功率机。其有效材料的利用率提高了。损耗增加相对容量慢，因此效率提高了。冷却问题对大功率电机比对小功率电机更显得重要的原因是电机损耗与长度l 的立方成成正比， 而冷却表面却与长度的平方成正比。功率上升，长度变长，损耗增加大于冷却的增加。为了使温升不超过允许值，随着功率的增加，要改变电机的通风和冷却系统，从而放弃它们的几何形状相似。【P43】2 磁路计算时为什么要选择通过磁极中心的一条磁力线路径为计算，选用其它路径是否也可得到同样的结果？答：磁路计算时选择通过磁极中心的一条磁力线的原因是此路径包围所的电流，

13、此路径的气隙和铁心的B、H和相应的尺寸较容易计算。选用其他路径也可得到相同的结果。4 气隙系数K的引入是考虑什么问题？假定其他条件相同，而把电枢槽由半闭中槽改为开口槽，则K增大还是减小？答：气隙系数K的引入是考虑因槽口的影响使气隙磁阻增大的问题。由公式 EMBED Equation.3 （见图3-11 ） ，B是定子没有开槽时的磁密最大值，Bmax是维持磁通为既定值，齿顶处气隙最大磁密必须由无槽时的B增加到Bmax。由半闭口槽变成开口槽，由于磁通不变（因为外部电压不变），槽的磁阻增大，通过槽的有磁通减少，通过齿部的磁通增大，即Bmax增大。而B不变，则K变大。精选学习资料 - - - - -

14、- - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 4 页立身以立学为先，立学以读书为本5 空气隙在整个磁路中所占的长度很小，但它在整个磁路计算中却占有十分重要的地位，这是为什么？ ( 见复习题5) 6 极联轭与齿联轭的磁势计算方法为什么不一样？答：极联轭的气隙磁通分布是均匀的，m经过磁极之后，分成两路，分别进入左右两的轭部，经过极联轭的每个截面的磁通认为都是m/2。齿联轭的磁通是气隙磁通“分散”地进入齿部及轭部，所以齿联轭各个截面穿过的磁通是不同的，即沿积分路径上的磁密分布不均匀， 并且每处的截面中沿向上的磁密也不是均匀分布的。这样在计算轭部磁压降时，必须作适当简化。故极

15、联轭与齿联轭的磁势计算方法不一样。【P75】2 漏抗的大小对于交流电机的性能有何影响？答：一方面漏抗不能过小，否则同步发电机短路时或感应电机起动时将产生不能允许的电流。 另一方面漏抗又不能过大，否则会引起同步发电机的电压变化率增大，感应电动机的功率因数、最大和起动转矩降低（若为直流电机则换向条件恶化）。5 槽漏抗与谐波漏抗的大小主要与哪些因数有关？答：槽漏抗Xs=4f .N2lef s/(pq),它的大小主要与槽比漏磁导s 和 N2及 EMBED Equation.3 有关。谐波漏抗X= EMBED Equation.3 它的大小主要与谐波比漏磁导、计算长度lef和匝数 N有关。6 感应电机励

16、磁电抗的大小主要与哪些因素有关？它对电机的性能有何影响？答：励磁电抗主要与主磁导m 、匝数 N和计算长度lef有关。主要影响感应电机的性能为功率因素。因为功率因素cos EMBED Equation.3 =( EMBED Equation.3 ，即随着励磁电抗Xm的增大，功率因数会上升。【P96】1 空载铁心损耗的大小主要与哪些因素有关？答: 空载铁心损耗主要是基本铁耗，基本铁耗与B2、f1.3、 重量EMBED Equation.3 和厚度 EMBED Equation.3 有关。8 若将一台感应机的额定频率由50Hz 改为 60Hz，要求保持励磁势基本不变，应改变什么数据为最合佳？采取该措

17、施后，基本铁耗在不计饱和影响时会不会变化? 答： EMBED Equation.3 。由于励磁磁动势不变，尺寸又不变，故磁场强度H也不变，即磁密B也不变，磁通也不变。由于EMBED Equation.3 有， E不变，不变，故匝数N下降 1.2 倍。感应电机运行时铁心磁路处于饱和状态，此时磁通不能改变，变小或变大会使电机的铁心材料利用不充分或励磁电流增加及损耗增大。由于基本铁耗与频率f1.3成正比，故基本铁耗增加。由于输出功率P=T*，由于T，=2n/60,n=60f(1-s)/p.所以输出功率P 增加。由 EMBED Equation.3 有效率没有下降反而上升。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 4 页