电机设计陈世坤课后习题答案期末复习资料.docx
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1、电机设计陈世坤课后习题答案期末复习资料 电机设计第一章1.电机设计的任务是什么?答:电机设计的任务是根据用户提出的产品规格(功率、电压、转速)与技术要求(效率、参数、温升、机械牢靠性),结合技术经济方面国家的方针政策和消费实际状况,运用有关的理论和计算方法,正确处理设计时遇到的各种冲突,从而设计出性能好、体积小、构造简洁、运行牢靠、制造和运用修理便利的先进产品。2.电机设计过程分为哪几个阶段?答:电机设计的过程可分为:打算阶段:通常包括两方面内容:首先是熟识国家标准,搜集相近电机的产品样本和技术资料,并听取消费和运用单位的意见与要求;然后在国家标准有关规定和分析相应资料的根底上,编制技术任务书
2、或技术建议书。电磁设计:本阶段的任务是根据技术任务书的规定,参照消费理论阅历,通过计算和方案比拟,来确定与所设计电机电磁性能有关的尺寸和数据,选定有关材料,并核算电磁性能。构造设计:构造设计的任务是确定电机的机械构造,零部件尺寸,加工要求与材料的规格和性能要求,包括必要的机械计算、通风计算和温升计算。3.电机设计通常给定的数据有哪些?答:电机设计时通常会给定下列数据:(1)额定功率(2)额定电压(3)相数和一样连接方式(4)额定频率(5)额定转速或同步转速(6)额定功率因数感应电动机通常给定(1)(5);同步电机通常给定(1)(6);直流电机通常给定(1)(2)(5)第二章1.电机常数CA和利
3、用系数KA的物理意义是什么?答:CA:大体反映了产生单位计算转矩所消耗的有效材料(铜铝或电工钢)的体积,并在确定程度上反映了构造材料的耗用量。KA:表示单位体积的有效材料所能产生的计算转矩,它的大小反映了电机有效材料的利用程度。2.什么是主要尺寸关系式?根据它可以得出什么结论?答:主要尺寸关系式为:,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之比或计算转矩T所确定;电磁负荷A和B不变时,一样功率的电机,转速较高的,尺寸较小;尺寸一样的电机,转速较高的,则功率较大。这说明进步转速可减小电机的体积和重量;转速确定时,若直径不变而实行不同长度,则可得到不同功率的电机;由于计
4、算极弧系数、 波形系数KNm与绕组系数Kdp的数值一般变更不大,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。3.什么是电机中的几何相像定律?为何在可能状况下,总渴望用大功率电机来代替总功率相等的小功率电机?为何冷却问题对于大电机比对小电机更显得重要答:在转速一样的状况下,当=下,即当B和J的数;值保持不变时,对一系列功率递增,几何形态相像的电机,每单位功率所需有效材料的重量G、本钱Cef和产生损耗p均与计算功率的次方成反比。用大功率电机代替总功率相等的数台小电机的缘由是随着单机容量的增加,其有效材料的重量G、本钱Cef和损耗p的增加要慢,其有效
5、材料的利用率和电机的效率均将进步,因此用大功率电机代替总功率相等的数台小电功率机。冷却问题对大功率电机比对小功率电机更显得重要的缘由是电机损耗与长度l的立方成正比,而冷却外表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,要变更电机的通风和冷却系统,从而放弃它们的几何形态相像。4.电磁负荷对电机的性能和经济性有何影响?电磁负荷选用时要考虑哪些因素?答:当确定,由于,KNm,Kdp变更不大,则电机主要尺寸确定于电磁负荷。消费固定效率的电机,若其电磁负荷越高,电机的尺寸将越小,重量越轻,本钱越低,经济效益越好。电磁负荷选用常须要考虑制造运行
6、费用,冷却条件,所用材料与绝缘等级,电机的功率,转速等。5.若2台电机的规格,材料构造,绝缘等级与冷却条件都一样,若电机1的线负荷比电机2的线负荷高,则2台电机的导体电流密度能否选得一样,为什么?答:不能选的一样,因为:从qa=AJ式子上看,A1A2由题中可知1=2,q1=q2,所以J1J2。即电机1的电流密度须选得低一些。6.什么是电机的主要尺寸比?它对电机的性能和经济性有何影响?答:主要尺寸比(电机电枢计算长度与极距之比),若D2lef不变而较大:(1)电机将较瘦长,即lef较大而D较小。绕组端部变得较短,端部的用铜(铝)量相应减小,当仍在正常范围内时,可进步绕组铜(铝)利用率。端盖,轴承
7、,刷架,换向器和绕组支架等构造部件的尺寸较小,重量较轻。因此单位功率的材料消耗少,本钱较低。(2)电机的体积不变,因此铁的重量不变,在同一磁通密度下根本铁耗也不变。但附加铁耗有所降低,机械损耗则因直径变小而减小。再考虑到电流密度确定时,端部铜(铝)耗将减小,因此,电机中总损耗下降,效率进步。(3)由于绕组端部较短,因此端部漏抗减小。一般状况下总漏抗将减小。(4)由于电机瘦长,在承受气体作为冷却介质时,风路加长,冷却条件变差,从而导致轴向温度分布不匀整度增大(5)由于电机瘦长,线圈数目较粗短的电机较少,因此使线圈制造工时和绝缘材料的消耗减小。但电机冲片数目增多,冲片冲剪和铁芯叠压的工时增加,冲模
8、磨损加剧;同时机座加工工时增加,并因铁芯直径较小,下线难度稍大,而可能使下线工时增多。(6)由于电机瘦长,转子的转动惯量与圆周速度较小,这对于转速较高或要求机电时间常数较小的电机是有利的。7.电机的主要尺寸是指什么?怎样确定?答:电机的主要尺寸是指电枢铁芯的直径和长度。对于直流电机,电枢直径是指转子外径;对于一般构造的感应电机和同步电机,则是指定子内径。电机的主要尺寸由其计算功率和转速之比或计算转矩所确定。确定电机主要尺寸一般承受两种方法,即计算法和类比法。 计算法:选取合理的电磁负荷求得D2lef;选适当的主要尺寸比分别求得主要尺寸D和lef;确定沟通电机定子外径D1,直流电机电枢外径Da,
9、对电枢长度进展圆整,并对外径标准化。 类比法:根据所设计的电机的详细条件(构造、材料、技术经济指标和工艺等),参照已消费过的同类型相像规格电机的设计和试验数据,干脆初选主要尺寸和其他数据。8.何谓系列电机,为什么电机厂消费的大多是系列电机?系列电机设计有哪些特点?答:系列电机指技术要求,应用范围,构造型式,冷却方式,消费工艺根本一样,功率和安装尺寸按确定规律递增,零部件通用性很高的一系列电机。因为消费系列电机消费简洁并给制造,运用和维护带来很大便利,可成批消费通用性很高的理工部件,使消费过程机械化,自动化,有利于进步产品质量,降低本钱。其设计特点:1.功率按确定规律递增2.安装尺寸和功率等级相
10、适应3.电枢冲片外径充分利用现已有的工艺设备4.重视零部件的标准化,系列化,通用化 5.考虑派生的可能性。第三章1. 为什么可以将电机内部比拟困难的磁场当作比拟简洁的磁路计算?答:为简化计算,可将困难的磁场以磁极为对称单元,根据磁路理论,电流可找到一条磁极中心线包含全部励磁电流的磁路简化计算。2.磁路计算时为什么要选择通过磁极中心的一条磁力线途径来计算,选用其他途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缘由是此途径包围全部的电流,此途径的气隙和铁芯的B、H以和相应的尺寸较简洁计算。选用其他途径也可得到一样的结果。3.磁路计算的一般步骤是怎么样的?答:先根据假设条件
11、将电机内的磁路分段。利用磁路定律列写各段的磁压降和磁通密度的关系式,该关系式是磁路尺寸参数和材料特性的函数。修正磁场,简化磁路计算过程中带来的偏向,给出磁压降和磁通密度关系式的修正公式。4.气隙系数K的引入是考虑了什么问题?假设其他条件一样,而把电枢槽由半闭口槽改为开口槽,则K将增大还是减小?答:气隙系数K的引入是考虑因槽开口的影响使气隙磁阻增大的问题。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,通过槽的磁通减小,通过齿部的磁通增大,即Bmax增大,而B不变,K将增大.5.空气隙在整个磁路中所占的长度很小,但却在整个磁路计算中占有重要的地位,为什么?答:因为铁芯磁导率
12、远大于空气磁导率,尽管气隙长度很小,但磁阻很大,导致在气隙上的磁压降占据整条闭合磁路的60%85%,故而特殊重要。6.当齿磁通密度超过1.8T时,计算齿磁位降的方法为什么要作校正?答:齿部磁密超过1.8T,此时齿部磁密比拟饱和,铁的磁导率比拟低,使齿部的磁阻和槽部相比差异不是很大。这样,一个齿距内的磁通大部分将由齿部进入轭部,部分磁统统过槽部进入轭部。因此齿部中的实际磁通密度Bt比通过公式计算出来的结果小些,即实际的磁场强度和磁压降也会小一些,所以要进展修正。7.在不匀整磁场的计算中,为什么常把磁场看作匀整的,而将磁路长度(空气隙有效长度ef,铁芯轴向有效长度lef和齿联轭磁路长度Lj)加以校
13、正?校正系数有的大于1,有的小于1,试说明其物理意义?答:为了简化计算而将磁场看成匀整的,ef大于1比照校正是考虑到槽开口影响。lef大于1比照校正是考虑边缘效应,而齿联轭处有一部分磁路损失段。8.感应电机满载时和空载时的磁化电流是怎样计算的?它们与哪些因素有关?若它们的数值过大,可以从哪些方面去调整效果更为显著?答:1.先根据感应电势E确定每极气隙磁通;2.计算磁路各部分的磁压降,各部分磁压降的总和便是每极所须要磁势;3.计算出磁化电流或空载特性。它们与线圈匝数,磁路尺寸,气隙大小,磁路饱和程度有关。若它们的数值过大,可从增加匝数,减小气隙来调整9.将一台感应电机的频率由50Hz改为60Hz
14、,维持原设计的冲片和励磁磁势不变,问应如何调整设计?在不计饱和时其值为多少?解:维持冲片和励磁磁势不变,则磁通不变;根据,当频率由50Hz改为60Hz,要保持电机输出不变,则匝数应削减为原来的。又,在不计饱和时,铁耗将增加为原来的倍。10.将一台380V,Y接法的电机改为接法,维持原冲片和磁化电流不变,问如何设计?答:Y接法的电机改为接法,将增大倍,频率不变;则将增大倍,又冲片不变,则不变,槽尺寸不变,又不变,所以需增大倍,槽尺寸不变,则线径应适当减小。11.说明气隙系数K,有效气隙长度ef,计算极弧系数,波幅系数F,极弧计算长度,饱和系数Ks,波形系数KNm,残隙f,铁芯叠压系数KFe,槽系
15、数ks,磁极漏磁系数的含义。答:1.气隙系数K表示了由于齿槽存在而使气隙磁密增大的倍数2.有效气隙长度ef是指用一台无槽电机来代替有槽电机,在气隙磁密的值仍当作有槽电机气隙磁密最大值B时,无槽电机的气隙长度3.计算极弧系数=,表示气隙磁密平均值与最大值之比4.波幅系数F=,表示气隙磁密最大值与平均值之比5.极弧计算长度是假想每极气隙磁通集中在确定范围内,并认为在这个范围内气隙磁场匀整分布,其磁密等于最大值B6.饱和系数Ks表示了齿部磁路的饱和程度,其中,F为气隙磁压降;Ft1为定子齿部磁压降;Ft2为转子齿部磁压降7.波形系数KNm为半波有效值与半波平均值的比值,对于正弦波KNm=1.11,随
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