电机设计复习重点和课后答案陈世坤第二版.pdf

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1、 第二章 1电机的主要尺寸是指什么？【P9】它们由什么决定？【P12J 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，贝U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/（a KNmKdpAB次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，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

2、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a 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。电机设计复习重点和课后答案（陈世坤第 版）等效的均匀磁场代替不均匀磁场 Hjav=Lj Lj Hdl.Hjav和Hj存在值不同，引入磁压降校正系 答：磁

3、路计算所依据的基本原理是安培环路定理:Hdl=刀I。积分路径沿着磁场强度矢 量取向（磁力线），则Hdl刀I。等式左边为磁场H在 dl 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，Rm=（S Q,RmFe=l/（S Fe）.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

4、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？【P36-37I 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 Lj 为齿联轭磁密分布不均匀，齿联轭磁路全长上的磁压降 Fj=0 Hdl.为

5、了简化计算，引用一个 数Cj=Hjav来修正.Hj 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，铁的磁导率卩.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BSeft KFe|b)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几部分组成？【P51-62I 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.I

6、 10交流电机定子单层整距绕组每槽漏感 Ls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屮s仁Ns(Bs1S)=Ns*S*卩.2 INs/bs=N 2s2 I yh.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 dW s2=(Ns*x/h1)dx=(Ns*x/h1)22 I Mefdx/bs.高度h1范围内由槽中电流产生的漏磁链为W h1 h 1 2 s2=dWs2=N2s ylef.2 I 0 x dx=N 2s、2 I yh1lef/(3bs).槽漏磁链总和W s=Ws1+Ws2=N2s、.2 Lef(h./bs+h1/(3bs).即每槽漏感为

7、：LS=Ws/(2 l)=N 2sylef(h./bs+h1/(3bs).(bs为槽宽)第五早11电机的损耗分别为哪几种？【P76】哪些损耗是不变损耗 砌E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？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。主要的决定因素是转速 n。对于同步电机有n=n 1=60f

8、/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 SN 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。第七章 13按国标规定，电机的绝缘材料分为哪些等级，对应的极限温度是多少？【P120】答：A、E、B、F、H级绝缘，相应的极限温度为 105 120 130 155 180C。14在计算电机的发热时，往往只计算各部件中的温升，而不计算实际温度。试解释其 中原因？答：实际温度t=T+t.其中t

9、.为周围环境温度，由于周围环境温度随季节和地域的不 同而变化较大，故电机的实际温度变化也比较大，故不能用电机的实际温度评判电机的好 坏。而温升T=t-t.，排除了周围环境温度的影响，只取决于电机损耗的多少。故用来评判 电机的好坏 第六章 15 根据冷却介质的不同，电机冷却系统可分为哪几种方式？目前应用最广泛的是哪种方 式？【P97】答：电机的冷却系统可分为：空气冷却系统。包括开路或闭路冷却，径向、轴向或 混合式，吸入式或后入式，外冷或内冷。油冷却系统；水冷却系统；氢冷却系统。其中目前应用最广泛的是空气冷却系统。16 电机中常用 的风扇是哪种类型？离心式风扇的主要优点是什么？缺点是什么？【P10

10、6】答：电机中常用的风扇是离心式风扇。它的优点是压力较高，缺点是效率较低。17 离心式风扇根据叶片形状的不同可分为哪几种形式？其效率从大到小依次是什么？【P112】答：可分为径向式，前倾式，后倾式叶片离心式风扇。效率的高低为。18离心式风扇与轴流式风扇各有什么优缺点：为什么一般中小型电机中很少采用轴流 式风扇？答：离心式风扇压力较高，效率较低。轴流式风扇压力较低，效率较高。因为感应电 机，同步机中的孔隙很小，轴身风阻大，风很难通过，只有直流机可以用轴流式风扇，而 直流机的应用范围又很小。而且离心式风扇能产生较大压力，最适合于一般电机特别是中 小型电机(绝大部分为交流机)通风系统的需要。所以一般

11、中小型电机很少用轴流式风扇。第十一章 19 在电机的 CAD 中，求解非线性方程组有哪几种方法？并给予说明。【P289-292】B BT P*H 1 答：有两种方法，为迭代法和对分法。迭代法：，选取B=BT,H f(B)2 由1得H1,由2得B1;再把B1代入1得H2,再把H2代入2得B2。反复操作，经过几次 迭代后所得的Bi-Bi-1的绝对值小于给定的精确度时结束计算。得出最后的 B和H的值。H(BT B)/P 1 i i 对分法：令F(B)=(BT-T)/P-f(B)，若F(Bi)=0，即Bi为万 H f(B)2 程组的解。以根所在区间的中点为第一个迭代点代入式的右端进行计算。若计算结果与

12、 零相比超出允许误差，则进行第二次迭代。每次迭代都以上次迭代点为根所在区间的新端 点。舍去不包括根所在那一段区间，再次以新区间的中点为迭代点，不断迭代，直到区间 缩小到规定范围内，则认为求解成功。20感应电机的电气参数有哪些？如若功率因数降低，怎么提高功率因数?(励磁电抗)(考 试原题)21 画出相邻 90电角度的磁极的最佳积分路径，其中定子有开槽，转子为凸极。该电机 共有几个磁极？请画出积分路径的磁力线路径和方向及气隙磁通的极性。(在画上出)(考 试原题)22若在电磁设计时，发现轭部磁密Bj偏大，该如何使Bj在合理范围内？(从轭部轭高，轭部计算长度，齿宽和齿距来考虑)(考试原题)课后相关作业

13、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？为何冷却问题对于大电机比对小电机更显得重要？3/4 答：在转速相同的情况，当 Da=la=ha=a=下，G-Gef%丄丄。Db lb hb bb P P P P p 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，其效材料的重量 G、成本Gef相对容 量

14、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 I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，此路 径的气隙和铁心的B、H和相应

15、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KS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 S增大还是减小?答：气隙系数 K 5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 K Bax（见图3-11）,B是定子没有开槽时的磁密最大值，Bamax是维持磁通为既定 K B 值，齿顶处气隙最大磁密必须由无槽时的 B增加到Bsmax。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Bgmax增大。而B不变，则K变大。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

16、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

17、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=4n卩N2lef?s/（pq）,它的大小主要与槽比漏磁导入s和N2及 lef 有关。谐波漏抗 X 4 f.N lef/(pq)2 X 8=mq s/(ef)它的大小主要与谐波比漏磁导、计算长度lef和匝数N有关。s(Kdpv/v)2 6感应电机励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入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

18、 cos=(-)/(U)2(U)2，即随着励磁电抗Xm的 R2/S V R2 Xm 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GFe和厚度Fe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？采取该措施后，基本铁耗在不计饱和影响时会不会变化？答：F H 治丄廿 Ht2Lt2 盯山1 H j2Lj2。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E 4kNm fNKdp有，E不 变，不变，故匝数N下降1.2倍

19、。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*Q，由于T*I，2 n P-n/60,n=60f(1-s)/p.所以输出功率P增加。由(1)*100%有效率没有下降反而上 P P 升。【P117】3伯努利方程代表的物理意义是什么？为什么在液体的运动过程中，它的静压力答：伯努利方程为s P 1 2 C.其物理意义为理想流体在稳态运行过程中，单 位体积内所包含的总能量保持不变。因为流体在流动的过程中 不是固定不变的。若变小,则动压力Pg 2/2变小，动

20、压头 2 降小。又之亦然。所以静压力和动压力之间可以互相转化。5流阻或风阻的串联和并联应如何计算？与电阻的串并联方法相比较有何异同?答：流阻或风阻的串并联用风路图计算。串联时，渡过各个风阻的流量相同，气体通 过整个管道或风路所需的全部压力等于各部分压力损耗的总和。串联时等效流阻或风阻为 n 乙 乙。并联乙qVi.且流过各支路的压降相等。可以推导出 和动压力之间可以相互转化?2。电路中电阻等效于风路中的风阻。电流等效于风路中的流量 q。电 VI 压等效风路中的压降。串并联的计算原理相同。所不现的是电路中电压与电流成正比而风 路中压降与流量的平方成正比。6试比较离心式风扇和轴流式风扇的工作原理，它

21、们各有什么公有优缺点？为什么在一般 中小型电机中很少用轴流式风扇？答：离心式风扇的工作原理是风扇转动时，处于其叶片间的气体受离心力的作用向外 飞逸，因而风扇叶轮边缘出口处形成压力。优点是在压力较高，缺点是效率较低。轴流式 风扇的工作原理是风扇转动时，气体受叶片鼓动沿轴向动力在风扇出口处形成压力。优点 是效率高，缺点是压力低。感应电机、凸极同步机的孔缝很小，使得轴向风阻。风很难通 过，只有直流机可以有轴流式风扇而直流机的应用范围很小。而且离心式风扇能产生较高 n Zd 1/(i 1 压力。由于一般电机特别是中小型电机是交流电机，使用的是离心式风扇，故中小型电机 很少采用轴流式风扇。【P139】1 电机绝缘结构按其耐热等级分别规定了极限温度，但是在计算电机的发热时，往往只计算各部分的温升而不计算实际温度，试解释其原因？（见复习题 14）