《电机设计》(陈世坤)课后习题答案(期末复习

1、电机设计第一章仁 电机设计得任务就是什么？ 答：电机设计得任务就是根据用户提出得产品规格（功率、电压、 转速）与技术要求（效率、参数、温升、机械可靠性），结合技术经 济方面国家得方针政策与生产实际情况，运用有关得理论与计算 方法，正确处理设计时遇到得各种矛盾，从而设计出性能好、体积 小、结构简单、运行可靠、制造与使用维修方便得先进产品。2、电机设计过程分为哪几个阶段?答：电机设计得过程可分为: 准备阶段：通常包括两方面内容：首先就是熟悉国家标准，收集相近电机得产品样本与技术资料，并听取生产与使用单位得意见与要求；然后在国家标准有关规定及分析相应资料得基础上，编制技术任务书或技术建议书。 电碓设

2、计：本阶段得任务就是根据技术任务书得规定，参照生产实践经验，通过计算与方案比较，来确定与所设计电机电戲性能有关得尺寸与数据，选定有关材料，并核算电饌性能。 结构设计：结构设计得任务就是确定电机得机械结构，零部尺寸,加工要求与材料得规格及性能要求，包括必要得机械计算、通风计算与温升计算。3、电机设计通常给定得数据有哪些？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) 相数及相同连接方式(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G与利

3、用系数Ka得物理意义就是什么？答：大体反映了产生单位计算转矩所消耗得有效材料(铜铝或 电工钢)得体积，并在一定程度上反映了结构材料得耗用量。Ka：表示单位体积得有效材料所能产生得计算转範，它得大小反映了电机有效材料得利用程度。2、什么就是主要尺寸关系式？根据它可以得出什么结论？答:主要尺寸关系式为：警=嵌莎根据这个关系式得 到得重要结论有:电机得主要尺寸由其计算功率P /与转速n之 比匕或计算转矩T所决定;电碓负荷A与3$不变时，相同功率n得电机，转速较高得，尺寸较小；尺寸相同得电机，转速较高得，则功率校大。这表明提高转速可减小电机得体积与重量；转速一 定时，若直径不变而釆取不同长度，则可得到

4、不同功率得电机; 由于计算极弧系数0八 波形系数a与绕组系数K*得数值一般变化不大，因此电机得主要尺寸在很大程度上与选用得电磁负荷A与B$有关。电磁负荷选得越高，电机得尺寸就越小。3、什么就是电机中得几何相似定律？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得小功率电机？为何冷却问题 对于大电机比对小电机更显得重要?答:在转速相同得情况下，当巴二色二如二冬二下，oc乞OC竺Dh lb hh bbPOC W OC P 即当B与J得数值保持不变时，对一系列功率递增，几 何形状相似得电机，每单位功率所需有效材料得重量G、成本S 及产生损耗环均与计算功和时次方成反比。用大功率电机代 替总功率相

5、等得数台小电机得原因就是随着单机容量得增加，其 有效材料得重量G、成本S与损耗Z P得增加要慢,其有效材料得利用率与电机得效率均将提高，因此用大功率电机代替总功率相 等得数台小电功率机。冷却问题对大功率电机比对小功率电机更 显得重要得原因就是电机损耗与长度I得立方成正比，而冷却表 面却与长度得平方成正比。功率上升，长度变长，损耗增加大于冷 却得增加。为了使温升不超过允许值，随着功率得增加，要改变电 机得通风与冷却系统，从而放弃它们得几何形状相似。4、电饌负荷对电机得性能与经济性有何影响？电饌负荷选用时要考虑哪些因素？ 答：当匕一定，由于变化不大，则电机主要尺寸决定于n电磁负荷。生产固定效率得电

6、机，若其电磁负荷越高，电机得尺寸 将越小，重量越轻，成本越低，经济效益越好。电饌负荷选用常需 要考虑制造运行费用，冷却条件,所用材料与绝缘等级，电机得功 率,转速等。5、若2台电机得规格，材料结构，绝缘等级与冷却条件都相同，若电机1得线负荷比电机2得线负荷高，则2台电机得导体电流密 度能否选得一样，为什么？ 答:不能选得一样，因为：从qF P AJ式子上瞧,人人由题中可知P 1= P 2, qi=q2,所以J,鶴；ab4）A)兀PQ+虹（矩形开O槽）B)X,PQ3bsL+ 丝 + 0. 785 +bsb.（半闭口槽）PQ3(+ 2)bs2hD)兀PQ0. 62 +（圆形半闭口槽）矩形槽：槽内有

7、 处根导体串联导体中通以随时间正弦变化的电流bs电流在导体截面均匀分布铁磁物质磁导率无穷人槽内磁力线与槽底平行。XP *1X11tUSnO B! 0 1 1B|HIIn1 B|BIIRIIBIID uA）叫吧=轮才甌n出2 =叹=从疋3b!通过心高度上漏磁通近|通过人高度上漏磁通22 T化2槽口部分：J-二野s = %N严血尊N；%忑IS槽高部分：血 n V2IJV =耳2 n 曲X =-一个槽总的磁链:7+2从吩煜一个槽漏电感系数：入儿i个槽的槽漏抗：Xs =2札=2就怒每支路槽漏抗为 迪 X； a 每相槽漏抗为X严碍X； a每相串联I贞数N =迥娱a 2每相漏抗Xs =4对卩Q1pq备注:

8、在电施场得计算中，H,B,屮均为幅值，故电流取用应/ 第五章 仁空载铁芯损耗得大小主要与哪些因素有关？ 答：空载铁芯损耗主要就是涡流损耗与减滞损耗，其大小主要与 磁通密度B得平方，交变磁化频率f及材料性能常数等有关。2、要减小负载时绕组铜中得附加损耗，一般采用哪些措施?答：附加损耗主要由漏複产生，而漏硝又主要就是谐波与齿谐波 产生得，当要减小负载附加损耗时，可用谐波含量少得绕组，分布 绕组,也可以用斜槽，近槽配合来减少齿谐波。3、在凸极同步电机中，空载表面损耗与负载时由绕组2势齿谐波引起得磁极表面损耗有何区别？（指出产生得原因与哪些因素有 关） 答：空载表面损耗得产生就是由于转子離势不就是严格

9、得正弦波 以及开槽导致得气隙磁密不均匀使饌场中有谐波存在，转子相对 于谐波離场转动产生了涡流损耗；负载时得磁极表面损耗得产生就是由于定子中得电流产生得饌势含有得谐波在转子表面感生 涡流产生损耗，两者得区别在于饌势产生得源不同。空载表面损耗得影响因素为励确电流得大小，转子磁极得形状, 定子开槽得情况，气隙得大小；负载时得饌极表面损耗主要影响 因素为定子电流中得谐波成分，绕组得节距与分布，定子开槽得 情况，气隙得大小。4、若将一台感应电机得额定频率由50Hz改为60Hz,要求保持励碓離势基本不变，应改变什么为最佳？采取措施后，基本铁耗在 不计饱与彩响时会不会发生变化?答：由忌分析得如果要维持原设计

10、冲片励離磁势不变 就要维持不变，所以N要减少到原设计得2,从而保持励離磯势6基本不变、磁密不变。由公式得,基本铁耗会增加。第六章1、电机中常用得通风冷却系统有哪几种？选择与设计通风系统时应注意哪些问题?答：开炉冷却（自由循环）或闭路冷却（封闭循环）；径向、轴 向与混合式通风系统；（3）抽出式与鼓入式；（4）外冷与内冷。在选择与设计通风系统时要综合考虑电机得尺寸（如轴向长度）、 功率大小与温升对冷却得要求与冷却得成本得影响，来确定采用 冷却系统得方式，还要考虑其运行环境与运行要求。2、抽出式与鼓入式两种冷却方式哪一种冷却能力较高？为什么？答:抽出式冷却能力校高。由于抽出式得冷空气首先与电机得发

11、热部分接触，且能采取直径较大得风扇，而鼓入式得冷却空气却 首先通过风扇，被风扇得损耗加热后，再与电机得发热部分接触。3、试比较离心式风扇与轴流式风扇得工作原理，它们各有什么优缺点？为什么在一般中小型电机中很少用轴流式风扇？ 答：离心式风扇得工作原理就是风扇转动时，处于其叶片间得气 体受离心力得作用向外飞逸，因而在风扇叶轮边缘出口处形成压 力。优点就是压力校高，缺点就是效率校低。轴流式风扇得工作 原理就是风扇转动时，气体受叶片鼓动沿轴向方向在风扇出口处 形成压力。优点就是效率高，缺点就;压力低。感应电机与凸极 同步机得孔缝很小，使得轴向风很难通过,只有直流电机可以有 轴流式风扇而直流电机得应用范

12、围很小，而且离心式风扇能产生 校高压力。由于一般电机特别就是中小型电机就是交流电机，使 用得就是离心式风扇，故中小型电机很少釆用轴流式风扇。第十章1、在三相感应电动机得设计中，选择电磁负荷时应考虑哪些问题？又A与3之间得比例关系对哪些量有影响？ 答:应考虑电机得材料，绝缘等级，冷却方式，使用范围，转速，功率大小等因素,A与B&之间比值对漏抗大小，漏抗标幺值大小，磁 化电流得标幺值有影响，当选取较高得8或较低得A时，匸增大, 使功率因数下降,xr减小，从而电机得最大转矩，起动转矩与起动 电流会增大。2、三相感应电机中，气隙得大小对电机性能有哪些彩响？ 一台三 相笼型转子感应电动机，起动时间过长不

13、符合要求，在不拆定子 绕组得情况下，应采取什么措施来解决这一问题？这样做对电机 其她性能有何彩响？ 答：气隙得大小主要对励磁电流、功率因数与附加损耗有影响，通 常气隙5取得尽可能得小，以降低空载电流，因为感应电机得功 率因数Cg0主要决定于空载电流，但就是气隙不能过小，否则除 彩响机械可靠性外，还会使谐波施场与谐波漏抗增大，导致起动 转矩与最大转矩减小，谐波转矩与附加损耗增加，进而造成校高 得温升与较大得噪声。故在不拆定子绕组得情况下可以在转子外 围增大气隙从而增大起动转矩。但这样做会使电机得励離电流增 加从而减小功率因数。3、在普通中小笼型三相感应电机中,极数越多则务得比值越大,试说明造成这

14、一趋势得原因?答:极数增加，则每极面积成比例减小，再由于铁芯饱与得原因, 磁密不变，导致每极磁通减小，轨部磁通相应减小。可以相应减小 电机轨部，从而增大。4、为什么计算三相感应电动机得起动性能必须考虑集肤效应与饱与效应？它们分别对哪些参数得哪个部分有影响?答：由于起动时电流很大,会使定转子得饌路高度饱与，另外电机 转子频率等于电源频率，比正常运行时高很多，这些原因真实存 在，造成得集肤效应与饱与效应对电机得起动有影响，所以必须 考虑，集肤效应会增加起动电阻从而提高起动转矩，降低起动电 流，饱与效应可以使定转子漏抗减小，从而减小起动转矩。5、在三相感应电动机得电饌计算中应考虑哪些性能指标？如果4

15、、计算结果发现效率不符合要求，应从哪些方面着手调整？ 答:应考虑1、效料2、功率因数c。 3、最大转矩倍数起动转矩倍数5、起动电流倍数6、绕组与铁芯温升7、起动过 程中得最小转矩倍数。当效率Z7不符合要求时应选择 仁 优质材 料2、合适得工艺3、合理尺寸从而增加有效材料得用量，降低铜 耗与铁耗，也可以设计新型绕组以降低谐波引起得附加损耗，改 进加工工艺，设计高效风扇等。6、如果功率因数COS0不符合要求，应从哪些方面着手调整？这些调整措施会不会引起其她后果?答:应从电路方面着手调整，设法降低励饌电流与漏離参数，可调 整电机得尺寸如缩小定转子槽面积，降低各部分磁密；减小气隙, 增加每槽导体数也增

16、大，放长It（或增大定转子槽宽，减小槽高以降低X，但这些调整也会带来其她方面得影响。7、三相感应电机中彩响最大转矩，起动转矩与起动电流得就是哪些参数？它们之间关系如何？如果这三项指标中有两项或一项不符合要求，应如何着手调整？叫pUT =4朮(呂+從+ X;)=er2/rf (& + 斤:仏+ (Xek) + X心H)17= 厂+ 雄/亍可知,T唤与J大致与起动总阻抗乙t成反比例关系而J与转子起动电阻大致成正比例关系。若想调整 起动转矩可以从转子得起动电阻着手调整，若想调整最大转矩与 起动电流则可以从漏抗着手调整。8、一台原设计用铜线绕制得三相感应电动机，修理时若改用铝线绕制，为尽可能提高电动机

17、得出力，假定：（1）原来气隙饌密偏低（2）原来槽满率偏低,重绕时应如何考虑？（工注铝得电阻率约为铜得仁6倍）答：提高出力则需要提高功率，由主要尺寸关系式6. 1p讥5知，若只重绕线圏,，啓也都不变，要想提高功率，由原先气隙磁密Be较低可知，可以适当提高 气隙離密又因为離通面积不变,B$得增大会导致磁通0）增大,而电动势不变，由E=4.44fNKd,D可知，6增大则N将会减小，即匝数要适当减小，而釆用铝线重绕，电阻率增大，为保证效率，应减小绕组发热，需要尽量增加铝线得线径来减小导线电阻，可釆用 多根导线并绕得方法。9、将一台感应电机得定子绕组匝数增加5%,同时将铁芯长度减小 5%,其余尺寸都不变，试分析其空载电流，基本铁耗，电机参数，性能指标等变化情况。答：由E=4、44fNK4p可知，E不变，N- 5%,则G 5%,又因为每极 磁通二UpBRef，若e- 5%, Lf- 5%,则气隙饌密不变，由F二1 q 片 vr K乩可知，e- 5%,R.不变，则F- 5%，又由尸= 入可知PF 5%而N- 5%,则Im大约-9、5%,又2 = KeG