電機(jī)設(shè)計(jì)習(xí)題解答

1、電機(jī)設(shè)計(jì)第一章1. 電機(jī)常數(shù)CA和利用系數(shù)KA的物理意義是什么？答：CA：大體反映了產(chǎn)生單位計(jì)算轉(zhuǎn)矩所消耗的有效材料。KA：單位體積有效材料能產(chǎn)生的計(jì)算轉(zhuǎn)矩。2. 什么是主要尺寸關(guān)系是？根據(jù)他可以得出什么結(jié)論？答：主要尺寸關(guān)系式為：D2lefn/P=6.1/(pKNmKdpAB)，根據(jù)這個(gè)關(guān)系式得到的重要結(jié)論有:電機(jī)的主要尺寸由其計(jì)算功率P和轉(zhuǎn)速n之比P/n或計(jì)算轉(zhuǎn)矩T所決定;電磁負(fù)荷A和B不變時(shí)，相同功率的電機(jī)，轉(zhuǎn)速較高的，尺寸較??；尺寸相同的電機(jī)，轉(zhuǎn)速較高的，那么功率較大。這說明提高轉(zhuǎn)速可減小電機(jī)的體積和重量。轉(zhuǎn)速一定時(shí)，假設(shè)直徑不變而采取不同長度，那么可得到不同功率的電機(jī)。由于極弧系數(shù)p

2、、 KNm與Kd的數(shù)值一般變化不大，因此電機(jī)的主要尺寸在很大程度上和選用的電磁負(fù)荷A和B有關(guān)。電磁負(fù)荷選得越高電機(jī)的尺寸就越小。3.什么是電機(jī)中的幾何相似定律？為何在可能情況下，總希望用大功率電機(jī)來代替總功率相等的小功率電機(jī)？為何冷卻問題對于大電機(jī)比對小電機(jī)更顯得重要?答：在轉(zhuǎn)速相同的情況，當(dāng)=下，即當(dāng)B和J的數(shù)值保持不變時(shí)，對一系列功率遞增，幾何形狀相似的電機(jī)，每單位功率所需有效填料的重量、本錢及產(chǎn)生損耗均懷功率的1/4次方成反比。用大功率電機(jī)代替總功率相等的數(shù)臺小電機(jī)的原因是隨著單機(jī)容量的增加，其效材料的重量G、本錢Gef相對容量的增加要慢。因此用大功率電機(jī)代替總功率相等的數(shù)臺小電功率機(jī)。

3、其有效材料的利用率提高了。損耗增加相對容量慢，因此效率提高了。冷卻問題對大功率電機(jī)比對小功率電機(jī)更顯得重要的原因是電機(jī)損耗與長度l的立方成成正比，而冷卻外表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，要改變電機(jī)的通風(fēng)和冷卻系統(tǒng)，從而放棄它們的幾何形狀相似。4. 電磁負(fù)荷隊(duì)電機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性有何影響？電磁負(fù)荷選用是要考慮哪些因素？答：當(dāng)p/n比一定，由于ap，Knm，Kap變化不大，那么電機(jī)主要尺寸決定于電磁負(fù)荷。生產(chǎn)固定效率電磁負(fù)荷越高，電機(jī)的尺寸將越小，重量越輕，本錢越低，經(jīng)濟(jì)效益越好。電磁負(fù)荷選用常需要制造運(yùn)行費(fèi)用，冷卻條件，所

4、用材料與絕緣等級，電機(jī)的功率，轉(zhuǎn)速等。5.假設(shè)2臺電機(jī)的規(guī)格，材料結(jié)構(gòu)，絕緣等級與冷卻條件都相同，假設(shè)電機(jī)1的線寬荷比電機(jī)2的線寬荷高，那么2臺電機(jī)的導(dǎo)體電流密度能否一樣，為什么？答：不能選的一樣，因?yàn)椋簭膓=AJ式子上看，A1>A2由題中可知1=2，q1=q2，所以J1<J2。即電機(jī)1的電流密度須選得低一些。6.什么是電機(jī)的主要尺寸比？它對電機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性有何影響？答：主要尺寸比=Lef/即同DLef下電機(jī)電樞計(jì)算長度與極距之比當(dāng)DL不變較大那么1電機(jī)較細(xì)長，端部繞組短而節(jié)省耗銅，當(dāng)入在正常范圍內(nèi)，可提高繞組銅利用率，端蓋刷架，繞組支架等結(jié)構(gòu)尺寸小，因此可提高電機(jī)利用系數(shù)，降低

5、本錢.2電機(jī)體積一定，重量磁密下的根本鐵耗一定單附加鐵耗降低，機(jī)械損耗用半徑減小而降低，總損耗降低效率高3繞組端部較短從而端部漏抗及總漏抗均減小.4制冷介質(zhì)的風(fēng)路加長，冷卻條件變差，導(dǎo)致軸向溫度分布不均勻度增大。5使線圈制造工時(shí)和絕緣材料消耗減少。6轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動慣量與圓周速度較小。7. 電機(jī)的主要尺寸是指什么？怎樣確定？答：電機(jī)的主要尺寸是指電樞鐵心的直徑和長度。對于直流電機(jī)，電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對于一般結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)，那么是指定子內(nèi)徑。計(jì)算功率和轉(zhuǎn)速之比或轉(zhuǎn)矩所決定。確定電機(jī)主要尺寸一般采用兩種方法，即計(jì)算法和類比法。計(jì)算法：選取合理的電磁負(fù)荷求得；選適當(dāng)?shù)闹饕叽绫确謩e求得主要尺寸

6、和；確定交流電機(jī)定子外徑，直流電機(jī)電樞外徑，對電樞長度進(jìn)行圓整，并對外徑標(biāo)準(zhǔn)化。類比法：根據(jù)所設(shè)計(jì)的電機(jī)的具體條件結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工藝等，參照已產(chǎn)生過的同類型相似規(guī)格電機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，直接初選主要尺寸及其他數(shù)據(jù)。8.何為系列電機(jī)，為什么電機(jī)廠生產(chǎn)的大多類是系列電機(jī)？系列電機(jī)設(shè)計(jì)有哪些特點(diǎn)？答：系列電機(jī)指技術(shù)要求，啟用范圍，結(jié)構(gòu)形式，冷卻方式，生產(chǎn)工藝根本相同，功率安裝尺寸按一定規(guī)律遞增，零部件通用性很高的一系列電機(jī)。因?yàn)樯a(chǎn)系列電機(jī)有生產(chǎn)簡單并給制造，使用和維護(hù)帶來很大方便，課成批生產(chǎn)通用性很高的理工部件，使生產(chǎn)過程機(jī)械化，自動化，有利提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低本錢。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)：1.功率

7、按一定規(guī)律遞增2.安裝尺寸和功率等級相適應(yīng)3.電樞沖片級外徑的充分利用現(xiàn)已有的工藝設(shè)備4.重視零部件的標(biāo)準(zhǔn)化，通用化。5.有考慮派生的可能。第二章1. 為什么可以將電機(jī)內(nèi)部比擬復(fù)雜的磁場當(dāng)做比擬簡單的磁路來計(jì)算？答：為簡化計(jì)算，可將復(fù)雜的磁場以磁極為對稱單元，依據(jù)磁路理論，電流可找到一條磁極中心線包含全部勵(lì)磁電流的磁路簡化計(jì)算。2.磁路計(jì)算時(shí)為什么要選擇通過磁極中心的一條磁力線路徑為計(jì)算，選用其它路徑是否也可得到同樣的結(jié)果？答：磁路計(jì)算時(shí)選擇通過磁極中心的一條磁力線的原因是此路徑包圍所的電流，此路徑的氣隙和鐵心的B、H和相應(yīng)的尺寸較容易計(jì)算。選用其他路徑也可得到相同的結(jié)果。3.磁路計(jì)算的一般步

8、驟是怎么樣的？答：先算磁密，在求磁場強(qiáng)度最后求一條過磁極中心包圍全部勵(lì)磁電流的磁路及全部電流之和求出F.4.氣隙系數(shù)K的引入是考慮什么問題？假設(shè)其他條件相同，而把電樞槽由半閉口改為開口槽，那么K將增大還是減小？答：考慮到因槽開口后齒槽隊(duì)氣隙大小的影響問題而引入K，半閉口改為開口K將增大.5.空氣隙在整個(gè)磁路中所占的長度很小，但卻在整個(gè)磁路計(jì)算中占有重要的地位，為什么？答：因?yàn)樵跉庀渡系拇艍航嫡紦?jù)整條閉合磁路的60%85%，所以重要。6.在不均勻的磁場的計(jì)算中，為什么常把磁場看做均勻的，而將磁路長度ef，Lef齒聯(lián)扼磁路長度加以校正？校正系數(shù)有的大于1.有的小于1，是說明起物理意義？答：為了簡化

9、計(jì)算而將磁場看成均勻的，ef大于1比照校正是考慮到槽開口影響。Lef大于1對此是考慮邊緣效應(yīng)，而齒聯(lián)扼處有一局部磁路損失段。9感應(yīng)電機(jī)滿載是及空載時(shí)的磁化電流是怎樣計(jì)算的？他們與哪些因素有關(guān)？假設(shè)他們的數(shù)值過大，可以從哪些方面去調(diào)整效果更為顯著？答：1.先根據(jù)感應(yīng)電視E確定沒幾氣隙磁通2.計(jì)算磁路各局部的磁壓降，各局部磁壓降的總和便是每級所需要磁勢3.計(jì)算出磁化電流。他們與線圈匝數(shù)，磁路尺寸，氣隙大小，磁路飽和程度有關(guān)，假設(shè)他們的數(shù)值過大可從增加匝數(shù)，減小氣隙來調(diào)整10. 將一臺感應(yīng)電機(jī)的頻率有50改為60，維持原設(shè)計(jì)的沖片及勵(lì)磁磁勢不變，問應(yīng)如何調(diào)整設(shè)計(jì)？在不計(jì)飽和時(shí)其值為多少？解：維持沖片

10、及勵(lì)磁磁勢不變，那么磁通不變；根據(jù),當(dāng)頻率由50改為60,要保持電機(jī)輸出不變，那么匝數(shù)應(yīng)減少為原來的5/6。又，在不計(jì)飽和時(shí)，鐵耗將增加為原來的倍。11.將一臺380V，Y接法的電機(jī)改為接法，維持原沖片及磁化電流不變，問如何設(shè)計(jì)？解：Y接法的電機(jī)改為接法，將增大倍，頻率不變；那么將增大倍，又沖片不變，那么不變，槽尺寸不變，又不變，所以需增大倍，槽尺寸不變，那么線徑應(yīng)適當(dāng)減小。第三章1從等式可知，越大，漏抗標(biāo)幺值越小，對值是否也變小？為什么？漏抗絕漏抗的計(jì)算問題可以歸結(jié)為相應(yīng)的比漏磁導(dǎo)的計(jì)算。也就是，漏抗的計(jì)算可歸結(jié)為漏磁鏈的計(jì)算，對于一定的繞組，便只是漏抗磁通的計(jì)算。因?yàn)樵龃螅玫铰┐磐ㄔ龃螅?/p>

11、漏抗絕對值變大 。2. 漏抗的大小對交流電機(jī)有何影響？答：漏抗越大 電機(jī)的效率功率因素啟動轉(zhuǎn)矩將越小，勵(lì)磁電流也將減小等影響。3. 槽數(shù)越多為什么每相漏抗變小？試從物理概念進(jìn)行說明答：由漏抗=4當(dāng)槽數(shù)越多，那么說明q越大，從而漏抗變小，物理概念上可知采用分布繞組和槽數(shù)增大都是使每槽產(chǎn)生的磁勢波形的基波越接近正弦波從而減少每漏抗.4. 有些資料中把籠形繞組的相數(shù)取做等于Z2，有些資料中又取等于Z2/p，究竟應(yīng)該取等于多少？為什么？答：兩種都可以，因?yàn)槎际菍Χㄗ哟艌龅牟ㄐ芜M(jìn)行分析的。5. 槽漏抗與諧波漏抗的大小主要與哪些因素有關(guān)？答：主要關(guān)系式=4可知槽諧波漏抗的大小主要與匝數(shù)的平方及鐵心的計(jì)算長

12、度，主磁路，漏磁路的路徑有關(guān)。6. 感應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁電抗的大小主要與哪些因素有關(guān)？他對電機(jī)的性能有什么影響？答：由主要關(guān)系式=4可知在頻率f，相數(shù)m，級數(shù)2p一定的情況下，感應(yīng)電機(jī)的主電抗Xm主要與繞組每相匝數(shù)平方，基波繞組系數(shù)Kap，電樞軸向計(jì)算長度Lef及級距與氣隙之比有關(guān)。Xm其對電機(jī)性能影響有關(guān)，當(dāng)主電抗增大時(shí)，功率因素也會增加。7. 入設(shè)計(jì)的電機(jī)漏抗太大，想使之下降，應(yīng)改變哪些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)最為有效？答：由=4可知改變匝數(shù)，即適當(dāng)減少電機(jī)匝數(shù)，另外也可以調(diào)整電機(jī)尺寸，如增加電機(jī)槽數(shù)，及采用分布繞組或漏抗含量少的繞組。也可以適當(dāng)調(diào)整電磁負(fù)載。9. 4.9 感應(yīng)電機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與參數(shù)間的關(guān)系？勵(lì)磁電抗

13、定子槽漏抗轉(zhuǎn)子槽漏抗定子諧波漏抗轉(zhuǎn)子諧波漏抗定轉(zhuǎn)子端部漏抗定子每槽導(dǎo)體數(shù)增加­­¾­¾­、 ¾氣隙增大¯¾¾¯¯¾槽口寬度減小­­­­­¾槽口高度增大¾­­¾¾¾槽形變寬變矮¾¯¯¾¾¾鐵心長度增加­­­­­¾定子繞組由整距變短距

14、¯¯¾¯¾¾定子槽數(shù)增加¯¯¾¯¾¾頻率由50Hz變成60Hz­­­­­­定子繞組Y變D¯¯¯¯¯¾第四章1. 空載鐵心損耗的大小主要與哪些因素有關(guān)？答:空載鐵心損耗主要是渦流，磁滯損耗，其大小主要與磁密的平方，磁通變化快慢即電源頻率即鐵心重量等。2.要減小負(fù)載時(shí)繞組銅中的附加損耗，一般采用哪些措施？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

15、的，當(dāng)要減小負(fù)載附加損耗時(shí)，可用諧波含量少的繞組 入短路，分布繞組，也可以用斜槽，近槽配合來減少齒諧波。1. 在三相感應(yīng)電動機(jī)的設(shè)計(jì)中，選擇電磁負(fù)荷時(shí)應(yīng)考慮哪些問題？又A與Bg答：應(yīng)考慮電機(jī)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Bg之間比值隊(duì)漏抗大小，漏抗標(biāo)幺值如當(dāng)A/Bg變大時(shí)，將使感應(yīng)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流降低。2. 三相感應(yīng)電機(jī)中，氣隙的大小對電機(jī)性能有哪些影響？一臺三相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)，起動時(shí)間過長不符合要求，在不拆定子繞組的情況下，應(yīng)采取什么叫簡單的措施來解決這一問題？這樣做對電機(jī)其他性能有何影響？答：氣隙的大小主要對勵(lì)磁電流和功率因素附加損耗

16、有影響，在允許的情況下氣隙需要盡量取小些來降低勵(lì)磁電流增加功率因素。起動時(shí)間過長是因?yàn)槠饎愚D(zhuǎn)矩過小，從而可知主要因?yàn)闅庀哆^小，使附加轉(zhuǎn)矩，附加損耗都增加其由漏磁引起和諧波大。在不拆換定子繞組的情況下可車轉(zhuǎn)子外圍增大氣隙從而增大起動出力。但這樣做對電機(jī)的勵(lì)磁電流會增加從而減小功率因素。3. 從表10-3看出，在普通中小籠型三相感應(yīng)電機(jī)中，級數(shù)越多那么Di1/Di的比值越大，是說明造成這一趨勢的原因？答：由幾何相似定律，主要尺寸比k=D1內(nèi)/D2內(nèi)=D1外/D2外可推出D1內(nèi)/D1外=D2內(nèi)/D2外=k。極數(shù)增多，那么電磁負(fù)荷會增大，主要尺寸相對變小，從而使電機(jī)外徑有變小趨勢，從而k值相對會增大即

17、Di1/Di=k有增大。4. 為什么計(jì)算三相感應(yīng)電動機(jī)的起動性能必須考慮集膚和飽和效應(yīng)？他們分別對哪些參數(shù)的哪個(gè)局部有影響？答：由于起動時(shí)，電流很大會使定轉(zhuǎn)子的磁路高度飽和，另外電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率等于電源頻率，比正常運(yùn)行時(shí)高很多，這些原因真實(shí)存在，從而對起動有影響，所以必須考慮，它們?nèi)缂w效應(yīng)會增加起動電阻從而提高起動轉(zhuǎn)矩。飽和集膚效應(yīng)都會使電抗變下從而增大起動電流。5. 三相感應(yīng)電動機(jī)的電磁計(jì)算中應(yīng)考慮那些性能指標(biāo)？如果計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)效率不符合要求，應(yīng)從哪些方面著手調(diào)整？答：應(yīng)考慮1.效率。2.功率因素cos 3.最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tm/Tn 4.起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 5.起動電流倍數(shù) 6.繞組和鐵心溫升7.起動

18、過程中的最小轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。當(dāng)效率不合要求時(shí)應(yīng)選擇1.優(yōu)質(zhì)材料2.適宜的工藝 3.合理尺寸從而增有效材料的用量，降低銅耗和鐵耗。6. 如功率因素cos不符合要求，應(yīng)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(yīng)從電路方面講，設(shè)法降低勵(lì)磁電流和漏磁參數(shù)可調(diào)整電機(jī)的尺寸 如縮小定轉(zhuǎn)子槽面積，降低個(gè)局部磁密；減小氣隙，增加每槽導(dǎo)體數(shù)Ns1增大Di1，放長li或增大定轉(zhuǎn)子槽寬，減小槽高以降低X但這些調(diào)整也會帶來其它方面的影響。7. 三相感應(yīng)電機(jī)中影響最大轉(zhuǎn)矩，啟動轉(zhuǎn)矩和起動電流的是那些參數(shù)？它們之間關(guān)系如何？如果這三項(xiàng)指標(biāo)中有兩項(xiàng)或一項(xiàng)不符合要求，應(yīng)如何著手調(diào)整？答：由關(guān)系式Tm= Tst=Ist=影響Tm，Is