電動(dòng)機(jī)及其計(jì)算機(jī)仿真-習(xí)題及答案匯總 ch01 緒論-ch08 特殊結(jié)構(gòu)永磁電動(dòng)機(jī)研究

第1章緒論1.簡(jiǎn)述交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，成本低，效率高等，所以它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的應(yīng)用非常普遍。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，交流電動(dòng)機(jī)的容量也增至數(shù)千千瓦。三相異步交流電動(dòng)機(jī)的主要作用是拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)。2.簡(jiǎn)述電動(dòng)機(jī)的制造發(fā)展趨勢(shì)。

(1)大型化。復(fù)雜設(shè)備的驅(qū)動(dòng)需要單臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量不斷擴(kuò)大。(2)微型化。精密的小型設(shè)備或伺服電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備，電動(dòng)機(jī)的體積不斷減小，電動(dòng)機(jī)的控制精度要求不斷提高，質(zhì)量也越來越輕。(3)采用新原理、新工藝、新材料的特種高性能電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)，如無刷直流電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)、超聲波電動(dòng)機(jī)等。

3.簡(jiǎn)述直流電源的三種類型。

(1)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。(2)靜止式可控整流器。采用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。(3)直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。4.簡(jiǎn)述對(duì)于實(shí)際電力拖動(dòng)系統(tǒng)需要考慮到的情況。

（1）電動(dòng)機(jī)可能正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行。（2）電動(dòng)機(jī)可能運(yùn)行在電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。（3）負(fù)載轉(zhuǎn)矩也可能由上升過程中的制動(dòng)性變?yōu)橄陆颠^程中的驅(qū)動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。5.簡(jiǎn)述有限元仿真軟件可以進(jìn)行以下領(lǐng)域的仿真分析。

(1)電磁仿真。電磁仿真在電動(dòng)機(jī)和電器設(shè)計(jì)中扮演著非常重要的角色，它可以預(yù)測(cè)電磁轉(zhuǎn)換的效率、各個(gè)部件的損耗和發(fā)熱量、電磁力/力矩等參數(shù)，是進(jìn)一步進(jìn)行熱仿真和結(jié)構(gòu)仿真的基礎(chǔ)。(2)電場(chǎng)仿真。隨著電氣設(shè)備容量和工作電壓的提高，電場(chǎng)仿真的必要性更加迫切，它能夠預(yù)測(cè)設(shè)備的絕緣性、放電和擊穿的可能性等性能指標(biāo)。(3)熱仿真。過熱會(huì)使電動(dòng)機(jī)的可靠性降低，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)，因此熱分析與熱設(shè)計(jì)在電動(dòng)機(jī)和電器設(shè)計(jì)中非常重要，熱分析可以優(yōu)化冷卻方案，改善冷卻效果。(4)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞仿真。利用結(jié)構(gòu)分析軟件研究電動(dòng)機(jī)和電器在機(jī)械載荷和熱載荷作用下的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)和疲勞壽命，可提高設(shè)備的可靠性。(5)噪聲分析。模擬結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲和電磁噪聲。第2章電動(dòng)機(jī)基本理論1.解釋電壓變換。

2.簡(jiǎn)述正方向規(guī)定。

(1)在同一支路內(nèi)，電壓降的正方向與電流的正方向相同。(2)磁通的正方向與電流的正方向滿足右手螺旋定則。(3)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正方向與產(chǎn)生該磁通的電流正方向相同。

3.簡(jiǎn)述電樞反應(yīng)。

當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)有負(fù)載時(shí)，電樞繞組中有電流流過，它將產(chǎn)生一個(gè)電樞磁動(dòng)勢(shì)，因此有負(fù)載時(shí)的氣隙磁場(chǎng)由主極磁動(dòng)勢(shì)與電樞磁動(dòng)勢(shì)共同作用而產(chǎn)生。通常把有負(fù)載時(shí)電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞磁動(dòng)勢(shì)是由電樞電流產(chǎn)生的，從對(duì)電樞繞組的分析可以知道，相鄰的兩個(gè)電刷之間形成一條支路，在同一條支路內(nèi)元件的電流是同方向的，而在同一電刷兩側(cè)的元件中，其電流方向是相反的。因此，電刷是電樞表面導(dǎo)體中電流方向的分界線。顯然，電樞反應(yīng)與電刷的位置有關(guān)。下面以直流電動(dòng)機(jī)為例，討論不同電刷位置時(shí)的電樞反應(yīng)。4.簡(jiǎn)述電勢(shì)。

5.簡(jiǎn)述三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)的直接啟動(dòng)。

直接啟動(dòng)指采用閘刀開關(guān)或接觸器把電動(dòng)機(jī)直接與額定電源電壓相連，有時(shí)也稱全壓?jiǎn)?dòng)。這種啟動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn);不足之處就是啟動(dòng)過程中的電流大，會(huì)導(dǎo)致線路電壓下降，影響電網(wǎng)中其他負(fù)載的正常運(yùn)行。第3章三相同步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)1.解釋三相同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，一些生產(chǎn)機(jī)械要求的功率越來越大，如空氣壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、球磨機(jī)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組等，它們的功率達(dá)數(shù)百乃至數(shù)千千瓦，采用同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)更為合適。這是因?yàn)榇蠊β释诫妱?dòng)機(jī)與同容量的異步電動(dòng)機(jī)比較，有明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先，同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較高，在運(yùn)行時(shí)，不僅不會(huì)使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，相反還能夠改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，這點(diǎn)是異步電動(dòng)機(jī)做不到的。其次，對(duì)大功率低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)的體積比異步電動(dòng)機(jī)的要小些。近年來，小功率永磁轉(zhuǎn)子同步電動(dòng)機(jī)已有研制。三相同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要也由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子、轉(zhuǎn)子之間是空氣隙。三相同步電動(dòng)機(jī)的定子部分與三相異步電動(dòng)機(jī)的定子部分完全一樣，也是由機(jī)座、定子鐵芯和電樞繞組三部分組成的。其中電樞繞組也就是前面介紹過的三相對(duì)稱交流繞組。2.簡(jiǎn)述常用的三相同步電動(dòng)機(jī)型號(hào)。

TD系列，該系列一般是防護(hù)式、臥式結(jié)構(gòu)的同步電動(dòng)機(jī)，配直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁或晶閘管整流勵(lì)磁裝置?？赏蟿?dòng)通風(fēng)機(jī)、水泵、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組。TDK系列，該系列一般為開啟式，也有防爆型或管道通風(fēng)型拖動(dòng)壓縮機(jī)用的同步電動(dòng)機(jī)配晶閘管整流勵(lì)磁裝置。用于拖動(dòng)空壓機(jī)、磨煤機(jī)等。TDZ系列，該系列一般是管道通風(fēng)、臥式結(jié)構(gòu)軋鋼用同步電動(dòng)機(jī)，配直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁或晶閘管整流勵(lì)磁裝置。用于拖動(dòng)各種類型的軋鋼設(shè)備。TDG系列，該系列是封閉式軸向分區(qū)通風(fēng)隱極結(jié)構(gòu)的高速同步電動(dòng)機(jī)，配直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁或晶閘管整流勵(lì)磁裝置。用于化工、冶金或電力部門拖動(dòng)空壓機(jī)、水泵及其他設(shè)備。TDL系列，該系列是立式、開啟式自冷通風(fēng)同步電動(dòng)機(jī)，配單獨(dú)勵(lì)磁機(jī)。用于拖動(dòng)立式軸流泵或離心式水泵。

3.簡(jiǎn)述永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的原因。

齒槽轉(zhuǎn)矩是由永磁同步電動(dòng)機(jī)定子繞組電流為0時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩。永磁電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)齒槽轉(zhuǎn)矩不僅能夠使轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生周期的波動(dòng)，還會(huì)引起系統(tǒng)部件振動(dòng)和電磁噪聲，這些都會(huì)影響電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的永磁材料和定子、轉(zhuǎn)子齒槽有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，永磁電動(dòng)機(jī)中的永磁體與電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子齒或槽之間就會(huì)產(chǎn)生相互作用的切向力。由此產(chǎn)生的齒槽振動(dòng)追使永磁磁極和齒槽位置對(duì)齊。齒槽轉(zhuǎn)矩的形成只與永磁體和電動(dòng)機(jī)齒槽有關(guān)，也就是說，此時(shí)在繞組中的電流為0。這就是齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原因。4.簡(jiǎn)述齒槽轉(zhuǎn)矩分析方法。

目前計(jì)算和分析齒槽轉(zhuǎn)矩的方法很多，主要分為以下三種:能量法(又稱虛位移法)、麥克斯韋張量法和有限元分析法。5.簡(jiǎn)述齒槽轉(zhuǎn)矩削弱方法。

1)調(diào)整轉(zhuǎn)子參數(shù)；2)調(diào)節(jié)定子側(cè)參數(shù)；3)定子槽數(shù)和極數(shù)變化比、定子槽數(shù)和轉(zhuǎn)子槽數(shù)調(diào)整。第4章電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)1.解釋電壓方程。

2.簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程。

3.簡(jiǎn)述電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)等效變換的原則。

1.電流變換矩陣的確定滿足變換前后旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效；2.電流陣為正交；3.電壓變換矩陣和阻抗變換矩陣變換前后電動(dòng)機(jī)的功率不變。4.簡(jiǎn)述逆變器的開關(guān)狀態(tài)分析。

5.簡(jiǎn)述直接轉(zhuǎn)矩控制異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。

第5章電動(dòng)機(jī)MATLAB和Ansoft仿真基礎(chǔ)1.簡(jiǎn)述MATLAB中的窗口及說明介紹。

2.簡(jiǎn)述MATLAB中常用的命令。

3.簡(jiǎn)述Simulink概述。

Simulink為一款功能特別強(qiáng)大的系統(tǒng)模型搭建、運(yùn)算和進(jìn)行相關(guān)學(xué)科研究的工具M(jìn)ATLAB環(huán)境下的Simulink模塊可以形成圖形化輸出曲線，同時(shí)它可以與其他系統(tǒng)對(duì)接，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)混合建模，對(duì)于單一具體的子系統(tǒng)，可以方便地生成模塊并將其放到系統(tǒng)模塊庫中供其調(diào)用。4.簡(jiǎn)述電氣元件庫。

電氣元件庫中提供了各種線性和非線性元件，主要包括串并聯(lián)支路元件(Elements)輸配電線路元件(Lines)、斷路器元件(CircuitBreakers)、各種類型的變壓器元件(Transformers)等。5.簡(jiǎn)述MATLAB簡(jiǎn)單仿真。

電力系統(tǒng)主要研究發(fā)電、變電、輸電、配電、用電等一系列過程，在研究電力模型時(shí)，如果單靠物理模型會(huì)使建模的投資變得巨大，利用Simulink可以在工程研發(fā)的初級(jí)階段建模進(jìn)行方案的論證和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，從而大大簡(jiǎn)化工程的工作量。從事電力電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)的工作人員，經(jīng)常需要對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬與仿真計(jì)算，以優(yōu)化參數(shù)與配置，其作用就是看一下設(shè)計(jì)的硬件電路能否符合預(yù)期目標(biāo)，或者調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)效果最優(yōu)。以下主要應(yīng)用MATLAB的Simulink對(duì)電力電子器件整流和電力系統(tǒng)輸電線路自動(dòng)重合閘的過程進(jìn)行仿真。第6章電動(dòng)機(jī)Ansoft有限元仿真1.簡(jiǎn)述永磁同步電動(dòng)機(jī)尺寸參數(shù)。

2.簡(jiǎn)述電動(dòng)機(jī)仿真參數(shù)設(shè)置。

3.簡(jiǎn)述仿真結(jié)果及分析。

4.簡(jiǎn)述齒槽轉(zhuǎn)矩仿真參數(shù)設(shè)置。

簡(jiǎn)述仿真結(jié)果的分析。

從以上仿真結(jié)果可以看出，轉(zhuǎn)子槽寬度與轉(zhuǎn)子齒距之比的優(yōu)化可以減小齒槽轉(zhuǎn)矩的幅值選擇合適的轉(zhuǎn)子齒寬(Tw)和轉(zhuǎn)子距(Tp)，轉(zhuǎn)將明顯下降。另外，還可以采用磁性槽楔法更改槽口的寬度。然而，磁性槽楔塊材料導(dǎo)熱性能不是很好，齒槽轉(zhuǎn)矩的減小是有限的。閉口槽方法使槽口寬度變?yōu)榱?。因此，與采用磁性槽楔相比，采用閉口槽方法可以更有效地降低齒槽轉(zhuǎn)矩。第7章電動(dòng)機(jī)MATLAB數(shù)值仿真1.簡(jiǎn)述三繞組變壓器帶負(fù)載模型的建立。

2.簡(jiǎn)述感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)定向控制模型建立。