电机设计复习重点和课后答案(陈世坤第二版)

电机设计复习重点和课后答案（陈世坤第二版）第二章1电机的主要尺寸是指什么？【P9】它们由什么决定？【P12】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，则是指定子内径。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/(αp’KNmKdpABδ).根据这个关系式得到的重要结论有:①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;②电磁负荷A和Bδ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。这表明提高转速可减小电机的体积和重量。③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。④由于极弧系数αp’、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Bδ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。4磁路计算所依据的基本原理？【P23】答：磁路计算所依据的基本原理是安培环路定理ldH=∑I。积分路径沿着磁场强度矢量取向（磁力线），则dlH∑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，mR=δ/(Sµ.),mFeR=l/(SFe).所以气隙磁阻比铁心磁阻大得多,又因为Um=ΦmRm.所以气隙磁压降比铁心磁压降大得多,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?【P36-37】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.因为齿联轭磁密分布不均匀,齿联轭磁路全长上的磁压降Fj=LjldH0.为了简化计算,引用一个等效的均匀磁场代替不均匀磁场Hjav=LjldHLj01.Hjav和Hj存在值不同,引入磁压降校正系数Cj=HjjavH来修正.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μ.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Bδleft/(KeFbltt')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?【P51-62】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.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Ψs1=Ns(Bs1S)=Ns*S*μ.2INs/bs=N2s2Iμ.h.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dΨs2=(Ns*x/h1)dΦx=(Ns*x/h1)22Iμ.lefdx/bs.高度h1范围内由槽中电流产生的漏磁链为Ψs2=Ψ10hds2=N2sμ.lef2Idxhx102=N2s2Iμ.h1lef/(3bs).槽漏磁链总和Ψs=Ψs1+Ψs2=N2s2μ。Lef(h./bs+h1/(3bs)).即每槽漏感为：Ls'=Ψs/(2I)=N2sμ.lef(h./bs+h1/(3bs)).（bs为槽宽）第五章11电机的损耗分别为哪几种?【P76】哪些损耗是不变损耗?哪些损耗是可变损耗？【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：①定子转子铁心中的基本铁耗；②空载时铁心中的附加（杂散）损耗；③电气损耗；④负载时的附加（杂散）损耗；⑤机械损耗。其中①②⑤为不变损耗；③④为可变损耗。①③⑤为主要损耗，②④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=n1=60f/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NS≤0.05,S变化不大，也认为转速不变。对于直流电机有n=E/(CeΦ)≈Un/(CeΦ),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、180℃。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=△τ+t..其中t.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△τ=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：①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。②油冷却系统；③水冷却系统；④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？【P106】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①径向式，②前倾式，③后倾式叶片离心式风扇。效率的高低为②〉③〉①。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】答：有两种方法，为迭代法和对分法。①迭代法：2)B(1*fHHPBTB，选取B=BT,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。②对分法：2)(1/)(BfHPBBTH令F（B）=（BT-T）/P-f(B)…③，若F（Bi）=0，即Bi为方程组的解。以根所在区间的中点为第一个迭代点代入式③的右端进行计算。若计算结果与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?答：在转速相同的情况，当DbaD=lbla=hbha=bbba=…下，'PG∝'PGef∝'PP∝'4/3'PP∝P4/1'1。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l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Kδ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Kδ增大还是减小？答：气隙系数Kδ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BBKmax（见图3-11），Bδ是定子没有开槽时的磁密最大值，Bδmax是维持磁通Φ为既定值，齿顶处气隙最大磁密必须由无槽时的Bδ增加到Bδmax。由半闭口槽变成开口槽，由于磁通Φ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Bδmax增大。而Bδ不变，则Kδ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，Φm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Φm/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=4πfμ.N2lefλs/(pq),它的大小主要与槽比漏磁导λs和N2及lef有关。谐波漏抗Xδ=222)/()/()/(.4vKdpvssmqpqleffefNX它的大小主要与谐波比漏磁导、计算长度lef和匝数N有