电机设计-答案.doc

1、电机的主要尺寸间的关系是什么？根据这个关系式能得出哪些重要结论？答：电机的主要尺寸间的关系是 D2lefn/P=6.1/(p KNmKdpAB ).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 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

2、尺寸就越小。2.1. 电机常数 CA和利用系数 KA的物理意义是什么？答：CA：大体反映了产生单位计算转矩所消耗的有效材料。KA：单位体积有 效材料能产生的计算转矩。2.3.什么是电机中的几何相似定律？为何在可能情况下，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 = = = =下， DbalhbaPGef4/3P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P4/1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

3、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。2.5.若 2台电机的规格，材料结构，绝缘等级与冷却条件都相同，若电机 1的线宽荷比电机 2的线宽荷高，则 2台电机的导体电流密度能否一样，为什么？答：不能选的一样，因为：从

4、q=AJ 式子上看，A1A2 由题中可知 1=2，q1=q2，所以J1J2。即电机 1的电流密度须选得低一些。3.4.气隙系数 K 的引入是考虑什么问题？假设其他条件相同，而把电枢槽由半闭口改为开口槽，则 K 将增大还是减小？答：气隙系数 K 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（见图 3-11） ，B 是定子没有开槽时的磁密最大值，B max 是维持磁通 为既定max值，齿顶处气隙最大磁密必须由无槽时的 B 增加到 Bmax 。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Bmax 增大。而 B 不变，则

5、K 变大。3.5.空气隙在整个磁路中所占的长度很小，但却在整个磁路计算中占有重要的地位，为什么？答：因为在气隙上的磁压降占据整条闭合磁路的 60%85%，所以重要。因为空气隙的磁导率比铁的磁导率小得多， =/(S.), = /(S ).所以气隙磁阻比mRmFelFe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得多,故气隙磁压降占整个回路磁压降很大的比例.3.7.在不均匀的磁场的计算中，为什么常把磁场看做均匀的，而将磁路长度（ ef，Lef 齿联扼磁路长度）加以校正？校正系数有的大于 1.有的小于 1，是说明起物理意义？答：为了简化计算而将磁场看成均匀的， ef 大于 1

6、 对比校正是考虑到槽开口影响。Lef 大于 1 对此是考虑边缘效应，而齿联扼处有一部分磁路损失段。3.9.感应电机满载时及空载时的磁化电流是怎样计算的？他们与哪些因素有关？若他们的数值过大，可以从哪些方面去调整效果更为显著？答：1.先根据感应电视 E 确定没几气隙磁通 2.计算磁路各部分的磁压降，各部分磁压降的总和便是每级所需要磁势 3.计算出磁化电流。他们与线圈匝数，磁路尺寸，气隙大小，磁路饱和程度有关，若他们的数值过大可从增加匝数，减小气隙来调整3.10. 将一台感应电机的频率有 50 ZH改为 60 Z，维持原设计的冲片及励磁磁势不变，问应如何调整设计？在不计饱和时其值为多少？解：维持冲

7、片及励磁磁势不变，则磁通 不变；根据 NfE4.,当频率 f由 50ZH改为 60 Z,要保持电机输出不变，则匝数 N应减少为原来的 5/6。又VBfkpFe23.1，在不计饱和时，铁耗将增加为原来的 27.1倍。3.11.将一台 380V，Y 接法的电机改为 接法，维持原冲片及磁化电流不变，问如何设计？解：Y 接法的电机改为 接法， E将增大 3倍，频率不变；则 N将增大 3倍，又冲片不变，则 mR不变，槽尺寸不变，又RKNFImm不变，所以 需增大 4倍，槽尺寸不变，则线径应适当减小。4.3.槽数越多为什么每相漏抗变小？试从物理概念进行说明答：由漏抗 =4 当槽数越多，则表明 q 越大，从

8、而漏抗变小，物理概XpqNLef02念上可知采用分布绕组和槽数增大都是使每槽产生的磁势波形的基波越接近正弦波从而减少每漏抗.4.4.有些资料中把笼形绕组的相数取做等于 Z2，有些资料中又取等于 Z2/p，究竟应该取等于多少？为什么？答：两种都可以，因为都是对定子磁场的波形进行分析的。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） 。4.9 感应电机设计数据与参数间的关系？励磁电抗 定子槽漏

9、抗转子槽漏抗定子谐波漏抗转子谐波漏抗定转子端部漏抗定子每槽导体数增加 、 气隙增大 槽口宽度减小 槽口高度增大 槽形变宽变矮 铁心长度增加 定子绕组由整距变短距 定子槽数增加 频率由 50Hz 变成60Hz 定子绕组 Y 变 5.1. 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涡流，磁滞损耗，其大小主要与磁密的平方，磁通变化快慢即电源频率即铁心重量等。5.2.要减小负载时绕组铜中的附加损耗，一般采用哪些措施？答：附加损耗主要由漏磁产生，而漏磁又主要是谐波和齿谐波产生的，当要减小负载附加损耗时，可用谐波含量少的绕组 入短路，分布绕组，也可以用斜槽，近槽配合来减少齿谐波。10.2

10、.三相感应电机中，气隙 的大小对电机性能有哪些影响？一台三相笼型转子感应电动机，起动时间过长,不符合要求，在不拆定子绕组的情况下，应采取什么叫简单的措施来解决这一问题？这样做对电机其他性能有何影响？答：气隙的大小主要对励磁电流和功率因素附加损耗有影响，在允许的情况下气隙需要尽量取小些来降低励磁电流增加功率因素。起动时间过长是因为起动转矩过小，从而可知主要因为气隙过小，使附加转矩，附加损耗都增加其由漏磁引起和谐波大。在不拆换定子绕组的情况下可车转子外围增大气隙从而增大起动出力。但这样做对电机的励磁电流会增加从而减小功率因素。10.5.为什么计算三相感应电动机的起动性能必须考虑集肤和饱和效应？他们

11、分别对哪些参数的哪个部分有影响？答：由于起动时，电流很大会使定转子的磁路高度饱和，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，从而对起动有影响，所以必须考虑，它们如集肤效应会增加起动电阻从而提高起动转矩。饱和集肤效应都会使电抗变下从而增大起动电流。10.6.三相感应电动机的电磁计算中应考虑那些性能指标？如果计算结果发现效率 不符合要求，应从哪些方面着手调整？答：应考虑 1.效率 。2. 功率因素 cos 3.最大转矩倍数 Tm/Tn 4.起动转矩倍数 5.起动电流倍数 6.绕组和铁心温升 7.起动过程中的最小转矩倍数。当效率 不合要求时应选择 1.优质材料2.合适的工艺

12、 3.合理尺寸从而增有效材料的用量，降低铜耗和铁耗。10.7.如功率因素 cos 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他后果？答：应从电路方面讲，设法降低励磁电流和漏磁参数可调整电机的尺寸 如缩小定转子槽面积，降低个部分磁密；减小气隙，增加每槽导体数 Ns1 增大 Di1，放长 li（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它方面的影响。10.8.三相感应电机中影响最大转矩，启动转矩和起动电流的是那些参数？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？答：由关系式 Tm= Tst=）（ 2NXR1f4mPU）（ 22NXR1

13、f4mPUIst= 影响 Tm，Ist 是电阻和电抗大致都是成stRtIkw2N/U）（ 2比例关系而 Tst 与转子电阻成正比关系。调整则主要是从 X 电抗入手调整。10.9.一台原设计用铜线绕制的三相感应电动机，修理时若改用铝线绕制，为尽可能提高电动机的出力，假定：（1）原来气隙磁密偏低（2 ）原来槽满率偏低，重绕时应如何考虑？工注铝的电阻率约为铜的 1.6 倍。答：提高出力则需要提高功率由主要尺寸比 D lefn/P=6.1/(pKNmKdpABg)和只重绕线2圈可知式子中 D L，p/n 及 ap，Knm ，Kdp 都不变则 应设法增加磁密 Bg 因为面积不变则相应2增大从而可提高功率

14、增加出力，所以 U 不变且 U N , 增大，则在匝数要减少，线径适当 增大，但是由于线径增大会使槽满率减小，所以应多根导线并绕，另外在提高功同时要保证效率磁密增加导致损耗增加，要控制铜耗就要降低电阻 R，只需尽量增加铝的线径来尽可能提高效率。10.10.将一台感应电机的定子绕组匝数增加 5%，同时将铁心长度减小 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：由于铁心长度减少 5%，由于主要尺寸比可知 K 为 5%（减小）而 Pfe B G，由于2U N ,可知 减少 5%（因为 U 一定匝数 N 增加 5%）, =BS,S 减少 5%的平方，可知 B 应增

15、加 5%， 因为 G k 则 Pfe 减少 5%，I0=F0/Nf，F 应变小 5%（F= Rm， 减少 5%）N 增加 5% ，则 I0 减小 5%的平方）性能指标功率因素会增加，最大转矩减小，铜铁耗将减小。空载电流减小。例题 1. 两台电机定转子铁心完全一样，一台 vuN201， 1P、 A、 B、 n、 J（已知） ，另一台 vuN102， A、 B、 n、 J相同，问 =？如何设计？解：因为 J、 B、n、f 相同，两台电机几何相似，又因为两台电机定转子铁芯完全一样，所以几何相似比为 1，所以 12P， 122NuE,根据 NfE4.，铁芯一样，B相同，所以 不变，所以 2，槽尺寸一样

16、，所以线径 12d， 12I。例题 2.已知电机 1，2 的主要关系如下，填出空白部分数字P C G KAP电机 1：1KW 100 10Kg0.1KW 10/11 1/10电机 2：16KW 800 80Kg0.8KW 16/16.8 1/5解:由主要尺寸比 k= =0.5 则 G k ；C k ；KA k， =P/（P+ ） 。42/133P例题 3.欲提高电机容量 16 倍，铁心内径与长度之比不变，已知线负荷与长度成正比，维持B，J 不变，问 Di2，L2，N2，Qa2 如何变化？答：由主要尺寸比可知 k= =2 则 Di2/Di1=L2/L1=k，则 Di2，L2 都增大约原来的 242P/1倍，因为 Un N ； =BS；S ；S 增加到 4倍，所以 也增加到原来的 4倍，q = ， ka2AJ则 q L，则 q 也增加到原来的 2倍。a2a2