沈阳工业大学电机设计习题解答

电机设计

第一章

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. 什么是主要尺寸关系是？根据他可以得出什么结论？

答：主要尺寸关系式为：D2lefn/P ’=6.1/(αp ’KNmKdpAB δ)，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B δ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B δ有关。电磁负荷选得越高电机的尺寸就越小。

3.什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Db a D =lb la =hb ha =bb ba =…下，'P G ∝'P Gef ∝'P P ∝'

4

/3'P P ∝P

4

/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。

4. 电磁负荷队电机的性能和经济性有何影响？电磁负荷选用是要考虑哪些因素？

答：当p’/n比一定，由于a’p，Knm，Kap变化不大，则电机主要尺寸决定于电磁负荷。生产固定效率电磁负荷越高，电机的尺寸将越小，重量越轻，成本越低，经济效益越好。电磁负荷选用常需要制造运行费用，冷却条件，所用材料与绝缘等级，电机的功率，转速等。

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q=ρAJ式子上看，A1>A2由题中可知ρ1=ρ2，q1=q2，所以J1

即电机1的电流密度须选得低一些。

6.什么是电机的主要尺寸比？它对电机的性能和经济性有何影响？

答：主要尺寸比λ=Lef/τ（即同D 2Lef 下电机电枢计算长度与极距之比）当D 2L 不变λ较大则1电机较细长，端部绕组短而节省耗铜，当入在正常范围内，可提高绕组铜利用率，端盖刷架，绕组支架等结构尺寸小，因此可提高电机利用系数，降低成本.2电机体积一定，重量磁密下的基本铁耗一定单附加铁耗降低，机械损耗用半径减小而降低，总损耗降低效率高3绕组端部较短从而端部漏抗及总漏抗均减小.4制冷介质的风路加长，冷却条件变差，导致轴向温度分布不均匀度增大。5使线圈制造工时和绝缘材料消耗减少。6转轴转动惯量与圆周速度较小。

7. 电机的主要尺寸是指什么？怎样确定？

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。计算功率和转速之比/P n '或转矩T '所决定。确定电机主要尺寸一般采用两种方法，即计算法和类比法。

⑴计算法：选取合理的电磁负荷求得ef

l 2D ；选适当的主要尺寸比λ分别求得主要

尺寸D 和

ef

l ；确定交流电机定子外径1D ，直流电机电枢外径a D ，对电枢长度进

行圆整，，并对外径标准化。

⑵类比法：根据所设计的电机的具体条件（结构、材料、技术经济指标和工艺等），参照已产生过的同类型相似规格电机的设计和实验数据，直接初选主要尺寸及其他数据。

8.何为系列电机，为什么电机厂生产的大多类是系列电机？系列电机设计有哪些

特点？

答：系列电机指技术要求，启用范围，结构形式，冷却方式，生产工艺基本相同，功率安装尺寸按一定规律递增，零部件通用性很高的一系列电机。因为生产系列电机有生产简单并给制造，使用和维护带来很大方便，课成批生产通用性很高的理工部件，使生产过程机械化，自动化，有利提高产品质量，降低成本。其设计特点：1.功率按一定规律递增2.安装尺寸和功率等级相适应3.电枢冲片级外径的充分利用现已有的工艺设备4.重视零部件的标准化，通用化。5.有考虑派生的可能。

第二章

1.为什么可以将电机内部比较复杂的磁场当做比较简单的磁路来计算？

答：为简化计算，可将复杂的磁场以磁极为对称单元，依据磁路理论?∑

Hl，

=I 电流可找到一条磁极中心线包含全部励磁电流的磁路简化计算。

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。

3.磁路计算的一般步骤是怎么样的？

答：先算磁密，在求磁场强度最后求一条过磁极中心包围全部励磁电流的磁路及全部电流之和求出F.

4.气隙系数Kδ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Kδ将增大还是减小？

答：考虑到因槽开口后齿槽队气隙大小的影响问题而引入Kδ，半闭口改为开口Kδ将增大.

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。

6.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（δef，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，δef大于1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。

9感应电机满载是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

10. 将一台感应电机的频率有50Z H 改为60Z H ，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：维持冲片及励磁磁势不变，则磁通Φ不变；根据Φ??=N f E 44.4,当频率f 由50Z H 改为60Z H ,要保持电机输出不变，则匝数N 应减少为原来的5/6。又

V B f k p Fe Fe ???=23.1，在不计饱和时，铁耗将增加为原来的27.1倍。

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Φ?N

将增大3

倍，又冲片不变，则m R 不变，槽尺寸不变，又

N N R K N F K

I Φ∝Φ?==m m 不变，所以N

需增大4

3倍，槽尺寸不变，则线径应适当减小。

第四章

1从等式σK X *=1

B A

δ可知，1B δ越大，漏抗标幺值越小，对值是否也变小？为什么？

漏抗绝漏抗的计算问题可以归结为相应的比漏磁导的计算。也就是，漏抗的计算可归结为漏磁链的计算，对于一定的绕组，便只是漏抗磁通的计算。因为1B δ增大，得到漏磁通增大，漏抗绝对值变大 。

2. 漏抗的大小对交流电机有何影响？

答：漏抗越大 电机的效率功率因素启动转矩将越小，励磁电流也将减小等影响。

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σX =4∑λμπpq N Lef 0f 2

当槽数越多，则表明q 越大，从而漏抗变小，物理概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. 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。 5. 槽漏抗与谐波漏抗的大小主要与哪些因素有关？

答：主要关系式σX =4∑λμπpq N Lef 0f 2可知槽谐波漏抗的大小主要与匝数的平方及铁心的计算长度，主磁路，漏磁路的路径有关。

6. 感应电机励磁电抗的大小主要与哪些因素有关？他对电机的性能有什么影响？

答：由主要关系式σX =4∑λμπpq N Lef 0f 2可知在频率f ，相数m ，级数2p 一

定的情况下，感应电机的主电抗Xm 主要与绕组每相匝数平方，基波绕组系数 Kap ，电枢轴向计算长度Lef 及级距与气隙之比δτ/有关。Xm 其对电机性能影响有关，当主电抗增大时，功率因素也会增加。

7. 入设计的电机漏抗太大，想使之下降，应改变哪些设计数据最为有效？

答：由σX =4∑λμπpq N Lef 0f 2可知改变匝数，即适当减少电机匝数，另外也

可以调整电机尺寸，如增加电机槽数，及采用分布绕组或漏抗含量少的绕组。

也可以适当调整电磁负载。

9. 4.9 感应电机设计数据与参数间的关系？

第四章

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。

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。