电机设计.docx

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电机设计

电机设计

[填空题]

1根据电机主要尺寸关系式可以得出哪些结论？

（在一定合理范围内）

参考答案：

1.相同体积的电机，转速越高，功率越大。

2.电磁负荷A和Bδ不变时，相同功率的电机，转速越高，尺寸越小；尺寸相同的电机，转速越高，则功率越大。

3.相同转速的电机，体积越大，功率越高。

4.功率一定，转速相同的电机，电磁负荷A和Bδ越大，体积约小。

[填空题]

2怎样将电机内部比较复杂的磁场转化为比较简单的磁路来计算？

简述大致的转化步骤。

参考答案：

计算复杂的磁场首先需要准确计算各点磁密构成三维磁场，在忽略边缘效应并用无限大的平面垂直轴截面，在截面上形成了二位磁场，沿周向对称选取一对极可以将其进一步转化为一对极下的二维磁场，最后根据安培环路定律选取通过磁路中心线的一个特殊的环路进行分析，最终简化为一个简单的磁路。

[填空题]

3感应电机主电抗的大小主要与哪些因素有关？

参考答案：

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的平方，基波绕组系数Kdp1，电枢轴向计算长度lef及级距与气隙之比τ/δ有关。

[填空题]

4三相感应电机中，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，应采取什么简单措施来解决这一问题？

这样做对电机性能有何影响？

参考答案：

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以增加功率因数。

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，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。

但这样做会使电机的励磁电流增加进而功率因数减小。

[填空题]

5设计一台电机必须确定许多尺寸，其中起到决定性作用的是电机的主要尺寸，电机的主要尺寸是指（）和（）

参考答案：

电枢铁心的直径；长度

[填空题]

6电磁负荷A和Bδ不变时，相同功率的电机，转速较高的，尺寸（）；尺寸相同的电机，转速较高的，则功率（）

参考答案：

较小；较大

[填空题]

7电机中用的硅钢片按制造工艺可分为（）和（）两种。

参考答案：

冷轧；热轧

[填空题]

8我们把电抗区分为（）和（），在感应电机中被称为励磁电抗的是（），在同步电机中，则被称为（）

参考答案：

主电抗；漏电抗；主电抗；电枢反应电抗

[填空题]

9基本铁耗在铁心中会引起（）和（）

参考答案：

磁滞损耗；涡流损耗

[填空题]

10按所连接的是齿或是磁极可把轭分为（）和（）

参考答案：

极联轭；齿联轭

[填空题]

11磁路计算的目的是什么？

参考答案：

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。

[填空题]

12异步电机与同步电机绕组漏抗分别由哪几部分组成？

参考答案：

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。

[填空题]

13电机的损耗分别为哪几种？

哪些损耗是不变损耗？

哪些损耗是可变损耗？

哪些损耗是主要损耗？

哪些损耗是次要损耗？

参考答案：

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损耗；3.电气损耗；4.负载时的附加损耗；5.机械损耗；其中1、2、5为不变损耗，3、4为可变损耗，1、3、5为主要损耗，24、为次要损耗。

[填空题]

14起主要与决定作用的是（），其中包括电枢铁心的（）和（）

参考答案：

电机的主要尺寸；直径；长度

[填空题]

15CA为（），其物理意义为（）

参考答案：

电机常数；单位计算转矩所消耗的有效材料的体积

[填空题]

16感应电机定子漏抗包括（）、（）、（），其中与铁心长度无关的（），与气隙长度有关的是（），且与其成（）比。

参考答案：

槽漏抗；端部漏抗；谐波漏抗；端部漏抗；谐波漏抗；反

[填空题]

17气隙过小将会出现什么影响？

参考答案：

1.气隙磁压降小，Im减小，效率因数增大；

2.电抗增大，转矩减小；

3.谐波转矩，损耗噪声增大；

4.机械可靠性降低、

[填空题]

18A较高，气隙磁密不变，会有什么影响？

参考答案：

尺寸和体积变小，节省材料；铁心重量减小，铁耗减小；绕组匝数增多；电枢表面铜耗增加，温升增高；Tst，Ist，最大转矩降低。

[填空题]

19选择槽配合时应主要考虑的原则是什么？

参考答案：

1.为了减小附加损耗，应采用少槽近槽配合；

2.为了避免在起动过程中产生较强的异步附加转矩，应使Z2≤1.25（Z1+p）

3.选用槽配合时，注意防止在起动过程中，产生较强的同步附加转矩、振动和噪声。

[填空题]

20空气隙的大小应如何确定？

参考答案：

通常气隙δ选取得尽可能的小，以降低空载电流，因为感应电动机的功率因数cosφ主要取决于空载电流。

但是气隙不能过小，否则出了影响机械可靠性外，还会使谐波磁场及谐波漏抗增大，导致起动转矩和最大转矩减小，谐波转矩和附加损耗增加，进而造成较高的温升和较大噪声。

[填空题]

21在级数和相数不变的情况下，每极每相槽数q1如果选用的较大时，对电机会有什么影响？

参考答案：

1.由于定子谐波磁场减小，使附加损耗降低，谐波漏抗减小；

2.一方面每槽导体数减小，使槽漏抗减小；另一方面槽数多了，槽高与槽宽的比值相应增大，使槽漏抗增大，但是这方面影响较小；

3.槽中线圈边的总散热面积增加，有利于散热。

4.绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率降低。

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[填空题]

22在电机设计过程中，每级每相槽数q1较大时，对电机的影响eb

参考答案：

1.附加损耗降低，谐波漏抗减小；

2.每槽导体数减小，槽漏抗减小。

槽数增加，槽高与槽宽的比值相应增大，使槽漏抗增加；

3.槽中线圈边的总散热面积增加，有利于散热；

4.绝缘材料用量和加工工时增加，槽利用率降低。

[填空题]

23感应电机励磁电抗的大小主要与哪些因素有关？

它对电机的性能有何影响？

参考答案：

励磁电抗主要与主磁导λm、匝数N和计算长度lef有关。

主要影响感应电机的性能为功率因素。

[填空题]

24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？

参考答案：

[填空题]

25电机的机械损耗可以分为哪些？

通风损耗是由于什么产生的？

参考答案：

1.轴承摩擦损耗。

2.电刷摩擦损耗。

3.通风损耗

由转子旋转引起的转子表面与冷却气体之间的摩擦损耗以及安装在电机转轴上的或由电机本身转轴驱动的风扇所需的功率。

[填空题]

26转子槽数怎样选择比较好？

参考答案：

1.尽可能选近槽配合，少槽；

2.尽可能减少异步附加转矩；

3.尽可能减少同步附加转矩；

4.减少震动和噪声。

[填空题]

27梨形槽与梯形槽相比有哪些优势？

为了避免开口槽有较大的空载附加损耗，可采用什么措施，但是会引起什么变化？

参考答案：

前者的槽面积利用率较高，冲模寿命较长，而且槽绝缘的弯曲程度较小，不易损伤，所以用的比较广泛。

采用磁性槽楔，但此时槽漏抗变大。

[填空题]

28定转子槽型的选择和槽型尺寸的设计在设计电机过程中，对电机的各方面参数以及性能都有很大影响。

那么在设计笼型转子槽型尺寸时的大体步骤是什么？

若在设计的过程中电密选大和选小分别对转子电阻，启动转矩，损耗，效率，以及温升都会有怎样的影响？

参考答案：

步骤以平行齿为例，根据磁密开槽，电流I2→选择磁密JB→导条所需面积→开槽。

若JB选小了，转子电阻R减小，起动转矩Tst减小；若JB选大了，电阻R增大，损耗变大，效率减小，温升增大。

[填空题]

29何为集肤效应？

集肤效应的直接后果是什么？

间接又对损耗，效率，转矩等性能产生怎样的影响？

参考答案：

集肤效应又称挤流或者趋表，是由于导体内部涡流作用，使得导体中的电流趋向表面，这种现象称之为集肤效应。

直接后果：

槽有效面积减小，电流挤到上部，R增大，匝链导体的漏磁力线减少，Xs减少。

间接影响：

R增大，损耗增大，效率减小；Xs减小，转矩T增大，气动性能变好。

[填空题]

30电机的主要尺寸有哪些量？

设计时电枢铁心长度选择大了，分别对铁耗，电机参数，基磁电流和性能有什么影响？

参考答案：

lef增大→S增大→B减小→PFe减小；参数R增大，X增大；基磁电流Im减小；Im减小→功率因数增大，X增大→Tm，Tst均减小→Tst减小。

[填空题]

31什么是系列电机？

参考答案：

所谓系列电机，是指技术要求、应用范围、结构形式、冷却方式、生产工艺基本相同，功率及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。

[填空题]

32磁路计算时选取磁极中心线的原因。

参考答案：

在电机中，沿电枢圆周方向气隙磁场不是均匀分布的。

为了计算方便，通常计算是最大气隙磁通密度所在的磁极中心线处的气隙磁压降。

[填空题]

33什么是集肤效应？

集肤效应的直接后果是什么？

间接又对损耗，效率，转矩等性能产生怎样的影响？

参考答案：

集肤效应又称挤流或者趋表效应，是由于导体内部涡流作用，使得导体中的电流趋向表面，这种现象称之为集肤效应。

直接后果：

槽有效面积减小，电流挤到上部，R增大，匝链导体的漏磁力线减少，Xs减少。

间接影响：

R增大，损耗增大，效率减小；Xs减小，转矩T增大，气动性能变好。

[填空题]

34一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。

参考答案：

提高出力则需要提高功率由主要尺寸比D2lefn/p’=6.1/аp’KNmKdpAB&和只重绕线圈可知式子中D2L，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增大从而可提高功率增加出力，所以U不变且U∝NΦΦ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。

[填空题]

35集肤效应是如何产生的？

集肤效应的直接后果是什么？

间接后果又对损耗，效率，转矩等性能产生怎样的影响？

参考答案：

集肤效应又称挤流或者趋表，是由于导体内部涡流作用，使得导体中的电流趋向表面，这种现象称之为集肤效应。

直接后果：

槽有效面积减小，电流挤到上部，R增大，匝链导体的漏磁力线减少，Xs减少。

间接影响：

R增大，损耗增大，效率减小；Xs减小，转矩T增大，气动性能变好。

[填空题]

36三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？

参考答案：

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：

1.优质材料

2.合适的工艺

3.合理尺寸从而增有效材料的用量，降低铜耗和铁耗。

[填空题]

37气隙是机电能量转换的媒介，假如气隙选小了对电机有什么影响？

参考答案：

1）气隙小了，与之对应的气隙磁压降相应的减小了，与之平衡的磁压降减小了，激磁电流变小了，功率因数变大了。

2）气隙小了，由于漏抗与气隙成反比，总的漏抗增大了，对应转矩下降了。

3）气隙小了，开槽的影响增大，对应的谐波磁场变大，谐波转矩、损耗、噪声增大。

4）气隙小了，单边磁拉力影响变大，可靠性降低。

[填空题]

38定子槽数根据什么选择的？

若其选大了对电机有什么影响？

参考答案：

1）谐波磁场减小，谐波漏抗减小。

2）槽数变多了，散热好了。

3）电机尺寸不变对应的槽变小了，匝数变小了，电抗减小，转矩增大。

4）槽多，槽小，下线困难。

5）槽绝缘用量增多，加工的工时也增多。

[填空题]

39功率因数是电机设计中要考虑的一个重要的参数，提高功率因数的措施有哪些？

参考答案：

1）缩小定转子槽面积。

2）减小气隙。

3）增加每槽导体数。

4）增大定子内径，加长铁心长。

（1、2、3、4都是为了减小磁压降以减小激磁电流）

5）增大定转子槽宽，减小槽高以降低漏抗。

[填空题]

40将一台感应电机的频率有50Hz改为60Hz，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？

参考答案：

维持冲片及励磁磁势不变，则磁通Φ不变；根据E=4.44F*N*Φ，当频率f由50Hz改为60Hz，要保持电机输出不变，则匝数N应减少为原来的5/6。

又PFe=KFe·f1.3·B2·V，在不计饱和时，铁耗将增加为原来的1.27倍。

[填空题]

41电磁负荷选择遵循哪些原则？

参考答案：

1）A和选择要是适当比例（A选高废铜选高废铁）；

2）用好的导电导磁材料A，可以选大些；

3）工艺水平高A，可选大些；

4）冷却条件好A，可选大些。

5）高等级绝缘A，可以选大些.

[填空题]

42基本损耗的大小主要与哪些因素有关？

它产生的原因及产生位置是什么？

参考答案：

基本铁耗与磁通密度B、频率f、重量G和厚度有关；

原因是主磁通在铁心中交变 位置是定子铁心。

[填空题]

43电磁负荷对电机性能和经济性能有何影响？

电磁负荷选用时需要考虑哪些因素？

参考答案：

对电机性能和经济性能的影响；气隙磁密B不变线负荷A较高

1）电机尺寸和体积较小，可节省钢铁材料。

2）B一定时，由于铁心重量减小铁耗随之减小。

3）绕组用铜量将增加。

4）增大了电枢单位表面积上的铜耗，使绕组温升升高。

5）影响电机参数与电机特性，如电抗增大，使电机最大转矩、起动转矩和起动电流降低。

线负荷A不变，气隙磁密B较高

1）电机的尺寸和体积将减小，可节省钢铁材料。

2）电枢基本铁耗增大。

效率降低。

冷却条件不变的情况下温升也将升高。

3）气隙磁位降和磁路的饱和度增加。

使用铜量和励磁损耗增加效率降低，温度升高，功率因素变坏。

4）随着B增加电抗增大，使电机最大转矩、起动转矩和起动电流降低。

需要考虑的因素

1）A和B的比例要适当

2）用好的导电材料、导磁材料A、B可选的大一些。

3）工艺水平高A、B可选的大一些。

4）冷却条件好A、B可选的大一些。

5）电机的圆周速度高A、B可选的大一些。

6）高等级绝缘材料A、B可选的大一些。

[填空题]

44绕组的漏电抗由哪几部分构成？

分别与那种磁通有关？

参考答案：

1）槽漏抗与漏磁通有关。

2）谐波漏抗与主磁通中谐波部分有关。

3）端部漏抗与绕组端部漏磁通有关。

4）齿顶漏抗与主磁通基波中的一部分有关。

[填空题]

45在电机设计完成时发现功率因数小于标准要求值应如何处理？

参考答案：

功率因数等于定子电流有功分量比定子电流。

因此要增大功率因数应增大有功电流或减小无功电流，减小无功电力方法如下：

减小Im

1）缩小定转子槽面积，降低各部分磁密；

2）减小气隙：

3）增加每槽导体数

4）增大Di1，放长Li

减小Ix

1）增大定转子槽宽、减小槽高

[填空题]

46降低感应电动机的负载时的附加损耗的措施？

参考答案：

1.采用谐波含量较少的各种定子绕组形式。

2.采用近槽配合。

3.采用斜槽，同时注意改进转子铸铝工艺或采用其他工艺，以增大导条和铁心间的接触电阻。

[填空题]

47负载时的附加损耗产生的原因以及形成？

参考答案：

负载时产生的附加损耗的主要原因是由于环绕着绕组存在的漏磁场。

这些漏磁场在绕组中以及在所有邻近的金属结构件中感生涡流损耗。

定子和转子绕组在气隙中建立的谐波磁势所产生的谐波磁场以不同的速度相对转子和定子在运动，在铁心中和在鼠笼绕组中也会感生涡流，产生附加损耗。

[填空题]

48电机设计时给定的数据有哪些？

参考答案：

额定功率，额定电压，相数及相间连接方式，额定频率，额定转速或同步转速，额定功率因数。

[填空题]

49简述各种电机励磁电流或空载特性的计算步骤？

参考答案：

根据感应电势E确定每极气隙磁通、计算磁路各部分的磁压降，各部分磁压降的总和便是每极所需磁势、计算磁化电流或空载特性。

[填空题]

50电磁负荷对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？

参考答案：

当p’/n一定时，由于a’p，Knm，Kdp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。

[填空题]

51三相感应电机中，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？

参考答案：

气隙的大小主要对励磁电流、功率因数和附加损耗有影响，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数。

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。

[填空题]

52写出电机的主要尺寸关系式。

若n不变，如何增大P’？

参考答案：

主要尺寸关系式：

D2lefn/p’=6.1/аp’KNmKdpAB&增大P’：

D不变，增大lef，即将冲片变大。

[填空题]

53电机损耗分为哪几种？

各产生在什么位置？

参考答案：

（1）基本铁耗-产生位置：

定子铁心

（2）空载时附加损耗-产生位置：

铁心表面和齿中

（3）电气损耗-产生位置：

绕组中

（4）负载时附加损耗-产生位置：

绕组、周围金属构体

（5）机械损耗-产生位置：

转子旋转

[填空题]

54简述气隙选小了的影响。

参考答案：

①气隙磁压降减小，与之平衡的磁压降减小，Im下降 空载电流下降，功率因数增加；

②电抗增加，转矩减小；

③谐波磁场增加，谐波转矩，损耗噪声增加；

④可靠性下降，易扫膛。

[填空题]

55转子槽数的选择应根据什么确定选择时应注意什么？

参考答案：

应根据槽配合确定

注意：

①尽可能选择近槽少槽配合（可减少附加损耗）

②尽可能减少异步附加转矩Z2≤1.25（Z1+P）

③尽可能减少同步附加损耗

[填空题]

56对于转子铁心直接套轴的两极感应电机在计算轭部计算高度时应注意什么？

参考答案：

对于直接轴套在铁心上的两极电机，没有支架的Di2不可直接用，因为轭部磁密非常大应除以三后使。

[填空题]

57什么是集肤效应？

集肤效应对电机有什么影响？

参考答案：

当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，且电流集中在导体的“皮肤”部分的一种现象。

导线内部实际上电流变小，电流集中在导线外表的薄层。

结果导线的电阻增加，使它的损耗功率也增加。

这一现象称为集肤效应（skin effect）。

（1）电阻增大，效率降低

（2）槽漏抗降低，起动转矩上升，启动性能好

[填空题]

58简述电机设计的设计过程。

参考答案：

用户要求——任务书——电磁方案——总装草图——机械设计

[填空题]

59写出电机的主要尺寸关系式，并根据主要尺寸关系式分别讨论当电机计算功率、电机体积、电机转速为定值时所对应的电机的特征。

参考答案：

①若P’不变，n增大则D2lfe减小，电机具有高转速小体积的特点，常用于航天。

②若D2lfe不变，n增大则P’增大，说明高转速、高功率的电机和低转速、低功率的电机体积可以是相同的。

③若n不变，D2lfe增大则P’增大，说明转速相同的电机体积和功率成正比变化。

[填空题]

60写出电机总漏抗的表达式。

并根据公式判断若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？

参考答案：

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。