《電機(jī)設(shè)計(jì)》（陳世坤）課后習(xí)題答案（期末復(fù)習(xí)資料）(DOC)

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第一章

1.電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)是什么？

答：電機(jī)設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)用戶提出的產(chǎn)品規(guī)格（功率、電壓、轉(zhuǎn)速）與技術(shù)要求（效率、參數(shù)、溫升、機(jī)械可靠性），結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面國(guó)家的方針政策和生產(chǎn)實(shí)際狀況，運(yùn)用有關(guān)的理論和計(jì)算方法，正確處理設(shè)計(jì)時(shí)遇到的各種矛盾，從而設(shè)計(jì)出性能好、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、制造和使用維修便利的先進(jìn)產(chǎn)品。

2.電機(jī)設(shè)計(jì)過程分為哪幾個(gè)階段？答：電機(jī)設(shè)計(jì)的過程可分為：

①準(zhǔn)備階段：尋常包括兩方面內(nèi)容：首先是熟悉國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，收集相近電機(jī)的產(chǎn)品樣本和技術(shù)資料，并聽取生產(chǎn)和使用單位的看法與要求；然后在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定及分析相應(yīng)資料的基礎(chǔ)上，編制技術(shù)任務(wù)書或技術(shù)建議書。

②電磁設(shè)計(jì)：本階段的任務(wù)是根據(jù)技術(shù)任務(wù)書的規(guī)定，參照生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過計(jì)算和方案比較，來確定與所設(shè)計(jì)電機(jī)電磁性能有關(guān)的尺寸和數(shù)據(jù)，選定有關(guān)材料，并核算電磁性能。③結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，零部件尺寸，加工要求與材料的規(guī)格及性能要求，包括必要的機(jī)械計(jì)算、通風(fēng)計(jì)算和溫升計(jì)算。

3.電機(jī)設(shè)計(jì)尋常給定的數(shù)據(jù)有哪些？答：電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)尋常會(huì)給定以下數(shù)據(jù)：(1)額定功率(2)額定電壓

(3)相數(shù)及一致連接方式(4)額定頻率

(5)額定轉(zhuǎn)速或同步轉(zhuǎn)速(6)額定功率因數(shù)

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)尋常給定(1)～(5)；同步電機(jī)尋常給定(1)～(6)；直流電機(jī)尋常給定(1)(2)(5)其次章

1.電機(jī)常數(shù)CA和利用系數(shù)KA的物理意義是什么？

答：CA：大體反映了產(chǎn)生單位計(jì)算轉(zhuǎn)矩所消耗的有效材料（銅鋁或電工鋼）的體積，并在一定程度上反映了結(jié)構(gòu)材料的耗用量。KA：表示單位體積的有效材料所能產(chǎn)生的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，它的大小反映了電機(jī)有效材料的利用程度。

2.什么是主要尺寸關(guān)系式？根據(jù)它可以得出什么結(jié)論？

D2lefn6.1答：主要尺寸關(guān)系式為：'?'，根據(jù)這個(gè)關(guān)系式

p?pKNmKdpAB?得到的重要結(jié)論有:①電機(jī)的主要尺寸由其計(jì)算功率Pˊ和轉(zhuǎn)速n

p'之比或計(jì)算轉(zhuǎn)矩

nTˊ所決定；②電磁負(fù)荷A和Bδ不變時(shí)，一致

功率的電機(jī)，轉(zhuǎn)速較高的，尺寸較小；尺寸一致的電機(jī)，轉(zhuǎn)速較高的，則功率較大。這說明提高轉(zhuǎn)速可減小電機(jī)的體積和重量；③轉(zhuǎn)速一定時(shí)，若直徑不變而采取不同長(zhǎng)度，則可得到不同功率的電機(jī)；④由于計(jì)算極弧系數(shù)?p、波形系數(shù)KNm與繞組系數(shù)Kdp的數(shù)值一般變化不大，因此電機(jī)的主要尺寸在很大程度上和選用的電磁負(fù)荷A和Bδ有關(guān)。電磁負(fù)荷選得越高，電機(jī)的尺寸就越小。

3.什么是電機(jī)中的幾何相像定律？為何在可能狀況下，總希望用大功率電機(jī)來代替總功率相等的小功率電機(jī)？為何冷卻問題對(duì)于大電機(jī)比對(duì)小電機(jī)更顯得重要?答：在轉(zhuǎn)速一致的狀況下，當(dāng)

3'4'DaDb=

laha=lbhb=

babb=…下，∝

GP'Cef?P∝P'P'11'4∝p∝p即當(dāng)B和J的數(shù)值保持不變時(shí)，對(duì)一系列功率遞增，

P'幾何形狀相像的電機(jī)，每單位功率所需有效材料的重量G、成本Cef及產(chǎn)生損耗Σp均與計(jì)算功率的次方成反比。用大功率電機(jī)代替總功率相等的數(shù)臺(tái)小電機(jī)的原因是隨著單機(jī)容量的增加，其有效材料的重量G、成本Cef和損耗Σp的增加要慢，其有效材料的利用率和電機(jī)的效率均將提高，因此用大功率電機(jī)代替總功率相等的數(shù)臺(tái)小電功率機(jī)。冷卻問題對(duì)大功率電機(jī)比對(duì)小功率電機(jī)更顯得重要的原因是電機(jī)損耗與長(zhǎng)度l的立方成正比，而冷卻表

14面卻與長(zhǎng)度的平方成正比。功率上升，長(zhǎng)度變長(zhǎng)，損耗增加大于冷卻的增加。為了使溫升不超過允許值，隨著功率的增加，要改變電機(jī)的通風(fēng)和冷卻系統(tǒng)，從而放棄它們的幾何形狀相像。

4.電磁負(fù)荷對(duì)電機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)性有何影響？電磁負(fù)荷選用時(shí)要考慮哪些因素？

p''答：當(dāng)一定，由于?p，KNm，Kdp變化不大，則電機(jī)主要尺寸決

n定于電磁負(fù)荷。生產(chǎn)固定效率的電機(jī)，若其電磁負(fù)荷越高，電機(jī)的尺寸將越小，重量越輕，成本越低，經(jīng)濟(jì)效益越好。電磁負(fù)荷選用常需要考慮制造運(yùn)行費(fèi)用，冷卻條件，所用材料與絕緣等級(jí)，電機(jī)的功率，轉(zhuǎn)速等。

5.若2臺(tái)電機(jī)的規(guī)格，材料結(jié)構(gòu)，絕緣等級(jí)與冷卻條件都一致，若電機(jī)1的線負(fù)荷比電機(jī)2的線負(fù)荷高，則2臺(tái)電機(jī)的導(dǎo)體電流密度能否選得一樣，為什么？

答：不能選的一樣，由于：從qa=ρAJ式子上看，A1>A2由題中可知ρ1=ρ2，q1=q2，所以J1答：電機(jī)的主要尺寸是指電樞鐵芯的直徑和長(zhǎng)度。對(duì)于直流電機(jī)，電樞直徑是指轉(zhuǎn)子外徑；對(duì)于一般結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)，p'則是指定子內(nèi)徑。電機(jī)的主要尺寸由其計(jì)算功率和轉(zhuǎn)速之比或

n計(jì)算轉(zhuǎn)矩T?所決定。確定電機(jī)主要尺寸一般采用兩種方法，即計(jì)算法和類比法。

⑴計(jì)算法：選取合理的電磁負(fù)荷求得Dlef；選適當(dāng)?shù)闹饕叽绫圈朔謩e求得主要尺寸D和lef；確定交流電機(jī)定子外徑D1，直流電機(jī)電樞外徑Da，對(duì)電樞長(zhǎng)度進(jìn)行圓整，并對(duì)外徑標(biāo)準(zhǔn)化。⑵類比法：根據(jù)所設(shè)計(jì)的電機(jī)的具體條件（結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工藝等），參照已生產(chǎn)過的同類型相像規(guī)格電機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，直接初選主要尺寸及其他數(shù)據(jù)。

8.何謂系列電機(jī)，為什么電機(jī)廠生產(chǎn)的大多是系列電機(jī)？系列電機(jī)設(shè)計(jì)有哪些特點(diǎn)？

答：系列電機(jī)指技術(shù)要求，應(yīng)用范圍，結(jié)構(gòu)型式，冷卻方式，生產(chǎn)工藝基本一致，功率及安裝尺寸按一定規(guī)律遞增，零部件通用性很高的一系列電機(jī)。由于生產(chǎn)系列電機(jī)生產(chǎn)簡(jiǎn)單并給制造，使用和維護(hù)帶來很大便利，可成批生產(chǎn)通用性很高的理工部件，使生產(chǎn)過程機(jī)械化，自動(dòng)化，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)：1.功率按一定規(guī)律遞增2.安裝尺寸和功率等級(jí)相適應(yīng)3.電樞沖片外徑充分利用現(xiàn)已有的工藝設(shè)備4.重視零部件的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化5.考慮派生的可能性。

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第三章

1.為什么可以將電機(jī)內(nèi)部比較繁雜的磁場(chǎng)當(dāng)作比較簡(jiǎn)單的磁路計(jì)算？

答：為簡(jiǎn)化計(jì)算，可將繁雜的磁場(chǎng)以磁極為對(duì)稱單元，依據(jù)磁路理論?Hdl?l??電流可找到一條磁極中心線包含全部勵(lì)磁電?i，

?流的磁路簡(jiǎn)化計(jì)算。

2.磁路計(jì)算時(shí)為什么要選擇通過磁極中心的一條磁力線路徑來計(jì)算，選用其他路徑是否也可得到同樣的結(jié)果？

答：磁路計(jì)算時(shí)選擇通過磁極中心的一條磁力線的原因是此路徑包圍所有的電流，此路徑的氣隙和鐵芯的B、H以及相應(yīng)的尺寸較簡(jiǎn)單計(jì)算。選用其他路徑也可得到一致的結(jié)果。

3.磁路計(jì)算的一般步驟是怎么樣的？

答：①先根據(jù)假設(shè)條件將電機(jī)內(nèi)的磁路分段。

②利用磁路定律列寫各段的磁壓降和磁通密度的關(guān)系式，該關(guān)系式是磁路尺寸參數(shù)和材料特性的函數(shù)。

③修正磁場(chǎng)，簡(jiǎn)化磁路計(jì)算過程中帶來的偏差，給出磁壓降和磁通密度關(guān)系式的修正公式。

4.氣隙系數(shù)Kδ的引入是考慮了什么問題？假設(shè)其他條件一致，而

把電樞槽由半閉口槽改為開口槽，則Kδ將增大還是減小？答：氣隙系數(shù)Kδ的引入是考慮因槽開口的影響使氣隙磁阻增大的問題。由半閉口槽變成開口槽，由于磁通不變（由于外部電壓不變），槽的磁阻增大，通過槽的磁通減小，通過齒部的磁通增大，即Bδmax增大，而Bδ不變，Kδ將增大.

5.空氣隙在整個(gè)磁路中所占的長(zhǎng)度很小，但卻在整個(gè)磁路計(jì)算中占有重要的地位，為什么？

答：由于鐵芯磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣磁導(dǎo)率，盡管氣隙長(zhǎng)度很小，但磁阻很大，導(dǎo)致在氣隙上的磁壓降占據(jù)整條閉合磁路的60%～85%，故而十分重要。

6.當(dāng)齒磁通密度超過1.8T時(shí)，計(jì)算齒磁位降的方法為什么要作校正？

答：齒部磁密超過1.8T，此時(shí)齒部磁密比較飽和，鐵的磁導(dǎo)率μ比較低，使齒部的磁阻和槽部相比區(qū)別不是很大。這樣，一個(gè)齒距內(nèi)的磁通大部分將由齒部進(jìn)入軛部，部分磁通通過槽部進(jìn)入軛部。因而齒部中的實(shí)際磁通密度Bt比通過公式Bt?B?left計(jì)

KFel'btt算出來的結(jié)果小些，即實(shí)際的磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁壓降也會(huì)小一些，所以要進(jìn)行修正。

7.在不均勻磁場(chǎng)的計(jì)算中，為什么常把磁場(chǎng)看作均勻的，而將磁

路長(zhǎng)度（空氣隙有效長(zhǎng)度δef，鐵芯軸向有效長(zhǎng)度lef和齒聯(lián)軛磁路長(zhǎng)度Lj）加以校正？校正系數(shù)有的大于1，有的小于1，試說明其物理意義？

答：為了簡(jiǎn)化計(jì)算而將磁場(chǎng)看成均勻的，δ

ef

大于1對(duì)比校正是

考慮到槽開口影響。lef大于1對(duì)比校正是考慮邊緣效應(yīng)，而齒聯(lián)軛處有一部分磁路損失段。

8.感應(yīng)電機(jī)滿載時(shí)及空載時(shí)的磁化電流是怎樣計(jì)算的？它們與哪些因素有關(guān)？若它們的數(shù)值過大，可以從哪些方面去調(diào)整效果更為顯著？

答：1.先根據(jù)感應(yīng)電勢(shì)E確定每極氣隙磁通Φ；2.計(jì)算磁路各部分的磁壓降，各部分磁壓降的總和便是每極所需要磁勢(shì)；3.計(jì)算出磁化電流或空載特性。它們與線圈匝數(shù)，磁路尺寸，氣隙大小，磁路飽和程度有關(guān)。若它們的數(shù)值過大，可從增加匝數(shù)，減小氣隙來調(diào)整

9.將一臺(tái)感應(yīng)電機(jī)的頻率由50Hz改為60Hz，維持原設(shè)計(jì)的沖片及勵(lì)磁磁勢(shì)不變，問應(yīng)如何調(diào)整設(shè)計(jì)？在不計(jì)飽和時(shí)其值為多少？

解：維持沖片及勵(lì)磁磁勢(shì)不變，則磁通

?不變；根據(jù)

E?4.44fN?Kdp,當(dāng)頻率f由50Hz改為60Hz,要保持電機(jī)輸出不

變，則匝數(shù)N1.325p?k?f?B?V應(yīng)減少為原來的。又FeFe6，在不計(jì)飽

和時(shí)，鐵耗將增加為原來的1.27倍。

10.將一臺(tái)380V，Y接法的電機(jī)改為?接法，維持原沖片及磁化電流不變，問如何設(shè)計(jì)？

答：Y接法的電機(jī)改為?接法，E將增大3倍，頻率不變；則N??將增大

Im?K3倍，又沖片不變，則Rm不變，槽尺寸不變，又

需增大3倍，槽尺寸不變，則線

4FR????Km?NNN不變，所以N徑應(yīng)適當(dāng)減小。

11.解釋氣隙系數(shù)Kδ，有效氣隙長(zhǎng)度δef，計(jì)算極弧系數(shù)?p，波幅系數(shù)Fδ，極弧計(jì)算長(zhǎng)度bp，飽和系數(shù)Ks，波形系數(shù)KNm，殘隙δf，鐵芯疊壓系數(shù)KFe，槽系數(shù)ks，磁極漏磁系數(shù)σ的含義。答：1.氣隙系數(shù)Kδ表示了由于齒槽存在而使氣隙磁密增大的倍數(shù)2.有效氣隙長(zhǎng)度δ

ef

'‘是指用一臺(tái)無槽電機(jī)來代替有槽電機(jī)，在氣

隙磁密的值仍當(dāng)作有