《电机设计》(陈世坤)课后习题答案(期末复习资料),期末考试安全预案.docx

机电设计第一章1.机电设计的任务是什么？答：机电设计的任务是根据用户提出的产品规格（功率、电压、转速）与技术要求（效率、参数、温升、机械可靠性），结合技术经济方面国家的方针政策和生产实际情况，运用有关的理论和计算方法，正确处理设计时遇到的各种矛盾，从而设计出性能好、体积小、结构简单、运行可靠、创造和使用维修方便的先进产品。2 .机电设计过程分为哪几个阶段？答：机电设计的过程可分为：准备阶段：通常包括两方面内容：首先是熟悉国家标准，采集相近机电的产品样本和技术资料，并听取生产和使用单位的意见与要求；然后在国家标准有关规定及分析相应资料的基础上，编制技术任务书或者技术建议书。电磁设计：本阶段的任务是根据技术任务书的规定，参照生产实践经验，通过计算和方案比较，来确定与所设计机电电磁性能有关的尺寸和数据，选定有关材料，并核算电磁性能。结构设计：结构设计的任务是确定机电的机械结构，零部尺寸，加工要求与材料的规格及性能要求，包括必要的机械计算、通风计算和温升计算。3 .机电设计通常给定的数据有哪些？答：机电设计时通常会给定下列数据：(1)额定功率额定电压相数及相同连接方式额定频率额定转速或者同步转速额定功率因数感应电动机通常给定(1)；同步机电通常给定(1)(6)；直流机电通常给定(1)(2)(5)第二章1.机电常数C和利用系数K的物理意义是什么？AA答：C：大体反映了产生单位计算转矩所消耗的有效材料(铜铝A或者电工钢)的体积，并在一定程度上反映了结构材料的耗用量。K：表示单位体积的有效材料所能产生的计算转矩，它的大小反A映了机电有效材料的利用程度。2 .什么是主要尺寸关系式？根据它可以得出什么结论?答：主要尺寸关系式为：D21%.=61,根据这个关系式P'KKABPNmdp6得到的重要结论有:机电的主要尺寸由其计算功率P'和转速n之比四者计算转矩T'所决定；电磁负荷A和B不变时，相同n功率的机电，转速较高的，尺寸较小；尺寸相同的机电，转速较高的，则功率较大。这表明提高转速可减小机电的体积和重量；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机电；由于计算极弧系数、波形系数K与绕组P.系数K的数值普通变化不大，因此机电的主要尺寸在很大程度dp上和选用的电磁负荷A和B有关。电磁负荷选得越高，机电的尺寸就越小。3 .什么是机电中的几何相似定律？为何在可能情况下，总希翼用大功率机电来代替总功率相等的小功率机电？为何冷却问题对于大机电比对小机电更显得重要？答：在转速相同的情况下，当DamJa'hab上下，_GocfocDbIbhbbbPP,史oe±1oep；即当B和J的数值保持不变时，对一系列功率递P,P，增，几何形状相似的机电，每单位功率所需有效材料的分量G、成本C及产生损耗p均与计算功率的工次方成反比。用大功率ef/机电代替总功率相等的数台小机电的原因是随着单机容量的增加，其有效材料的分量G、成本C和损耗p的增加要慢，其有ef效材料的利用率和机电的效率均将提高，因此用大功率机电代替总功率相等的数台小电功率机。冷却问题对大功率机电比对小功率机电更显得重要的原因是机电损耗与长度1的立方成正比，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，要改变机电的通风和冷却系统，从而抛却它们的几何形状相似。4 .电磁负荷对机电的性能和经济性有何影响？电磁负荷选用时要考虑哪些因素？答：当一定，由于，K,K变化不大，则机电主要尺寸决PftadP定于电磁负荷。生产固定效率的机电，若其电磁负荷越高，电机的尺寸将越小，分量越轻，成本越低，经济效益越好。电磁负荷选用常需要考虑创造运行费用，冷却条件，所用材料与绝缘等级，机电的功率，转速等。5 .若2台机电的规格，材料结构，绝缘等级与冷却条件都相同，若机电1的线负荷比机电2的线负荷高，贝2台机电的导体电流密度能否选得一样，为什么？答：不能选的一样，因为：从q=PAJ式子上看，A>A由题中可a12知P=P,q=q,所以J<J。即机电1的电流密度须选得低一121212些。6 .什么是机电的主要尺寸比？它对机电的性能和经济性有何影响？1答：主要尺寸比入二一f(电机电枢计算长度与极距之比)，若D21不变而入较大：ef机电将较细长，即1较大而D较小。绕组端部变得较短，ef端部的用铜(铝)量相应减小，当人仍在正常范围内时，可提高绕组铜(铝)利用率。端盖，轴承，刷架，换向器和绕组支架等结构部件的尺寸较小，分量较轻。因此单位功率的材料消耗少，成本较低。(2)机电的体积不变，因此铁的分量不变，在同一磁通密度下基本铁耗也不变。但附加铁耗有所降低，机械损耗则因直径变小而减小。再考虑到电流密度一定时，端部铜(铝)耗将减小，因此，机电中总损耗下降，效率提高。(3)由于绕组端部较短，因此端部漏抗减小。普通情况下总漏抗将减小。(4)由于机电细长，在采用气体作为冷却介质时，风路加长，冷却条件变差，从而导致轴向温度分布不均匀度增大(5)由于机电细长，线圈数目较粗短的机电较少，于是使线圈创造工时和绝缘材料的消耗减小。但机电冲片数目增多，冲片冲剪和铁芯叠压的工时增加，冲模磨损加剧；同时机座加工工时增加，并因铁芯直径较小，下线难度稍大，而可能使下线工时增多。(6)由于机电细长，转子的转动惯量与圆周速度较小，这对于转速较高或者要求机电时间常数较小的机电是有利的。7 .机电的主要尺寸是指什么？怎样确定？答：机电的主要尺寸是指电枢铁芯的直径和长度。对于直流机电，电枢直径是指转子外径；对于普通结构的感应机电和同步机电，p,则是指定子内径。机电的主要尺寸由其计算功率和转速之比一或者r计算转矩T所决定。确定机电主要尺寸普通采用两种方法，即计算法和类比法。计算法：选取合理的电磁负荷求得D2I；选适当的主要尺寸比ef人分别求得主要尺寸D和1；确定交流机电定子外径D,直ef1流电机电枢外径D,对电枢长度进行圆整，并对外径标准化。a类比法：根据所设计的机电的具体条件(结构、材料、技术经济指标和工艺等)，参照已生产过的同类型相似规格机电的设计和实验数据，直接初选主要尺寸及其他数据。8,何谓系列机电，为什么机电厂生产的大多是系列机电？系列电机设计有哪些特点？答：系列机电指技术要求，应用范围，结构型式，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机电。因为生产系列机电生产简单并给创造，使用和维护带来很慷慨便，可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，有利于提高产品质量，降低成本。其设计特点：L功率按一定规律递增2.安装尺寸和功率等级相适应3.电枢冲片外径充分利用现已有的工艺设备4.重视零部件的标准化，系列化，通用化5.考虑派生的可能性。第三章1 .为什么可以将机电内部比较复杂的磁场当做比较简单的磁路形？答：为简化计算，可将复杂的磁场以磁极其对称单元，依据磁路理论Ordr=r,电流可找到一条磁极中心线包含全部励磁电1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路线径来计算，选用其他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有的电流，此路径的气隙和铁芯的B、H以及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,磁路计算的普通步骤是怎么样的?答：先根据假设条件将机电内的磁路分段。利用磁路定律列写各段的磁压降和磁通密度的关系式，该关系式是磁路尺寸参数和材料特性的函数。修正磁场，简化磁路计算过程中带来的偏差，给出磁压降和磁通密度关系式的修正公式。4 .气隙系数K的引入是考虑了什么问题？假设其他条件相同，而S把电枢槽由半闭口槽改为开口槽，则K6将增大还是减小？答：气隙系数K的引入是考虑因槽开口的影响使气隙磁阻增大的问题。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，通过槽的磁通减小，通过齿部的磁通增大，即B增大，而B不变，K将增大.6na5 .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：因为铁芯磁导率远大于空气磁导率，尽管气隙长度很小，但磁阻很大，导致在气隙上的磁压降占领整条闭合磁路的60%85%,故而十分重要。6当齿磁通密度超过1.8T时，计算齿磁位降的方法为什么要作如答：齿部磁密超过L8T,此时齿部磁密比较饱和，铁的磁导率比较低，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份将由齿部进入辗部，部份磁通通过槽部进入拆部。于是齿部中的实际磁通密度B比通过公式B=61elt计ttKbFctt算出来的结果小些，即实际的磁场强度及磁压降也会小一些，所以要进行修正。7.在不均匀磁场的计算中，为什么常把磁场看做均匀的，而将磁路长度（空气隙有效长度6,铁芯轴向有效长度1和齿联班磁fef路长度L）加以校正？校正系数有的大于1,有的小于1,试说j明其物理意义？答：为了简化计算而将磁场看成均匀的，大于1对照校正是ef考虑到槽开口影响。1大于1对照校正是考虑边缘效应，而齿联ef辗处有一部份磁路损失段。8感应机电满载时及空载时的磁化电流是怎样计算的？它们与哪些因素有关？若它们的数值过大，可以从哪些方面去调整效果显著？答：L先根据感应电势E确定每极气隙磁通;2.计算磁路各部分的磁压降，各部份磁压降的总和便是每极所需要磁势；3.计算出磁化电流或者空载特性。它们与线圈匝数，磁路尺寸，气隙大小,磁路饱和程度有关。若它们的数值过大，可从增加匝数，减小气隙来调整9.将一台感应机电的频率由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？解：维持冲片及励磁磁势不变，则磁通不变；根据E=4.44fNK,当频率f由50Hz改为60Hz,要保持机电输出不dp变，则匝数N应减少为原来的又PFe=kFe.fi3.B2.V,在不计饱6和时，铁耗将增加为原来的1.27倍。10.将一台380V,Y接法的机电改为A接法，维持原冲片及磁化电流不变，问如何设计？答：Y接法的机电改为八接法，E将增大3倍，频率不变；贝!n.6将增大G倍，又冲片不变，则Rnl不变，槽尺寸不变，又一一FR.IE=KN=Km-NXN不变，所以N需增大弱倍，槽尺寸不变，则线径应适当减小。IL解释气隙系数K,有效气隙长度,计算极弧系数波fP幅系数F,极弧计算长度b;饱和系数K,波形系数K,残隙psNa,铁芯叠压系数K,槽系数k,磁极漏磁系数。的含义。fFe8答：1.气隙系数K表示了由于齿槽存在而使气隙磁密增大的倍数62 .有效气隙长度6是指用一台无槽机电来代替有槽机电，在气隙磁密的值仍当做有槽机电气隙磁密最大值B时，无槽机电的气6隙长度3 .计算极弧系数2工，表示气隙磁密平均值与最大值之比P=B64 .波幅系数F=I=I）,表示气隙磁密最大值与平均值之比6B-P6av5.极弧计算长度b=OuT是假想每极气隙磁通集中在一定范围PP内，并认为在这个范围内气隙磁场均匀分布，其磁密等于最大值B66,饱和系数K表示了齿部磁路的饱和程度，K_+F+F1Ovl1tz>8sF6其中，F为气隙磁压降；F为定子齿部磁压降；F为转子齿部磁