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’KNmKdpABδ)，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Bδ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Bδ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?

GGef?PPDalahaba1 答：在转速相同的情况，当====…下，∝∝∝∝'1/4P'P'P'DblbhbbbP''3/4P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/?（即同D2Lef下电机电枢计算长度与极距之比）当D2L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尺寸D和

D2lef；选适当的主要尺寸比?分别求得主要

lef；确定交流电机定子外径D1，直流电机电枢外径Da，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：考虑到因槽开口后齿槽队气隙大小的影响问题而引入K?，半闭口改为开口K?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（?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?4.44f?N??,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。

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将增大倍，又冲片不变，则Rm不变，槽尺寸不变，又

43倍，频率不变；则N??将增大3

Im?KFR????Km?NNN不变，所以N需增大3倍，槽尺寸不变，则线径应适当减小。

第三章

1从等式X*?K?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B?1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

A可知，B?1越大，漏抗标幺值越小，对值是否也变小？为什B?1N2答：由漏抗X?=4?f?0Lef?当槽数越多，则表明q越大，从而漏抗变?pq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？

N2答：主要关系式X?=4?f?0Lef?可知槽谐波漏抗的大小主要与匝数的?pq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？

N2答：由主要关系式X?=4?f?0Lef?可知在频率f，相数m，级数2p一?pq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?/?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？

N2答：由X?=4?f?0Lef?可知改变匝数，即适当减少电机匝数，另外也?pq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？ 励磁电抗 定子槽漏转子槽漏定子谐波转子谐波定转子端抗 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?

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 抗 ? 漏抗 ? 漏抗 ? 部漏抗 ?、 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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。

1. 在三相感应电动机的设计中，选择电磁负荷时应考虑哪些问题？又A与Bg 答：应考虑电机的材料，绝缘等级，冷却方式，使用范围，转速，功率大小等因素，A与Bg之间比值队漏抗大小，漏抗标幺值如当A/Bg变大时，将使感应电机的最大转矩，启动转矩和启动电流降低。

2. 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。

3. 从表10-3看出，在普通中小笼型三相感应电机中，级数越多则Di1/Di的比值

越大，是说明造成这一趋势的原因？

答：由几何相似定律，主要尺寸比k=D1内/D2内=D1外/D2外可推出D1内/D1外=

D2内/D2外=k。极数增多，则电磁负荷会增大，主要尺寸相对变小，从而使电机外径有变小趋势，从而k值相对会增大即Di1/Di=k有增大。

4. 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。

5. 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 3.合理尺寸从而增有效材料的用量，降低铜耗和铁耗。

6. 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。

7. 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= 224?f（R1?R1?X?）4?f（R1?R1?X?）22m1PUN?2‘m1PUN?R22UN?Ist=影响Tm，Ist是电阻和电抗大致都是成

22（UN?/Ikw）Rst?X?st1R?X22

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。

8. 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D2lefn/P’=6.1/(αp’KNmKdpABg)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?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。

9. 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?B2G，由于U?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。