电机设计

第二章

1.什么是主要尺寸关系式?根据它可得出哪些重要结论?答：电机的主要尺寸间的关系是D 2l ef n/P’=6.1/(α’p’K Nm K dp AB 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 、 K Nm 与K d 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。

2.电极常数C A 和利用系数K A 的物理意义是什么？答：电机常数CA 大体上反映了产生单位计算转矩所耗用的有效材料的体积，并在一定程度上反映了结构材料的耗用量。电机系数KA 称为利用系数表示单位面积有效材料所能产生的计算转矩，它的大小反映了电机有效材料的利用程度。

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、成本及产生损耗均与功率的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.电磁负荷对电机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：（一）线负荷A 较高，气隙磁密B δ不变。（1）电机的尺寸和体积将变小，可节省钢铁材料；（2）B δ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上的铜耗，使绕组温升增高；（5）影响电机参数与电机特性。（二）气隙磁密B δ较高，线负荷A 不变。（1）电机尺寸和体积将较小，可节省钢铁材料；（2）使电枢铁耗增加；（3）气隙磁位降和磁路饱和程度将增加；（4）影响电气参数与电机特性。电磁负荷选择时要考虑的因素很多（1）不应选择过高的A 、B δ数值，还应考虑它们的比值要适当；（2）电机的冷却条件；（3）电机所用的材料和绝缘结构的等级；（4）还和电机的功率及转速有关，确切地说是与电枢直径及转子的圆周速度有关。

5.若两台电机的规格、材料、结构、绝缘等级与冷却条件均相同，若电机1的线负荷选的比电机2的高，则两台电机的导体电流密度能否选择得一样，为什么？答：不能，由线负荷较高的优缺点去回答。优点：1）电机的尺寸和体积将变小，可节省钢铁材料；（2）B δ一定时，由于铁心重量减小，铁耗随之减小；缺点：3）绕组用铜量将增加；（4）增大了电枢单位表面上的铜耗，使绕组温升增高；（5）影响电机参数与电机特性。

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=ιef／τ，就是交流电机电枢的计算长度和极距之比。它的影响是：若D2ιef不变，而λ较大时(1)电机将较细长，即ιef较大而D较小；

(2)今电机的体积未变，因为铁的重量不变，在同一磁密下基本铁耗也不变；(3)由于绕组端部较短，因此端部漏抗减小；(4)由于电机细长，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)由于电机细长，线圈数目常较粗短的电机为为少，因而是线圈制造工时和绝缘材料的消耗减少；(6)由于电机细长，转子的转动惯量与圆周速度较小，这对于转速较高或要求机电时间常数较小的电机是有利的。

7.电机的主要尺寸通常是怎样确定的？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。由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l

ef D2；选适当的主要尺寸比；分别求得主要尺寸D和l

ef

；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，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.何谓系列电机？为什么一般电机厂生产的大多是系列电机？系列电机设计有哪些特点？答：系列电机是指技术要求、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电机。一般电机厂生产的大多是系列电机，因为（1）系列电机的额定功率具有一定范围，按一定比例递增，且为硬性等级；（2）系列电机的额定电压系按规定的标准电压等级选用其中一种或几种；（3）系列电机有一定的转速范围或等级。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）电枢冲片外径的确定；（4）重视零部件的标准化、系列化和通用化；（5）考虑派生的可能性。

第三章

1.为什么可以将电机内部比较复杂的磁场当作比较简单的磁路来进行计算？答：把电机分成若干扇形段，每个扇形段包含一对磁极，所有扇形段的磁场分布图都是相同的。要确定建立磁场所必须的磁化力，只要计算一个扇形范围内的磁场就够了。为了简化计算，通常把电机各部分的磁场化成等效的各段磁路。

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所选择的一条磁力线要包含每极对磁通的全部电流。选用其它路径不能得到同样的结果。

3.磁路计算的一般步骤是怎样的？

答：

4气隙系数K

δ的引入是考虑什么问题？假定其他条件相同，而把电枢槽由半闭口槽改为开口槽，则K

δ增大还是减小？

答：气隙系数K

δ的引入是考虑因槽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Φ不变（因为外部电压不变），槽的磁阻增大，通过槽

的所有磁通减少，通过齿部的磁通增大，即B

δmax增大。而Bδ不变，则Kδ变大。

5.空气隙在整个磁路中所占的长度很小，但它在整个磁路计算中却占有十分重要的地位，这是为什么？答：电机的磁路可分为如下各段：（1）空气隙；（2）定子