湖南大学电机CAD复习要点及答案(电机设计)

1、电机的主要尺寸是指什么？ 电枢铁心的直径和长度

2、电机的主要尺寸是由什么所决定？

计算功率和转速之比P/n或转矩T所决定。

3、电机的设计流程是什么？

确定主要尺寸、磁路计算、参数计算、性能计算。

4、电机中的几何相似定律指的是什么？并由此说明了什么？

GPCefPpPP34，该式即通常所谓的几何相似定律。它表明，在

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材料的重量、成本及产生的损耗，均与功率的1/4次方成反比，也就是随着单机容量的增大，其有效材料的利用率和电机的效率均将提高。其次，这一定律可用来大体上估计与已制成电机几何形状相似，但功率不同的电机的重量、成本或损耗；也可用来分析通常是几何形状相似的系列中各规格电机之间的相应关系。

5、电磁负荷的选择主要从电机的哪些方面进行考虑？

电机的冷却条件、电机所用的材料和绝缘结构的等级、电机的功率及转速。

6、电机常数CA和利用系数KA的物理意义是什么？

CADlefnp2P1P14电机常数，电机常数大体上反映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。电机常数的倒数为KA，它表示单位体积有效材料所能产生的计算转矩，因此，它的大小反映了电机有效材料的利用程度，通常称为利用系数。随着电机制造水平的提高，材料质量的改进，利用系数将不断增大。

7、什么是主要尺寸关系式？根据它可得到哪些结论？

Dlefnp26.1pNmdp电机的主要尺寸关系式为

根据它可得出以下结论：

（1）电机的主要尺寸由其计算功率和转速之比或者计算转矩决定。

（2）电磁负荷不变时，相同功率的电机，转速较高的，尺寸较小，尺寸相同

的电机，转速较高时，则功率越大。

（3）转速一定时，若直径不变而采用不同长度，则可得到不同功率的电机。 （4）电磁负荷选的越高，电机尺寸就越小。

8、选择主要尺寸比值时，通常主要考虑的是什么？

当有效体积不变时，λ值较大的电机的外形较细长，反之则粗短。

选择λ值时，通常主要考虑电机参数与温升、节约用铜(铝)、转子的机械强度和转动惯量等方面的限制和要求。 其选择的具体要点如下：

(1) 在合理范围内适当选择较大的λ值。

lef较大而D较小，电机较细长，此时端部较短，可减少绕组端部用铜和端部各部件(端盖、轴承、刷架和换向器等)的尺寸，可使得电机端部漏抗减小、重量和成本降低及效率得以提高。

(2) 高速大型电机的λ值一般选择得较大。

由于电机细长，转子的转动惯量较小，将λ值选得较大可以满足转子材料强度限制。

(3) λ值不宜选择得过大。

λ值过大时，风路便增长，冷却条件变差，此时必须采取措施来加强冷却，对于无径向通风道的开启式或防护式的电机，为充分利用绕组端部散热，其λ值应选择的较小。此外由于铁芯细长，还将增加冲片数量，增加叠压和嵌线工时。 (4) 同步电机一般选择较大的λ值。

对于异步电机，若为中小型电机，通常取λ=0.4～1.5； 若为大型电机，通常取 λ=1～3.5，极数较多时取较大值。对于同步电机，若为凸极电机，一般取λ=0.4～1.5，并随着极数的增加而增大； 高速或大型同步电机，由于材料机械强度的限制，故λ值选择得较大，可达3～4。若为汽轮机，转速高，离心力大，为使转子机械应力不超过允许值，在加强冷却的条件下，电机的λ值随功率的增加而增大。对于直流电机，若为中小型电机，通常取λ=0.6～1.2； 若为大型电机，通常取λ=1.25～2.5。λ值越大，电枢越细长，换向条件变差，故直流电机采用较小λ值。若是要求转动惯量较小(例如轧钢机)或是大型高速的直流电机，λ值也应取得大些。

9磁路计算的目的和基本原理?

磁路计算的目的在于确定产生主磁场磁动势，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。 基本原理：全电流定律（安培环路定律）：磁场强度向量沿任一闭合回路的线积

KKAB

分等于该回路所包围的全电流（电流代数和），lHdlHdli如果积分路径沿着磁

场强度向量取向（即沿着磁力线），则l等式左边为磁场强度H在dl方向上的线积分，所选择的闭合回路一般通过磁极中心线，等式右边为回路包围的全电流，即等于没对极的励磁磁势。

10、各类电机的磁路可分为哪5段？ 空气隙；定子齿（或磁极）；转子齿（或磁极）；定子轭；转子轭。

11.1若将一台额定电压为380V，Y接法的感应电动机改为△接法保证其冲片尺寸及磁化电流不变，应如何改变其设计数据？ 对于每相来说，大致可以得出EEY根据公式E4KNMKdpfN3i

，可以得到将N增加到原来的1.732

、Im2pF00.9mNKdp倍。 或者答的详细一些 （Im2pF00.9mnKdp

F0H1L1H2L2H3L3H4L4.... ..N2pqsa

n简化计算，把电机各部分的磁场化成等效磁路，则线积分可代替求和Hili

1所以Y接法改变为接法后 I变为原来的3倍 即F0变为原来的3倍 要保证 冲片及磁化电流不变， 则应把N改为原来的3倍且电枢长度不变）

11、若将一台感应电机的额定频率由50HZ改为60HZ，要求保持励磁磁势基本不变，应改变什么为最佳？采取措施后，基本铁耗在不计饱和影响时会不会发生变化？

E4KNMfNKdp 分析得 如果要维持原设计冲片及励磁磁势不变，就要维持

56不变， 所以N要减少到原设计的.

从而保持励磁磁势基本不变、磁密不变，基本铁耗会增加。

12、写出每极磁通的计算公式，每极磁通是根据什么得到的？ 如果已知每极磁通及，，如何计算气隙磁压降？ 对于直流电机，每极磁通：EapnNa60a；

对于交流电机，每极磁通： E4KNMKdpfN。每极气隙磁通可以根据绕组感应

电动势确定。 计算气隙磁压降就在于计算极弧系数-电枢计算长度及气隙系数。

13、从等式X*KAB1可知，B1越大，漏抗标幺值越小，对值是否也变小？

为什么？

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 。

14、若电机频率由50Hz变成60Hz，则励磁电抗、漏抗将如何变化？ 增大，增大。

15、问：绕组电抗可分为哪两大类？ 主电抗和漏电抗。

16、问：集肤效应、饱和分别会对电机的一些参数会产生什么影响？ 集肤效应将使得电机槽内的有效截面减小，因而电阻增加、槽漏抗减小。 磁路饱和将使得电机铁心磁阻增加。

18、电机的损耗可分为哪四大类？

基本铁耗、电气损耗、附加（或杂散）损耗、机械损耗。

19、基本铁耗是怎么产生的，并可以分为哪几类？在频率一定的情况下，主要与

什么有关？基本铁耗是由主磁场在铁心内发生变化时产生的，这种变化可以是交变磁化或者旋转磁。化。可分为磁滞损耗、涡流损耗、轭部（齿联轭）及齿部的基本铁耗。基本铁耗在频率一定的情况下，主要与铁心中的磁通密度、材料的厚度及性能有关；此外，铁心冲叠工艺水平的高低及加工方法也

往往对铁耗的大小有重要影响。

17、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 抗 漏抗 漏抗 部漏抗 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                                         

20、谐波磁场产生的两种原因？

谐波磁场可由两种原因造成：1）电机铁心开槽导致气隙磁导不均匀；2）空载励

磁磁势空间分布曲线中有谐波存在。

21、空气冷却系统的结构类型分为哪几种？（一）开路冷却（或自由循环）或闭

路冷却（或封闭循环）；（二）径向、轴向和混合式通风系统；（三）抽出式和鼓入式；（四）外冷和内冷。

22、电机风扇的作用及其结构形式？

风扇的作用在于产生足够的压力，以驱动所需的气体通过电机。 风扇的结构形式从原理来讲可分为离心式和轴流式两种。

23、电机中热量传播的方式及其基本定律是什么？ 电机中热量传播的方式有传导、对流和辐射三种。

24、在电机的温升计算中，最主要的是计算什么？

在电机中的温升计算中，最主要的是计算绕组和铁心的温升。

25、电机的总体结构可根据哪几种分类方法来进行分类？

电机的总体结构可按通风冷却系统、防护型式和安装结构型式来进行分类。

26、简述主要类型电机的典型结构？结构设计的基本内容？

感应电机的典型结构有：1，封闭式；2，防护式；3，箱型结构。 同步电机的典型结构有：1，凸极同步电机；2，隐极同步电机

直流电机的典型结构，其基本特征是：防护式、机座带底脚、有两个端盖轴承、 单轴伸、自扇冷轴向抽风式通风系统（容量较大时也可采用外通风）。

结构设计的基本内容：（1）确定电机的总体结构型式；（2）确定零部件的结构型 式、材料、形状、尺寸、加工精度、形位公差、表面粗糙度和技术要求等；（3） 确定某些零部件（如转子铁心与轴，机座与端盖等）之间的机械连接方式、配合 种类等；（4）核算零部件的机械性能。

27、电机产生噪声的类型分为哪三类？ 电磁噪声、空气动力噪声和机械噪声。

28、电机转子固有特性的分析，主要是计算什么？

电机转子固有特性的分析，主要是计算转轴的临界转速。

29、感应电机电磁计算主要包括哪几个部分？

感应电机的电磁计算主要包括：主要尺寸与气隙的确定；定转子绕组与冲片的设 计；工作性能的计算；起动性能的计算；以及深槽式感应电机和双笼转子感应电 机的设计特点。 30、感应电机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？ 感应电机的磁化电流计算公式：Im2pF00.9mNKdp。

31、利用计算机进行电机设计的程序可分成哪三种类型？并分别予以简要阐述？

利用计算机进行电机设计的程序可以分成“设计分析”、“设计综合”、和“设计优化”种类型。“设计分析”程序是按程序员事先估计好的若干设计参量，依一定程序步骤来计算产品的性能，相当于通常的设计核算；“设计综合”程序是按照已知的性能要求，决定电机各设计参量的程序，实质上就是自动

修改并重复分析设计，最终得到适合给定要求的设计方案；“设计优化”程序是对设计问题提出明确的数学模型，然后依据现代数学的寻优理论并采用优化方法，自动得到最优方案的程序。

32、应用电子计算机设计电机大致可分为几个步骤？

选定目标、数学描述、数值处理编制程序、整理输入数据、检验程序和输出结果 分析。

33、利用电子计算机设计电机时，综合设计按能力方式可分为哪三种？ 优化目标，优化方法，综合调整。

34、由手算转变到机算的最突出问题是什么？

有两个突出问题：一是曲线与图表的处理；二是迭代的处理。

35,简述感应电动机的性能指标和额定参数并说明电磁核算程序中迭代过程 1、起动电流倍数： 越小越好 （补充）P226： 2、起动转矩倍数： 越大越好 3、起动时间： 越短越好 4、起动设备：简单、经济、可靠

1、额定功率：轴上输出的机械功率。千瓦。 2、额定电压：定子绕组的线电压，伏。

3、额定电流：电机在额定电压和功率下，定子绕组中流过的线电流，安。 4、额定频率：50赫。

5、额定转速：电机在额定电压、频率和功率下的转速，转/分。

迭代过程：（1）选定对象（2）数学描述（3）数值处理（4）编制程序（5）数据处理（6）程序检验（7）运行程序 （8）输出结果分析

36对于一台感应电机，为什么要进行磁路计算，请你把计算机辅助设计与之相对应的框图画出来？

磁路计算的目的在于确定产生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对电机各部分磁通密度选择 得是否合适。

见书P299 图11-12（上部分）

37对于一台感应电机（鼠笼），起动时有什么显著特点，请你把起动性能计算的计算机辅助设计框图画出来？

感应电机起动时有两个显著特点，一是起动电流很大，这使得转子的漏磁路高度 饱和，二是转子电流频率等于电源频率，比正常运行时高很多，使得转子导条中 的电流产生集肤效应。

见书P299 图11-12（下部分）