考考你电机设计相关知识的基本功

一、填空题（每空1分，共40分）

1、电机设计中需深刻理解和掌握几个重要状态参数的概念、物理意义及其选取规律，这几个重要状态参数包括：磁负荷Bδ、线负荷A、电流密度J、热负荷AJ、电磁负荷ABδ等。其中：

磁负荷Bδ也称气隙( )，它是指穿过气隙表面单位( )上的( )的( )值，其大小综合反映了电机磁路的运行状态和材料的利用率。Bδ选取较大时，铁磁材料用量较( )，电机的 ( )耗会较( )，对于异步电机，运行时的功率因数会较( )；对于电励磁同步电机，励磁损耗会较( )；对于永磁电机，永磁材料用量会较( )。

线负荷A是指电枢圆周单位( )上的( )值，它表明了电枢圆周上电流分布的强度，也反映了电枢反应的强弱。线负荷选取较高时，电枢反应较( )，电机的主电抗较( )，对于异步电机，空载电流较( )；对同步电机短路比较( )。

线负荷与磁负荷的乘积A•Bδ称为电磁负荷，它反映了电机运行时电枢表面的( )向磁应力，也反映了所设计电机的转矩密度。A•Bδ选取较高时,转矩密度较( )，材料利用率较( )，电机运行时的温升会较( )。

电流密度J是指线圈导体单位( )内通入电流的( )值，J²反映了导体单位( )内产生的( )，J过大时导体升温过快，从而导致绕组快速烧毁。设导体的电阻率为ρ，比热为C，密度为d，电流密度为J，则在绝热的情况下，导体的升温速度为( )k/s，因此J不可选取过高。同一个电压等级(绝缘厚度一定)的系列电机设计时，通常几何尺度较大的电机，电流密度宜选取较( )。

线负荷A与电流密度J都属于电负荷，二者的乘积AJ称为热负荷，它反映了电枢表面单位( )上的( )，其选取的依据主要取决于电机的散热能力，在电机散热能力一定时，其大小决定了电机的( )性能。通常热负荷的选取与电机的几何尺度( )关，线负荷A的选取与电机的几何尺度( )关，随着电机几何尺度的增大，热负荷选取应( )，线负荷选取应( )。

2、气隙的大小与电机的成本和性能密切相关，综合来看，气隙越大，电机的成本越( )，电机的综合性能会越( )。气隙增大，对异步电机，空载电流会( )，堵转转矩会( ),功率因数会( )；对同步电机，短路比会( )，励磁电流会( )。

二、判断题（每题1分，共10分）

( )1、同步电机并网运行时，电机的反电势高于电网电压则电机处于发电运行状态，反电势低于电网电压则电机处于电动运行状态。

( )2、冷却空气吹过发热部件表面时，应使空气流速适当变慢，否则来不及带走热源所发的热量。

( )3、电磁负荷一定时，功率大的电机不一定尺寸大，电磁转矩大的电机尺寸才会大。

( )4、电动机负载运行时安装底脚上的约束反力矩与电机的转向相反。

( )5、发电机负载运行时，安装底脚上的约束反力矩方向与电机转向相反。

( )6、同容量、不同额定电压的同步发电机在空载额定电压的励磁电流下稳态短路，高压同步电机的短路电流反而比低压同步电机短路电流小。

( )7、旋转电机运行时，储存的磁场能量主要在气隙里。

( )8、异步电机转子设计成双鼠笼结构主要是为了提高异步电动机的起动性能，通常上笼条采用电阻率较大的材料，下笼条采用电阻率较小的材料。

( )9、定转子磁极数不相等时，转子旋转会产生转矩脉动，但平均转矩为零。

( )10、永磁同步电机在短路时，不仅铜耗很大，铁耗也很大，容易烧毁电机，因此短路试验时间不能过长。

三、单项选择题（每空2分，共20分）

1、设一台电机的重量为1kg，额定功率为1kw。若保持其转速，电压不变，各处磁密和电密也不变，将所有线性尺寸成比例地放大一倍，则电机的重量将约变为：( )

A.2kg；B.4kg；C.8kg；D.16kg

电机的额定功率将约变为：( )

A.2kw；B.4kw；C.8kw；D.16kw

2、一台三相永磁同步电机作空载电动机试验，若保持电源频率一定，电压从一个足够低的值逐步增大到一个足够高的值，则其转速：( )；其空载电流：( )。

A.逐步增大；

B.逐步减小；

C.先增大后减小；

D.先减小后增大；

E. 以上都不对。

3、一个直流电磁铁，在其线圈上施加额定电压，则电磁铁吸合前与吸合后电流相比：( )；吸合前后电磁铁的吸合力：( )

A.吸合前大；

B.吸合后大；

C.基本一样大；

D.不一定。

4、上题中若是一个交流电磁铁，则吸合前后的电流相比：( )；吸合前后的吸合力(平均值)：( )。

A.吸合前大；

B.收合后大；

C.基本一样大；

D.不一定。

5、一台设计合理的异步电动机，在额定电压下，带额定转矩稳定运行，此时如果将端电压升高20%，经过足够长时间后：( )；如果将上述电机的端电压降低20%，经过足够长时间后：( )。

A.定子电流会增大甚至会烧机；

B.定子电流会减小，仍可安全运行；

C.定子电流保持不变，仍安全运行；

D.以上都不对。

四、简答题（每小题10分，共20分）

1、电机做温升试验时常用电阻法测定绕组温升，即在断能快速停机后迅速测量电机绕组的热态直流电阻，与冷态时绕组的直流电阻作比较，通过绕组直流电阻与温度之间的函数关系求取绕组的热态平均温度。通常在断能后测得的第一点绕组热态电阻最大，随着时间的延续，后续测得的热态电阻会逐步减小，这是为什么？

但有时测得的第一点电阻并不是最大值，后续测得的电阻呈现先增大后降低的现象，这又是为什么？

2、永磁同步电机稳态短路电流与转速的关系为：当转速很低时，短路电流随转速的增大而增大，当转速高到一定程度后，短路电流对转速的变化就不太敏感了，基本维持在一定值范围，与转速基本无关，因此测定永磁同步电机的稳态短路电流不一定非要在额定转速下进行，可以在任意一个较高的转速下测定，即可得到足够精确的短路电流值，试解释其原因。

五、计算题（10分）

如图为一星形接法的三相电机绕组，中性点通过N环短接在一起，设绕组中的相电流为I，计算N环中的电流值I0。

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