電磁裝置設(shè)計原理

目 錄

前言

第1 章 緒論 1

11 課程設(shè)置的意義與電磁裝置的定義 1

111 課程設(shè)置的意義 1

112 電磁裝置的定義 1

12 裝置與系統(tǒng) 2

13 電磁裝置的設(shè)計計算方法 3

第2 章 電磁裝置設(shè)計的一般問題 5

21 概述 5

22 機(jī)電系統(tǒng)的能量關(guān)系 5

23 耦合磁場中的儲能和余能 9

24 耦合系統(tǒng)中的廣義電磁力 12

25 電磁功率與有效部分幾何尺寸之間的關(guān)系 16

26 能量轉(zhuǎn)換中的損耗與效率 20

261 基本鐵損耗 20

262 基本銅損耗 22

27 發(fā)熱計算基礎(chǔ) 22

271 概述 22

272 均質(zhì)物體的發(fā)熱過程 23

273 等效熱路法 24

第3 章 磁場、磁路及計算方法 27

31 磁場的基本概念和基本定律 27

32 電磁裝置的磁場與磁路 30

33 磁路基本定律 31

34 氣隙磁導(dǎo)計算 35

341 單獨磁體的磁導(dǎo) 35

342 帶氣隙鐵心柱間的氣隙磁導(dǎo) 37

第4 章 變壓器設(shè)計計算 42

41 變壓器設(shè)計的一般問題 42

411 變壓器的定額 43

412 鐵心結(jié)構(gòu)型式 44

413 繞組型式 45

42 變壓器主要尺寸的基本關(guān)系式 47

43 主要尺寸的確定 49

44 鐵心設(shè)計 49

45 繞組設(shè)計 50

451 導(dǎo)線和電流密度選擇 50

452 繞組并聯(lián)根數(shù)的選擇 52

453 繞組軸向、輻向尺寸計算 58

46 變壓器的主絕緣和縱絕緣 62

47 變壓器絕緣半徑計算 63

48 變壓器漏電抗計算 64

481 同心式繞組的漏電抗計算 64

482 對稱交錯式繞組漏電抗計算 67

483 多層繞組的漏抗 69

484 磁場解析法推導(dǎo)羅果夫斯基系數(shù) 71

49 變壓器的性能計算 74

491 鐵心重量及空載損耗 74

492 鐵耗計算 74

493 空載電流計算 75

494 負(fù)載損耗 76

410 溫升計算 77

4101 圓筒式繞組溫升計算 78

4102 餅式繞組溫升計算 79

411 配電變壓器設(shè)計實例 81

412 作業(yè) 84

第5 章 電感器設(shè)計計算 86

51 概述 86

52 鐵心電感器的電感計算 87

521 磁路法計算主電抗 87

522 軸對稱磁場解析法計算主電抗 90

523 磁路法分析計算漏磁場漏電抗 95

524 飽和時鐵心電感器的電感計算 101

53 鐵心電感器的電磁力 104

531 鐵心電感器線圈上的作用力的方向 104

532 鐵心電感器線圈上作用力的計算 105

533 鐵心電抗器的設(shè)計計算程序及算例 107

54 空心電感器的設(shè)計與計算 116

541 空心電感器的自感計算 116

542 空心電感器的自感計算 119

543 空心電感器的自感與互感計算 119

544 空心電感器線圈上作用力的方向 123

545 空心電感器線圈上電磁力的計算 123

546 空心電感器線圈的機(jī)械應(yīng)力 125

55 積分法計算空心線圈磁場 125

第6 章 感應(yīng)電動機(jī)的電磁設(shè)計 130

61 概述 130

611 設(shè)計過程及內(nèi)容 130

612 我國感應(yīng)電動機(jī)分類和主要系列 130

613 感應(yīng)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)和額定數(shù)據(jù) 132

62 主要尺寸和電磁負(fù)荷的選擇 133

621 主要尺寸及其基本關(guān)系 133

622 電磁負(fù)荷的選擇 133

623 主要尺寸比的選擇 134

624 主要尺寸的確定 135

625 氣隙長度的確定 136

63 定、轉(zhuǎn)子槽數(shù)選配與繞組設(shè)計 136

631 定子槽數(shù)及定、轉(zhuǎn)子槽配合 136

632 定子繞組設(shè)計 138

64 定、轉(zhuǎn)子鐵心槽形及槽尺寸的確定 141

641 定子槽形及槽尺寸 141

642 轉(zhuǎn)子槽形及槽尺寸 142

65 感應(yīng)電動機(jī)磁路計算 144

651 每極磁通 145

652 磁通密度和磁位降計算 145

653 勵磁電流計算 149

66 參數(shù)計算 149

661 電阻計算 149

662 電抗計算 151

67 運行性能計算 161

671 定、轉(zhuǎn)子額定電流 161

672 額定功率因數(shù) 162

673 額定效率 163

674 額定轉(zhuǎn)差率 163

675 zui大轉(zhuǎn)矩 164

68 起動性能計算 164

681 漏磁路飽和效應(yīng)對漏抗的影響 164

682 擠流效應(yīng)及其對轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響 167

69 中小型三相感應(yīng)電動機(jī)電磁設(shè)計程序及算例 168

691 基本數(shù)據(jù) 168

692 磁路計算 171

693 參數(shù)計算 172

694 運行性能計算 175

695 起動計算 177

610 作業(yè) 179

第7 章 永磁同步電動機(jī)電磁設(shè)計 180

71 概述 180

72 永磁電機(jī)用永磁材料性能的基本要求 181

73 永磁同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)型式 185

74 永磁電機(jī)的主要尺寸確定 186

75 永磁電機(jī)的磁路計算 190

751 永磁體激勵的主磁路計算原理 190

752 混合勵磁磁路的計算方法 194

753 漏磁導(dǎo)計算基本方法 198

76 永磁同步電動機(jī)的電磁設(shè)計計算程序及其說明與算例 199

761 基本數(shù)據(jù) 200

762 空載磁路計算 203

763 負(fù)載運行行為計算 210

764 損耗與效率 215

765 電負(fù)荷及過載能力計算 218

766 有效材料計算 219

767 起動特性計算 219

77 作業(yè) 225

第8 章 永磁操作機(jī)構(gòu)及其特性計算 226

81 永磁機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理 226

82 永磁機(jī)構(gòu)的等效磁路及其計算 227

83 永磁機(jī)構(gòu)的電磁力特性 229

84 永磁機(jī)構(gòu)操作過程的動態(tài)特性 230

85 作業(yè) 232

第9 章 電磁裝置磁場數(shù)值計算的基本原理和方法 233

91 概述 233

92 電磁場的基本方程 234

93 求解電磁場邊值問題的有限元法 236

931 定解問題與相關(guān)泛函的極值問題 238

932 求解域的單元剖分 238

933 單元內(nèi)近似解的選取——構(gòu)造單元的插值函數(shù) 239

934 變分問題的離散化處理——單元分析 241

935 總體合成 244

94 求解電磁場邊值問題的其他數(shù)值方法簡介 246

95 有限元數(shù)值計算軟件應(yīng)用簡介及實例 249

951 建立模型 249

952 賦予材料屬性 250

953 施加邊界條件和勵磁 250

954 設(shè)定參數(shù)與求解 251

955 后處理 252

956 永磁同步電機(jī)二維瞬態(tài)磁場

仿真實例 252

附錄 268

參考文獻(xiàn) 291

李朗如，華中科技大學(xué)知名教授，博士生導(dǎo)師，從事電氣工程本科及研究生教學(xué)和科研50余年，有豐富的教學(xué)和科研經(jīng)驗。主要作品有《電機(jī)學(xué)》《變壓器的理論計算》《互感器電抗器的理論與設(shè)計》《中小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計手冊》《中國電氣工程大典》等。

陳喬夫，華中科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。全國變壓器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員，主持并參與完成多項科研項目（含國家自然科學(xué)基金、博士點基金資助項目），獲國家ji、省部級科研和教學(xué)成果獎5項，出版專著教材4部。

周理兵，華中科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。中國電機(jī)工程學(xué)會大電機(jī)專委會委員，湖北省電工技術(shù)學(xué)會常務(wù)理事。主要從事電機(jī)及其控制理論與應(yīng)用的教學(xué)和科研工作，先后主持和完成多項各類科研課題，曾獲得省部級科技進(jìn)步獎三項，省級教學(xué)成果獎一項。主要研究方向為新型電機(jī)的運行理論及控制、電機(jī)驅(qū)動及其控制系統(tǒng)、電機(jī)與電器先進(jìn)設(shè)計技術(shù)等。

本書是一本關(guān)于電磁裝置設(shè)計基本原理的教材，屬于“電氣工程及其自動化”一級學(xué)科強(qiáng)電類、工學(xué)（工程學(xué)）門類中的專業(yè)課程范疇。

本書主要介紹由電與磁及其相互作用而構(gòu)成的電磁裝置一般性問題的分析方法，在闡述電磁裝置設(shè)計基本原理的基礎(chǔ)上，選擇幾種典型的產(chǎn)品設(shè)計過程與方法為例做介紹，如變壓器、電感器、感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)及開關(guān)永磁操作機(jī)構(gòu)等，給讀者提供設(shè)計方法的基本知識。為了適應(yīng)讀者進(jìn)行現(xiàn)代設(shè)計方法數(shù)值計算的需要，本書還介紹了磁場數(shù)值計算基本原理和軟件使用方法與算例。

本書可作為高等學(xué)校電氣工程類核心專業(yè)課程教材使用，也可作為本專業(yè)的研究生參考書，讀者需具備電路理論、電磁場、電機(jī)學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)理論知識。本書也可供從事電磁裝置設(shè)計、運行和研究的技術(shù)人員參考使用。

《電磁裝置的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計》作者ScottD.Sudhoff是從事電磁裝置計算和優(yōu)化設(shè)計的知名專家。《電磁裝置的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計》給出了常見電磁裝置（包括電感、電磁鐵和永磁電機(jī)、變壓器等）的詳細(xì)參數(shù)計算方法以及優(yōu)化算法的具體實現(xiàn)，給出了構(gòu)建優(yōu)化模型的詳細(xì)流程，并將熱分析整合到電磁裝置優(yōu)化設(shè)計中。《電磁裝置的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計》介紹的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法，方法新穎，內(nèi)容具體，可讀性強(qiáng)，為讀者提供了一種能快速進(jìn)行電磁裝置優(yōu)化設(shè)計的實用方法，對于從事電磁裝置研究、設(shè)計的科研人員、工程技術(shù)人員和研究生，具有很高的參考價值。

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