開關(guān)電器現(xiàn)代設(shè)計方法

本書可作為高等學(xué)校電氣工程專業(yè)本科生“現(xiàn)代電器設(shè)計方法”課程的教材。開設(shè)此課程的目的是采用開關(guān)電器現(xiàn)代設(shè)計方法搭建一座橋梁，將開關(guān)電器產(chǎn)品的設(shè)計與相關(guān)的基礎(chǔ)研究成果聯(lián)系起來。書中既涵蓋開關(guān)電器的靜態(tài)特性（電器的絕緣特性和發(fā)熱特性），又覆蓋開關(guān)電器的動態(tài)特性（電弧與磁場的相互作用，以及電器的運動特性），還包括教學(xué)實驗。本書希望通過“開關(guān)電器現(xiàn)代設(shè)計方法”的視角為開關(guān)電器產(chǎn)品的研究和開發(fā)提供思路。

前言

第1章緒論

11電器中的物理場

12電器的虛擬樣機技術(shù)

13開關(guān)電器的試驗研究方法

參考文獻

第2章開關(guān)電器的絕緣

21絕緣與電場

22氣體絕緣

221均勻場和稍不均勻場中的氣體擊穿

222稍不均勻場中SF6氣體擊穿電壓計算

223SF6斷路器的空載介質(zhì)恢復(fù)

224氣體中固體絕緣的沿面閃絡(luò)

225氣體絕緣新技術(shù)

23真空滅弧室絕緣

231真空間隙的擊穿機理

232真空滅弧室的老練

233觸頭間隙的擊穿特性

234觸頭與主屏蔽罩間隙

235端部屏蔽罩與主屏蔽罩間隙

236面積效應(yīng)與真空間隙絕緣優(yōu)化

237真空中固體絕緣的沿面閃絡(luò)

238真空滅弧室外殼的絕緣包封

參考文獻

第3章開關(guān)電器的發(fā)熱

31開關(guān)電器的發(fā)熱與溫度場

32開關(guān)電器的允許溫升

33開關(guān)電器的生熱

331電阻損耗

332鐵磁損耗

333介質(zhì)損耗

34開關(guān)電器中的熱傳遞

341熱傳導(dǎo)

342熱對流

343熱輻射

35導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)模型

351導(dǎo)熱微分方程

352單值性條件

36電器的熱計算

361熱計算的牛頓公式

362熱計算的數(shù)值方法

37交流接觸器穩(wěn)態(tài)溫度場分析

371接觸器的結(jié)構(gòu)

372熱分析模型的建立

373熱參數(shù)的計算

374表面對流換熱系數(shù)的計算

375仿真結(jié)果與實驗驗證

38真空斷路器穩(wěn)態(tài)溫度場分析

381真空斷路器的結(jié)構(gòu)

382真空斷路器的溫度場模擬

383真空斷路器溫度場的影響因素分析

39熔斷器弧前安秒特性的仿真與實驗

391熔體弧前過程的數(shù)學(xué)建模

392熔體弧前過程的溫度場數(shù)學(xué)模型

393熔體弧前過程的熱電耦合模型

394熔體相變過程的處理方法

395基于ANSYS軟件的弧前熱電耦合分析

396仿真結(jié)果與分析

參考文獻

第4章開關(guān)電器的磁場

41典型導(dǎo)體的電動力計算

411平行導(dǎo)體電動力

412垂直導(dǎo)體電動力

413平板對接觸頭電動力

414插入式觸指電動力

415三相導(dǎo)體的電動力

42真空電弧與磁場

421真空滅弧室的磁場與開斷能力

422真空電弧觸頭立體角、陽極斑點和縱向磁場

423真空滅弧室開斷短路電流的縱向磁場判據(jù)

43開關(guān)電器中的電磁鐵

431磁路分析與計算

432磁場分析與計算

433電磁系統(tǒng)的吸力

434電磁系統(tǒng)動態(tài)特性的分析計算

435交流接觸器電磁鐵靜態(tài)特性的分析

44電磁脫扣器特性分析

441拍合式電磁脫扣器

442電磁脫扣器靜態(tài)特性計算

443電磁脫扣器保護特性計算

444電磁脫扣器保護特性分析

參考文獻

第5章開關(guān)電器的運動

51開關(guān)電器操動機構(gòu)應(yīng)滿足的要求

511合閘要求

512分閘要求

513自由脫扣、防跳躍、復(fù)位和聯(lián)鎖

52斷路器彈簧操動機構(gòu)

521彈簧操動機構(gòu)與其他操動機構(gòu)的比較

522彈簧操動機構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵問題

523典型的斷路器彈簧操動機構(gòu)

53機構(gòu)運動特性分析的能量平衡法

531分析過程

532歸算方法

533計算示例

54彈簧操動機構(gòu)關(guān)鍵部件設(shè)計

541凸輪機構(gòu)設(shè)計

542鎖扣、脫扣機構(gòu)設(shè)計

543緩沖器設(shè)計

544儲能機構(gòu)設(shè)計

55真空斷路器彈簧操動機構(gòu)運動特性分析與優(yōu)化

551虛擬樣機仿真與分析

552實現(xiàn)預(yù)定的分閘角速度

553斷路器的柔性分析

56低壓塑殼斷路器彈簧操動機構(gòu)

動態(tài)特性仿真與優(yōu)化

參考文獻

第6章教學(xué)實驗

61仿真實驗

611電場分析

612溫度場分析

613磁場分析

614機構(gòu)運動分析

62物理實驗

621斷路器開斷能力試驗

622縱向磁場對真空電弧的影響 2100433B

作者：劉志遠 紐春萍 編著

ISBN(書號)：978-7-111-58414-8

叢書名：高等院校電子信息與電氣學(xué)科系列規(guī)劃教材

出版日期：2017-11

版次：1/1

定價：￥49.00

本書以開關(guān)電器領(lǐng)域多年的研究工作成果為基礎(chǔ)，力圖反映近年來國內(nèi)外有關(guān)研究成果和發(fā)展動態(tài)。本書內(nèi)容以理論研究為主，以實踐經(jīng)驗為輔，通過對開關(guān)電器關(guān)鍵部件特性的準確數(shù)字化仿真為基礎(chǔ)構(gòu)建開關(guān)電器計算學(xué)理論方法體系，同時緊密結(jié)合實際工程應(yīng)用，給出大量的技術(shù)實例。 　全書共九章。第 1～5 章以電弧計算模型為主，內(nèi)容包含電弧仿真的基礎(chǔ)理論與計算方法、弧后介質(zhì)恢復(fù)過程的特殊性分析、開關(guān)柜內(nèi)部故障燃弧的計算以及服務(wù)于電弧仿真模型的物性參數(shù)計算與診斷手段；第 6～8 章以開關(guān)電器的機構(gòu)特性、動熱穩(wěn)定性為對象，介紹對應(yīng)的分析方法；第 9 章列舉開關(guān)電弧的典型計算實例。

前言

第1章 緒論

1.1 現(xiàn)代設(shè)計的概念

1.1.1 設(shè)計的概念及特征

1.1.2 設(shè)計發(fā)展的基本階段

1.1.3 現(xiàn)代設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計

1.2 現(xiàn)代設(shè)計方法的主要內(nèi)容及特點

1.2.1 現(xiàn)代設(shè)計方法的主要內(nèi)容

1.2.2 現(xiàn)代設(shè)計方法的特點

1.3 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點及其開發(fā)

1.3.1 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點

1.3.2 現(xiàn)代產(chǎn)品的開發(fā)

1.4 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計方法的意義與任務(wù)

習(xí)題

第2章 計算機輔助設(shè)計

2.1 概述

2.1.1 CAD技術(shù)的起源、發(fā)展和應(yīng)用概況

2.1.2 應(yīng)用CAD技術(shù)的優(yōu)越性

2.1.3 CAD技術(shù)發(fā)展展望

2.2 CAD系統(tǒng)

2.2.1 CAD系統(tǒng)的硬件

2.2.2 CAD系統(tǒng)的軟件

2.2.3 CAD系統(tǒng)的形式

2.2.4 CAD系統(tǒng)的功能

2.3 工程數(shù)據(jù)的處理方法及CAD程序編制

2.3.1 數(shù)表的分類及存取

2.3.2 線圖的分類及處理

2.3.3 列表函數(shù)表的插值算法

2.3.4 數(shù)據(jù)的公式擬合方法

2.4 數(shù)據(jù)文件及其應(yīng)用

2.5 數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用

2.5.1 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2.5.2 漢字FOXBASE 2.1數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在CAD中的應(yīng)用

2.5.3 工程數(shù)據(jù)庫

習(xí)題

第3章 計算機繪圖

3.1 概述

3.2 計算機繪圖基礎(chǔ)

3.2.1 坐標系

3.2.2 窗口、視區(qū)及開窗變換

3.2.3 二維圖形的剪裁

3.3 二維圖形的幾何變換

3.3.1 齊次坐標與變換矩陣

3.3.2 基本幾何變換及矩陣表示

3.3.3 組合變換

3.4 機械工程圖的繪制方法

3.4.1 基本圖形的繪制

3.4.2 零件圖的繪制

3.4.3 裝配圖的繪制

習(xí)題

第4章 優(yōu)化設(shè)計

4.1 概述

4.1.1 優(yōu)化設(shè)計基本概念

4.1.2 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型

4.1.3 工程優(yōu)化設(shè)計問題的主要類型

4.1.4 優(yōu)化設(shè)計的迭代算法

4.2 工程優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

4.2.1 二次型與正定矩陣

4.2.2 函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度

4.2.3 函數(shù)的泰勒近似展開式和海森矩陣

4.2.4 無約束優(yōu)化問題的極值條件

4.2.5 凸函數(shù)與凸規(guī)劃

4.2.6 約束優(yōu)化問題的極值條件

4.3 一維優(yōu)化方法

4.3.1 搜索區(qū)間的確定

4.3.2 0.618法（黃金分割法）

4.3.3 二次插值法

4.4 多維無約束優(yōu)化方法

4.4.1 坐標輪換法

4.4.2 共軛方向法

4.4.3 梯度法

4.4.4 牛頓法

4.4.5 變尺度法

4.5 約束優(yōu)化方法

4.5.1 復(fù)合形法

4.5.2 懲罰函數(shù)法

4.5.3 簡約梯度法及廣義簡約梯度法

4.6 多目標問題的優(yōu)化方法

4.6.1 加權(quán)組合法

4.6.2 功效系數(shù)法

4.6.3 主要目標法

4.7工程優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用

4.7.1 工程優(yōu)化設(shè)計的一般步驟

4.7.2 微機優(yōu)化方法程序庫PC－

OPB簡介

4.7.3 工程優(yōu)化設(shè)計實例

習(xí)題

第5章 機械可靠性設(shè)計

5.1 概述

5.1.1 研究可靠性的意義

5.1.2 可靠性的定義

5.1.3 可靠性技術(shù)的發(fā)展

5.1.4 可靠性設(shè)計的基本內(nèi)容

5.2 可靠性特征量

5.2.1 可靠度特征量

5.2.2 失效特征量

5.3 可靠性常用概率分布

5.4 機械強度可靠性設(shè)計

5.4.1 強度概率計算法的基本理論

5.4.2 零件強度可靠度的計算

5.4.3 零件承載能力分布規(guī)律及分布參數(shù)的確定

5.4.4 零件工作應(yīng)力分布規(guī)律及分布參數(shù)的確定

5.4.5 強度可靠性計算條件式與許用可靠度

5.5 強度可靠性設(shè)計方法及步驟

5.6 疲勞強度可靠性設(shè)計

5.6.1 等幅變應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命及可靠度

5.6.2 不穩(wěn)定應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命

5.6.3 承受多級變應(yīng)力作用的零件在給定壽命時的可靠度

5.7 機械系統(tǒng)可靠性設(shè)計

5.7.1 可靠性預(yù)測

5.7.2 可靠性分配

習(xí)題

第6章 有限元法

6.1 概述

6.2 單元分析

6.2.1 單元分析的任務(wù)和方法

6.2.2 直接剛度法

6.2.3 虛功原理法

6.2.4 能量變分法

6.3 有限元法的應(yīng)用

6.3.1 有限元法的計算步驟

6.3.2 計算實例

6.3.3 其它問題

習(xí)題

第7章 機電產(chǎn)品造型設(shè)計

7.1 概述

7.1.1 工業(yè)造型設(shè)計的基本內(nèi)容與基本要素

7.1.2 產(chǎn)品造型設(shè)計的原則

7.1.3 產(chǎn)品造型的美學(xué)內(nèi)容

7.1.4 產(chǎn)品造型設(shè)計的程序

7.2 造型與形式法則

7.2.1 形態(tài)要素及其視覺效果

7.2.2 造型美的形式法則

7.3 人機工程學(xué)簡介

7.3.1 人體結(jié)構(gòu)尺寸與造型尺度

7.3.2 視覺特征與顯示器設(shè)計

7.3.3 控制器的選擇與設(shè)計

7.3.4 控制臺板設(shè)計

7.4 產(chǎn)品色彩設(shè)計

7.4.1 色彩的基本知識

7.4.2 色彩的對比與調(diào)合

7.4.3 產(chǎn)品色彩設(shè)計

習(xí)題

第8章 設(shè)計方法學(xué)

8.1 概述

8.1.1 設(shè)計方法學(xué)及其研究內(nèi)容

8.1.2 設(shè)計系統(tǒng)

8.2 系統(tǒng)化設(shè)計法

8.2.1 技術(shù)過程及技術(shù)系統(tǒng)

8.2.2 功能分析法

8.2.3 系統(tǒng)設(shè)計舉例

8.3 創(chuàng)造性設(shè)計法

8.3.1 創(chuàng)造力和創(chuàng)造過程

8.3.2 創(chuàng)造性思維及其特點和類型

8.3.3 創(chuàng)造技法

8.4 設(shè)計中的評價與決策

8.4.1 設(shè)計中的評價

8.4.2 設(shè)計中的決策

習(xí)題

第9章 工程遺傳算法

9.1 概述

9.1.1 工程遺傳算法的概念

9.1.2 遺傳算法的特點及應(yīng)用

9.2 遺傳算法的基本原理及其計算步驟

9.2.1 遺傳算法的基本原理

9.2.2 遺傳算法的基本操作

9.2.3 遺傳算法的迭代計算步驟

9.2.4 遺傳算法的實現(xiàn)

9.2.5 遺傳算法的數(shù)學(xué)描述

9.3 遺傳算法在機械工程設(shè)計中的應(yīng)用實例

習(xí)題

第10章 現(xiàn)代設(shè)計方法的綜合應(yīng)用

10.1 機械可靠性優(yōu)化設(shè)計在機械設(shè)計中的應(yīng)用

10.1.1 可靠性優(yōu)化設(shè)計模型的創(chuàng)建方法

10.1.2 機械可靠性優(yōu)化設(shè)計舉例

10.2 面向?qū)ο筌浖O(shè)計方法及其在機械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

10.2.1 面向?qū)ο筌浖O(shè)計方法的基本原理與特點

10.2.2 面向?qū)ο筌浖O(shè)計方法在機械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

10.3 參數(shù)化繪圖方法及其在機械CAD中的應(yīng)用

10.4 三次設(shè)計法及其在工程設(shè)計中的應(yīng)用

10.4.1 三次設(shè)計法原理

10.4.2 三次設(shè)計法在工程設(shè)計中的應(yīng)用

習(xí)題

參考文獻

附錄1

附錄2

附錄3 2100433B

緒論

01.1 設(shè)計的基本概念

01.2 現(xiàn)代設(shè)計方法的分類及主要現(xiàn)代設(shè)計方法簡介

01.3 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計方法的意義與任務(wù)

思考與練習(xí)

第1章 現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)

1.1 設(shè)計方法學(xué)概述

1.2 產(chǎn)品設(shè)計過程與設(shè)計原則

1.3 技術(shù)系統(tǒng)及其確定

1.4 方案的系統(tǒng)化設(shè)計

1.5 設(shè)計中的評價決策

思考與練習(xí)

第2章 計算機輔助設(shè)計（CAD）

2.1 CAD概述

2.2 CAD系統(tǒng)

2.3 CAD系統(tǒng)的圖形處理

2.4 工程數(shù)據(jù)的處理

2.5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其應(yīng)用

思考與練習(xí)

第3章 優(yōu)化設(shè)計

3.1 優(yōu)化設(shè)計概述

3.2 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)

3.3 一維探索優(yōu)化方法

3.4 無約束多維問題的優(yōu)化方法

3.5 約束問題的優(yōu)化方法

3.6 多目標函數(shù)的優(yōu)化方法

3.7 LINGO在優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用

思考與練習(xí)

第4章 有限元法

4.1 有限元法概述

4.2 有限元法的基本步驟

4.3 二維線彈性問題

4.4 有限元程序的應(yīng)用

4.5 ANSYS有限元軟件的應(yīng)用

思考與練習(xí)

第5章 機械可靠性設(shè)計

5.1 可靠性設(shè)計的基本理論和概念

5.2 可靠性工程中常用概率分布

5.3 可靠性設(shè)計原理

5.4 機械強度可靠性設(shè)計

5.5 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

思考與練習(xí)

第6章 現(xiàn)代設(shè)計方法前沿

6.1 創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)

6.2 快速響應(yīng)設(shè)計技術(shù)

6.3 綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)

6.4 并行設(shè)計技術(shù)

6.5 虛擬設(shè)計

6.6 協(xié)同沒計

思考與練習(xí)

附錄A 標準正態(tài)分布表

參考文獻 2100433B