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第1章 绪论1

1.1 课程设置的意义与电磁装置的定义1

1.1.1 课程设置的意义1

1.1.2 电磁装置的定义1

1.2 装置与系统2

1.3 电磁装置的设计计算方法3

第2章 电磁装置设计的一般问题5

2.1 概述5

2.2 机电系统的能量关系5

2.3 耦合磁场中的储能和余能9

2.4 耦合系统中的广义电磁力12

2.5 电磁功率与有效部分几何尺寸之间的关系16

2.6 能量转换中的损耗与效率20

2.6.1 基本铁损耗20

2.6.2 基本铜损耗22

2.7 发热计算基础22

2.7.1 概述22

2.7.2 均质物体的发热过程23

2.7.3 等效热路法24

第3章 磁场、磁路及计算方法27

3.1 磁场的基本概念和基本定律27

3.2 电磁装置的磁场与磁路30

3.3 磁路基本定律31

3.4 气隙磁导计算35

3.4.1 单独磁体的磁导35

3.4.2 带气隙铁心柱间的气隙磁导37

第4章 变压器设计计算42

4.1 变压器设计的一般问题42

4.1.1 变压器的定额43

4.1.2 铁心结构型式44

4.1.3 绕组型式45

4.2 变压器主要尺寸的基本关系式47

4.3 主要尺寸的确定49

4.4 铁心设计49

4.5 绕组设计50

4.5.1 导线和电流密度选择50

4.5.2 绕组并联根数的选择52

4.5.3 绕组轴向、辐向尺寸计算58

4.6 变压器的主绝缘和纵绝缘62

4.7 变压器绝缘半径计算63

4.8 变压器漏电抗计算64

4.8.1 同心式绕组的漏电抗计算64

4.8.2 对称交错式绕组漏电抗计算67

4.8.3 多层绕组的漏抗69

4.8.4 磁场解析法推导罗果夫斯基系数71

4.9 变压器的性能计算74

4.9.1 铁心重量及空载损耗74

4.9.2 铁耗计算74

4.9.3 空载电流计算75

4.9.4 负载损耗76

4.10 温升计算77

4.10.1 圆筒式绕组温升计算78

4.10.2 饼式绕组温升计算79

4.11 配电变压器设计实例81

4.12 作业84

第5章 电感器设计计算86

5.1 概述86

5.2 铁心电感器的电感计算87

5.2.1 磁路法计算主电抗87

5.2.2 轴对称磁场解析法计算主电抗90

5.2.3 磁路法分析计算漏磁场漏电抗95

5.2.4 饱和时铁心电感器的电感计算101

5.3 铁心电感器的电磁力104

5.3.1 铁心电感器线圈上的作用力的方向104

5.3.2 铁心电感器线圈上作用力的计算105

5.3.3 铁心电抗器的设计计算程序及算例107

5.4 空心电感器的设计与计算116

5.4.1 空心电感器的自感计算116

5.4.2 空心电感器的自感计算119

5.4.3 空心电感器的自感与互感计算119

5.4.4 空心电感器线圈上作用力的方向123

5.4.5 空心电感器线圈上电磁力的计算123

5.4.6 空心电感器线圈的机械应力125

5.5 积分法计算空心线圈磁场125

第6章 感应电动机的电磁设计130

6.1 概述130

6.1.1 设计过程及内容130

6.1.2 我国感应电动机分类和主要系列130

6.1.3 感应电动机的主要性能指标和额定数据132

6.2 主要尺寸和电磁负荷的选择133

6.2.1 主要尺寸及其基本关系133

6.2.2 电磁负荷的选择133

6.2.3 主要尺寸比的选择134

6.2.4 主要尺寸的确定135

6.2.5 气隙长度的确定136

6.3 定、转子槽数选配与绕组设计136

6.3.1 定子槽数及定、转子槽配合136

6.3.2 定子绕组设计138

6.4 定、转子铁心槽形及槽尺寸的确定141

6.4.1 定子槽形及槽尺寸141

6.4.2 转子槽形及槽尺寸142

6.5 感应电动机磁路计算144

6.5.1 每极磁通145

6.5.2 磁通密度和磁位降计算145

6.5.3 励磁电流计算149

6.6 参数计算149

6.6.1 电阻计算149

6.6.2 电抗计算151

6.7 运行性能计算161

6.7.1 定、转子额定电流161

6.7.2 额定功率因数162

6.7.3 额定效率163

6.7.4 额定转差率163

6.7.5 最大转矩164

6.8 起动性能计算164

6.8.1 漏磁路饱和效应对漏抗的影响164

6.8.2 挤流效应及其对转子参数的影响167

6.9 中小型三相感应电动机电磁设计程序及算例168

6.9.1 基本数据168

6.9.2 磁路计算171

6.9.3 参数计算172

6.9.4 运行性能计算175

6.9.5 起动计算177

6.10 作业179

第7章 永磁同步电动机电磁设计180

7.1 概述180

7.2 永磁电机用永磁材料性能的基本要求181

7.3 永磁同步电动机的基本结构型式185

7.4 永磁电机的主要尺寸确定186

7.5 永磁电机的磁路计算190

7.5.1 永磁体激励的主磁路计算原理190

7.5.2 混合励磁磁路的计算方法194

7.5.3 漏磁导计算基本方法198

7.6 永磁同步电动机的电磁设计计算程序及其说明与算例199

7.6.1 基本数据200

7.6.2 空载磁路计算203

7.6.3 负载运行行为计算210

7.6.4 损耗与效率215

7.6.5 电负荷及过载能力计算218

7.6.6 有效材料计算219

7.6.7 起动特性计算219

7.7 作业225

第8章 永磁操作机构及其特性计算226

8.1 永磁机构的结构及工作原理226

8.2 永磁机构的等效磁路及其计算227

8.3 永磁机构的电磁力特性229

8.4 永磁机构操作过程的动态特性230

8.5 作业232

第9章 电磁装置磁场数值计算的基本原理和方法233

9.1 概述233

9.2 电磁场的基本方程234

9.3 求解电磁场边值问题的有限元法236

9.3.1 定解问题与相关泛函的极值问题238

9.3.2 求解域的单元剖分238

9.3.3 单元内近似解的选取——构造单元的插值函数239

9.3.4 变分问题的离散化处理——单元分析241

9.3.5 总体合成244

9.4 求解电磁场边值问题的其他数值方法简介246

9.5 有限元数值计算软件应用简介及实例249

9.5.1 建立模型249

9.5.2 赋予材料属性250

9.5.3 施加边界条件和励磁250

9.5.4 设定参数与求解251

9.5.5 后处理252

9.5.6 永磁同步电机二维瞬态磁场仿真实例252

附录268

参考文献291