旋转电机设计

第1章 电机设计中的基本定理和基本方法 1

1.1 电磁场原理 1

1.2 数值解 6

1.3 电机分析计算用到的主要定理 9

1.3.1 磁场分布图 11

1.3.2 载流区的磁场分布图 16

1.4 应用虚功原理计算力和转矩 18

1.5 麦克斯韦应力张量、径向应力、切向应力 23

1.6 自感和互感 25

1.7 标幺值 28

1.8 相量图 30

参考文献 31

第2章 电机绕组 32

2.1 基本原理 33

2.1.1 凸极绕组 33

2.1.2 槽绕组 35

2.1.3 绕组端部 36

2.2 相绕组 37

2.3 定子三相整数槽绕组 38

2.4 电压相量图和绕组系数 43

2.5 绕组分析 50

2.6 短距绕组 51

2.7 槽绕组的磁动势 57

2.8 多相分数槽绕组 66

2.9 相系统和绕组相带 69

2.9.1 相系统 69

2.9.2 相带 71

2.10 对称条件 71

2.11 基绕组 74

2.11.1 一阶分数槽基绕组 75

2.11.2 二阶分数槽基绕组 75

2.11.3 整数槽基绕组 75

2.12 分数槽绕组 77

2.12.1 单层分数槽绕组 77

2.12.2 双层分数槽绕组 84

2.13 单相和两相绕组 90

2.14 变极绕组 91

2.15 换向器绕组 93

2.15.1 叠绕组原理 95

2.15.2 波绕组原理 97

2.15.3 换向器绕组实例，平衡连接器 99

2.15.4 交流换向器绕组 102

2.15.5 换向器绕组的磁动势和电枢反应 103

2.16 补偿绕组和换向极 105

2.17 异步电机转子绕组 107

2.18 阻尼绕组 109

参考文献 110

第3章 磁路设计 111

3.1 气隙及其磁压降 115

3.1.1 气隙与卡特系数 115

3.1.2 凸极电机的气隙 119

3.1.3 隐极电机的气隙 123

3.2 等效铁芯长度 124

3.3 齿部和凸极的磁压降 126

3.3.1 齿部磁压降 126

3.3.2 凸极磁压降 129

3.4 定子轭和转子轭的磁压降 129

3.5 电机空载曲线、等效气隙和励磁电流的求解 132

3.6 旋转电机的磁性材料 134

3.6.1 铁磁材料的特性 137

3.6.2 铁芯磁路中的损耗 140

3.7 旋转电机中的永磁材料 146

3.7.1 永磁材料的历史和特性 147

3.7.2 永磁磁路的工作点 151

3.7.3 永磁材料在电机中的应用 157

3.8 铁芯叠片的组装 161

3.9 励磁电感 162

参考文献 165

第4章 漏磁通 167

4.1 漏磁通的分类 168

4.1.1 不穿过气隙的漏磁通 168

4.1.2 穿过气隙的漏磁通 169

4.2 漏磁通的计算 170

4.2.1 气隙漏电感 171

4.2.2 槽漏电感 174

4.2.3 齿顶漏电感 182

4.2.4 端部绕组漏电感 183

4.2.5 斜槽系数与斜槽漏电感 186

参考文献 188

第5章 电阻 189

5.1 直流电阻 189

5.2 集肤效应对电阻的影响 189

5.2.1 电阻系数的分析计算 190

5.2.2 临界导体高度 196

5.2.3 限制集肤效应的方法 197

5.2.4 电感系数 198

5.2.5 应用电路分析方法计算集肤效应 198

5.2.6 双边集肤效应 204

参考文献 208

第6章 旋转电机主要尺寸的确定 209

6.1 机械负荷能力 217

6.2 电负荷能力 218

6.3 磁负荷能力 219

6.4 气隙 221

参考文献 223

第7章 旋转电机设计过程及其特性 225

7.1 异步电机 234

7.1.1 异步电机的磁动势和转矩 235

7.1.2 笼型绕组的阻抗和磁动势 239

7.1.3 异步电机特性 244

7.1.4 考虑异步转矩和谐波时的异步电机等效电路 248

7.1.5 同步转矩 252

7.1.6 鼠笼绕组槽数选择 253

7.1.7 异步电动机结构设计 256

7.1.8 电机的冷却方式和工作制 259

7.1.9 三相工业用异步电机参数实例 261

7.1.10 异步发电机 263

7.1.11 单相异步电机 264

7.2 同步电机 268

7.2.1 同步电机稳态和瞬态运行时的电感 269

7.2.2 同步电机负载运行和负载角方程式 276

7.2.3 同步电机有效值相量图 281

7.2.4 空载曲线和短路试验 286

7.2.5 异步驱动 288

7.2.6 负载不对称时阻尼绕组中的电流 291

7.2.7 阻尼条偏离磁极中心线 292

7.2.8 同步电机的V形曲线 293

7.2.9 同步电机的励磁方式 294

7.2.10 永磁同步电机 295

7.2.11 同步磁阻电机 298

7.3 直流电机 301

7.3.1 直流电机的结构 301

7.3.2 直流电机的电压和运行 302

7.3.3 直流电机的电枢反应和设计 304

7.3.4 直流电机的换向 306

7.4 双凸极磁阻电机 308

7.4.1 双凸极磁阻电机的工作原理 309

7.4.2 双凸极磁阻电机的转矩 309

7.4.3 双凸极磁阻电机的运行 310

7.4.4 双凸极磁阻电机专用术语、相数和尺寸 313

7.4.5 双凸极磁阻电机控制系统 316

7.4.6 双凸极磁阻电机未来展望 317

参考文献 318

第8章 电机的绝缘 320

8.1 旋转电机的绝缘 321

8.2 浸渍清漆和树脂 326

8.3 绝缘的尺寸 328

8.4 电气绝缘的老化 330

8.5 实际绝缘结构 331

8.5.1 低压电机的槽绝缘 331

8.5.2 低压电机线圈端部绝缘 332

8.5.3 磁极线圈绝缘 332

8.5.4 低压电机浸渍 333

8.5.5 高压电机绝缘 333

8.6 绝缘状态监测 334

8.7 变频传动中的绝缘 337

参考文献 339

第9章 热传递 340

9.1 损耗 340

9.1.1 电阻损耗 341

9.1.2 铁耗 342

9.1.3 附加损耗 342

9.1.4 机械损耗 342

9.2 散热 344

9.2.1 传导 344

9.2.2 辐射 347

9.2.3 对流 350

9.3 等效热路 354

9.3.1 电量与热量之间的类比 354

9.3.2 绕组的平均热导率 355

9.3.3 电机的等效热路 357

9.3.4 冷却剂流的建模 364

9.3.5 等效热路求解 367

9.3.6 冷却剂流率 370

参考文献 370

附录A 372

附录B 374