《电机设计 上》

上册1

第一章　概论1

1-1 电机制造工业的近况与发展趋势1

一、我国电机制造工业的发展概况1

二、国外电机制造工业的近况与发展趋势3

1-2　电机设计的任务与过程7

一、电机设计的任务及设计时给定的数据7

二、电机设计的过程和内容简介8

1-3　国家标准9

第二章　电机的主要尺寸10

2-1 电机主要尺寸和额定功率及转速间的关系10

2-2　电机中的几何相似定律概述13

2-3　电磁负荷的选择14

一、电磁负荷对电机性能和经济性的影响14

二、电负荷A和气隙磁密Bδ的选择16

2-4 电机主要尺寸比的选择及主要尺寸的确定17

一、主要尺寸比的选择17

二、主要尺寸的确定19

2-5　系列电机及其设计特点20

第三章　磁路计算24

3-1　概述24

一、磁路计算所依据的基本原理24

二、电机中常用的磁性材料25

3-2　空气隙磁位降的计算25

一、计算极弧系数α？的确定26

二、电枢或气隙的轴向计算长度lef28

三、气隙系数Kδ30

四、极轭间残余气隙磁位降的计算32

3-3　齿部磁位降的计算32

一、齿磁密B1的计算32

二、齿的磁路计算长度Lt36

3-4　轭部磁位降的计算37

一、极联轭磁位降的计算37

二、齿联轭的磁位降计算37

3-5　磁极漏磁系数与磁极磁位降的计算41

一、磁极漏磁系数41

一、感应电势和气隙磁通43

3-6　励磁电流和空载特性计算43

二、磁极磁位降的计算43

二、每极励磁磁势44

三、励磁电流和空载特性44

3-7　齿部与轭部磁位降对气隙磁分布的影响45

一、齿部磁位降对气隙磁场分布的影响45

二、齿联轭磁位降对气隙磁场分布的影响47

3-8　永磁电机磁路计算的特点49

一、永磁材料的特性49

二、永磁电机磁路系统简介51

三、磁钢的一般工作状态——工作点52

四、外磁路空载工作线与负载工作线的具体决定方法54

五、小结55

4-1　绕组电阻的计算57

第四章　参数计算57

一、直流电机58

二、异步电机58

三、同步电机60

4-2　电抗的一般计算方法60

4-3　主电抗计算61

4-4　漏抗计算64

一、槽漏抗计算64

二、谐波漏抗计算70

三、齿顶漏抗计算73

四、端部漏抗计算74

4-5　漏抗标么值77

一、概述78

4-6　挤流效应对电机参数的影响78

二、交流电机定子绕组考虑挤流效应后的参数修正系数79

三、异步电机鼠笼绕组的挤流效应85

四、直流电机电枢绕组的挤流效应86

4-7　饱和对电机参数的影响87

4-8　斜槽漏抗计算89

第五章　损耗与效率92

5-1　概述92

5-2　基本铁耗92

一、磁滞损耗92

二、涡流损耗93

三、轭部（齿联轭）及齿部的基本铁耗94

5-3　空载时铁心中的附加损耗96

一、直流机及同步机整块（或实心）磁极的表面损耗97

二、叠片磁极及异步机中的表面损耗99

三、异步机齿中的脉振损耗100

5-4　电气损耗101

一、绕组中的电气损耗101

二、电刷接触损耗101

5-5　负载时的附加损耗102

一、凸极同步电机负载时的附加损耗102

二、异步电机负载时的附加损耗106

三、直流电机负载时的附加损耗109

5-6　机械损耗109

一、轴承摩擦损耗109

三、轴承摩擦和通风损耗Pfw110

二、通风损耗110

四、电刷（与换向器或集电环间的）摩擦损耗112

5-7　效率113

第六章　电机的冷却114

6-1　电机的冷却方式114

一、概述114

二、空气冷却系统114

6-2　关于流体运动的基本知识116

一、概述116

二、流体运动中常用名词介绍117

三、理想流体的运动方程（伯努利方程）118

四、毕托管测量流速的原理119

五、实际流体在管道中运动时的损耗119

六、管道的流阻和风阻121

七、流阻或风阻的串联和并联122

八、流体通过管道所需的功率123

6-3　风扇124

一、概述124

二、理想的离心式风扇所产生的压力124

三、理想的离心式风扇的外特性127

四、实际离心式风扇的外特性和功率128

五、离心式风扇的计算要点130

六、轴流式风扇的工作原理131

七、轴流式风扇的外特性132

八、风扇的联合运行133

6-4　径向通风系统中转子上其它风压元件参数的近似计算法134

二、计算举例135

6-5　电机通风系统的计算举例135

一、概述135

第七章　发热计算139

7-1　电机允许的温升限度139

一、概述139

二、我国采用的电机温升限度139

7-2　传热的基本定律142

一、概述142

二、热传导定律142

三、热传导方程144

四、对流和辐射散热146

五、牛顿散热定律和散热系数147

一、电机中的温度分布148

7-3　电机稳定温升的计算148

二、用热路法计算电机的平均温升150

三、用简化法计算电机的平均温升154

7-4　电机不稳定温升的计算155

一、概述155

二、一个等温发热体不稳定温升的计算156

三、二个等温发热体不稳定温升的计算158

第八章　结构设计和机械计算161

8-1　电机的基本结构型式161

一、总体结构的分类161

二、主要类型电机的典型结构简述163

8-2　结构设计的基本内容、原则和方法182

一、结构设计的基本内容和原则182

二、结构设计的方法183

8-3　机座的机械计算184

一、概述184

二、机座的刚度计算185

8-4　转轴的机械计算187

一、概述187

二、单边磁拉力188

三、转轴的挠度计算190

四、轴的强度计算194

8-5　换向器的机械计算195

一、概述195

二、拱形换向器的机械计算196

三、塑料换向器的机械计算206

二、噪声的物理量度209

一、什么是噪声209

第九章　噪声和振动209

9-1　电机噪声的一般知识209

三、噪声的测量212

四、噪声的容许标准213

9-2　异步电动机的电磁振动和噪声214

一、定子绕组和转子绕组的磁势215

二、气隙磁导216

三、气隙磁场216

四、气隙磁场产生的径向力217

五、异步电动机槽数的选择219

六、斜槽对电磁振动和噪声的影响219

七、气隙偏心对电磁振动和噪声的影响219

八、磁路饱和对电磁振动和噪声的影响220

九、二倍转差频率的电磁振动和噪声221

9-3　同步电机的电磁振动和噪声223

一、气隙主波磁场产生的电磁振动223

二、凸极电机中q＝分数时，定子次谐波磁场与转子主波磁场相互作用产生的电磁振动223

三、凸极电机中q＝整数时，因定子和转子高次谐波磁场相互作用而产生的电磁振动224

四、凸极电机空载时的电磁振动224

9-4　直流电机的电磁振动和噪声225

9-5 电机定子和转子的固有振动特性227

一、电机定子的固有振动频率的计算227

二、定子轭振动特性的计算方法229

三、电机转子的固有振动特性232

四、电机轴系的扭振235

一、转子机械不平衡产生的振动和噪声237

9-6　电机的机械振动和噪声237

二、轴承的振动和噪声238

三、端盖的轴向振动和噪声239

四、电刷装置的振动和噪声239

9-7　电机的空气动力噪声240

一、风扇噪声240

二、转子旋转所产生的噪声241

三、电机通风噪声级的估算241

第十章 电子计算机在电机设计计算中的应用243

10-1　概述243

10-2 曲线和图表的数学处理方法245

一、曲线和图表的近似表达式245

二、插值法及其应用247

三、齿饱和时，齿槽并联磁路的计算252

10-3 电机设计的框图与源程序的编制256

一、数学公式的整理256

二、框图的作用和编制原则259

三、变量的确定，已知数据输入和方案选择263

四、电机设计的框图和说明264

五、根据框图编写源程序265

10-4　设计的最优化273

一、电机设计的数学模型273

二、最优化的数学方法275

三、用直接法解非线性最优化问题283

四、约束非线性最优化问题概述292