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第一节 结构设计的基本内容、原则和方法1

一、电机结构设计的基本内容1

二、结构设计的基本原则1

第一章 电机结构设计概论1

三、结构设计的一般方法2

第二节 电机的总体结构设计2

一、电机的结构型式2

二、电机的防护型式4

三、电机的冷却系统通论7

四、运行方式等诸因素对电机结构的影响10

一、波纹钢板机座电机18

第三节 波纹钢板机座和箱式结构电机18

二、箱式结构电机22

第四节 直流电机机座结构的发展24

一、外形的多样化24

二、材料冲片化24

三、定子隐极化24

参考文献25

第二章 电枢绕组26

第一节 直流电枢绕组26

一、单叠绕组26

二、复叠绕组30

三、复波绕组36

四、均压联接38

第二节 交流电枢绕组的一般问题43

一、槽号相位图44

二、每极每相分数槽绕组46

第三节 波式绕组及其联接53

一、三相双层整数槽波绕组的联接54

二、三相分数槽波绕组的联接57

三、用方格图确定双层波绕组的联接59

第四节 六相绕组和三角形—星形混合绕组60

一、六相双星形绕组60

二、三角形—星形混合绕组64

第五节 变极绕组66

一、反向法的单绕组变极67

二、换相法变极的特点75

第六节 交流电枢绕组三相槽号分配及磁动势谐波分析的计算机辅助设计76

一、三相槽号分配的数学模型76

二、三相绕组磁动势的表达式77

三、绕组设计程序框图77

四、交流电枢绕组计算机辅助设计源程序78

第七节 电枢绕组设计原则和基本内容84

一、直流电枢绕组设计——型式选择及参数确定84

二、交流电枢绕组设计86

第八节 无槽电枢绕组87

参考文献89

第三章 磁路计算90

第一节 概述90

第二节 空气隙磁位差92

一、具有光滑表面电枢的电机气隙磁场和计算极弧系数93

二、开槽电机的气隙磁场和卡特系数105

三、气隙边缘磁场和电枢计算长度109

第三节 齿磁通密度和齿磁位差113

一、齿磁通密度113

二、齿磁位差115

一、极轭121

第四节 轭磁位差121

二、齿轭122

第五节 极磁位差及漏磁126

一、极磁位差126

二、极漏磁系数127

第六节 饱和电机的气隙磁场127

一、齿部饱和的感应电机127

二、轭部饱和的感应电机130

三、齿部饱和的直流电机136

第七节 空载励磁电流和空载特性136

二、气隙磁场的特征系数和气隙最大磁密137

三、部分磁位差和励磁磁动势137

一、感应电动势和气隙磁通137

四、空载励磁电流和空气特性138

参考文献139

第四章 参数计算141

第一节 概述141

第二节 主电感和漏磁电感141

一、主电感和谐波漏磁电感141

二、槽部漏磁电感145

三、齿顶漏磁电感154

四、绕组端部漏磁电感155

五、电感的标么值156

一、电压方程和等效电路158

第三节 感应电机的参数158

二、笼型转子绕组的漏磁电感和电阻160

第四节 同步电机的参数162

一、电压方程和等效电路162

二、励磁绕组的漏磁电感和电阻164

三、直轴阻尼绕组的漏磁电感和电阻166

四、交轴阻尼绕组的漏磁电感和电阻168

第五节 挤流型绕组的参数169

一、矩形槽绕组参数的解析计算170

二、非矩形槽笼型转子绕组参数的数值计算179

参考文献183

一、换向周期184

第二节 换向过程184

第五章 换向计算184

第一节 概述184

二、换向区宽度185

三、换向元件中的电流186

四、电刷接触电压降187

第三节 换向电流和电刷接触电压降计算188

一、换向电路的电压方程188

二、电压方程的求解190

三、电刷接触电压降和换向性能评估194

一、电抗电动势计算195

第四节 换向的工程计算195

二、旋转电动势计算199

三、换向极气隙磁密的确定201

四、换向极绕组磁动势的确定202

第五节 由整流电源供电时直流电动机的换向特点和改善换向的措施204

参考文献206

第六章 电机通风冷却系统及其计算207

第一节 概述207

第二节 冷却系统的主要类型208

一、空气冷却系统208

二、氢气冷却电机210

四、油冷电机212

三、水冷电机212

五、热管冷却原理及其在电机中的应用概述214

第三节 流体运动的基本物理性质215

一、伯努利方程216

二、流体的流动状态217

三、管道的流阻218

四、风路中风阻的串、并联220

第四节 通风冷却系统中流体的压力及电机中压力的产生221

一、流体的压力221

二、压力损失与电机中压力的产生概述222

一、概述223

第六节 风扇223

第五节 冷却系统所需冷却介质的单位时间流量及其合理分布223

二、轴流式风扇的外特性225

三、电机中使用的轴流式风扇尺寸的确定226

四、离心式风扇产生的风压及风扇设计要点228

五、风扇的联合运行231

六、中小型感应电动机的合理通风冷却系统与节能风扇探讨232

参考文献235

第七章 电机发热与温升计算236

第一节 概述236

第二节 电机的允许温升限度237

二、热传导定律239

一、概述239

第三节 传热的基本定律239

三、表面散热与影响散热能力的因素241

四、牛顿散热公式和散热系数241

第四节 电机的稳定温升计算242

一、电机中的温度分布242

二、电机温升的一般计算方法概述244

三、用热路法计算电机的平均温升245

第五节 大型水轮发电机定子温度场CAD252

一、计算区域与等效热回路252

三、边界条件的确定254

二、热阻计算254

四、网格损耗计算255

五、节点温度数学模型的建立与求解256

第六节 汽轮发电机间接冷却转子三维温度场计算257

一、计算方法257

二、三维等效热路257

三、方程组的建立和求解261

第七节 交流电动机起动时的温升计算261

一、概述261

二、交流电动机的起动262

三、起动时起动绕组的发热能量262

五、起动绕组温升264

四、起动时间264

第八节 电机的发热及冷却过程266

一、电机作为均质发热体的发热方程266

二、电机作为均质物体的冷却方程267

参考文献269

第八章 电机的噪声及其控制270

第一节 概述270

第二节 电机噪声研究的基础知识271

一、声压与声压级271

二、声压级的叠加272

三、声强与声功率，声强级与声功率级273

四、响度级与响度274

五、计权声级275

六、噪声评价曲线276

第三节 三相笼型感应电动机电磁噪声计算276

一、第一种计算方法277

二、第二种计算方法280

第四节 电机的机械噪声287

一、概述287

二、电机的通风噪声287

三、电机的轴承噪声288

四、电刷—换向器噪声291

五、转子不平衡引起的噪声291

一、增大气隙292

第五节 电机电磁噪声的控制292

二、降低两极电机的脉动噪声293

三、斜槽294

四、定子绕组采用并联支路295

五、降低电机外表面的动态振幅296

六、降低声辐射效率297

第六节 电机机械性噪声的抑制298

一、电机轴承噪声的降低298

二、电刷—换向器噪声的降低299

三、转子不平衡噪声的降低299

四、空气动力噪声的控制300

参考文献303

第九章 电机设计原理304

第一节 电机设计基本公式304

一、圆柱式电机304

二、盘式电机306

第二节 电机的几何相似定律309

一、材料利用，效率和热负荷310

二、电参数和性能指标311

第三节 电磁负荷的选择311

一、乘积AB_δ312

二、乘积Aj和比值A/j313

三、比值A/B_δ316

四、最佳气隙磁密B_(sopt)317

第四节 几何尺寸比的选择319

一、主要尺寸比l_α/D319

二、相对气隙长度δ/D320

三、等效导体的相对厚度△/D321

四、槽形尺寸的优化321

第五节 盘式电机的设计特点322

一、电枢直径比322

二、磁路尺寸的优化324

参考文献325

一、电机的设计方法326

第一节 电机设计与CAD326

第十章 电机的计算机辅助设计概论326

二、电机的计算机辅助设计328

第二节 电机CAD系统的组成330

一、CAD系统的基本类型330

二、CAD系统的硬件及其类型331

三、CAD系统的软件332

四、电机CAD软件包333

第三节 CAD软件的开发336

一、软件工程的观点336

二、软件计划阶段337

四、结构化程序设计339

三、软件设计339

五、程序的编码340

第四节 电机CAD数据库342

一、文件、数据库342

二、dBASE Ⅱ简介343

三、中小型感应电动机CAD数据库347

参考文献347

第十一章 感应电动机分析程序348

第一节 分析程序的要求与功能348

一、分析程序在电机CAD中的位置348

二、分析程序的功能348

三、对分析程序的要求351

一、感应电动机等效电路模型352

第二节 数学模型与模块划分352

二、手算程序特点353

三、数据流的细化354

四、分析程序的模块划分356

第三节 分析程序的编程358

一、符号名命名358

二、主要程序段举例359

三、出错处理362

四、输出安排362

五、数据的传递363

一、公式化处理364

第四节 非计算性数据的处理364

二、曲线拟合366

三、插值368

四、几何计算369

第五节 选线规与开槽369

一、选线规方法之一——线规法369

二、选线规方法之二——线规组合表法370

三、建立线规组合表371

四、开槽373

一、数据文件输入376

二、交互式输入376

第六节 分析程序初始化376

三、利用数据库初始化377

四、建立数据库文件377

五、初始化命令文件378

第七节 综合程序简介381

一、循环计算381

二、综合程序举例381

三、设计数据调整382

四、综合程序的特点386

参考文献387

二、计算机绘图在电机设计中的应用388

一、计算机绘图简介388

第十二章 电机设计的计算机绘图388

第一节 概述388

第二节 自动绘图系统389

一、自动绘图系统原理389

二、微型计算机绘图系统389

三、自动绘图机390

四、插补原理简介392

第三节 DXY-800A型智能绘图机与程序设计393

一、绘图命令与绘图软件393

二、基本图形的程序设计396

一、基本概念398

第四节 计算机绘图软件398

二、绘图程序设计步骤399

三、基本绘图子程序的设计400

第五节 图形变换的矩阵方法408

一、基本变换矩阵408

二、齐次变换410

三、二维图形的坐标变换410

四、三维图形变换412

第六节 电机绘图程序设计414

一、电动机零件图的程序设计414

二、电动机装配图的绘制421

参考文献422

第十三章 电机电磁场的计算机辅助分析423

第一节 概述423

第二节 有限元法的前处理Ⅰ——网格剖分427

一、自动剖分网格法428

二、自适应网格生成法431

三、三维场自动剖分436

第三节 有限元法的前处理Ⅱ——材料特性439

一、软磁材料的数学模型439

二、软磁材料模型的数值表达式439

三、软磁材料的有效磁阻率442

四、硬磁材料的处理概述443

第四节 有限元法的前处理Ⅱ——边界条件445

第五节 有限元法的后处理Ⅰ——等位线绘制447

第六节 有限元法的后处理Ⅱ——电机参数求取452

一、感应电动势452

二、气隙磁密454

三、电感454

四、电磁力和电磁转矩455

五、涡流密度和涡流损耗459

参考文献462

一、什么是优化设计464

二、对优化软件的要求464

第一节 优化设计概述464

第十四章 电机优化设计464

三、优化设计步骤466

第二节 数学规划的标准形式466

一、设计变量与设计空间467

二、目标函数与等值面467

三、约束条件和可行域468

四、电机优化设计标准形式举例469

五、数学规划方法分类470

第三节 非线性规划算法的基本寻优策略471

二、下降472

一、转化472

三、假定473

四、迭代474

五、终止475

六、结论476

第四节 一维搜索方法476

一、一维搜索要求476

二、一维搜索对函数的约定477

三、极小点的划界477

四、逼近极小点477

五、一维搜索举例481

第五节 无约束问题的直接方法484

一、坐标轮换法484

二、模式搜索法485

三、共轭方向法486

四、单纯形法488

第六节 无约束问题的解析方法489

一、梯度法489

二、共轭梯度法490

三、牛顿法491

四、变尺度法492

五、无约束算法小结493

六、FR共轭梯度法程序举例494

第七节 约束问题方法499

一、罚函数法500

二、乘子法502

三、非转化方法503

四、优化程序库503

第八节 与CAD系统的接口507

一、与分析程序的接口507

二、优化初始化510

第九节 电机优化设计特点513

一、电机优化设计变量的选择513

二、电机优化设计离散变量的处理方法513

三、采用硬绕组电机的优化设计特点514

四、系列电机优化设计方法516

五、电机优化设计目标函数与约束条件517

参考文献519