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第1章 中小旋转电机电磁设计概论1

1.1　设计技术要求1

1.1.1　设计原始数据1

1.1.2　设计过程及内容1

1.2 主要尺寸2

1.2.1　利用系数2

1.2.2　电磁负荷3

1.2.3　主要尺寸比4

1.2.4　主要尺寸的确定4

1.3 绕组4

1.3.1　绕组构成原理4

1.3.2　三相交流绕组6

1.3.3　单相交流绕组8

1.3.4　直流电枢绕组8

1.4　气隙磁场、主磁路及感应电动势8

1.4.1　空载气隙磁场8

1.4.2　磁路计算原理8

1.4.3　励磁磁动势及励磁电流10

1.4.4　感应电动势11

1.5 电抗11

1.5.1　主电抗11

1.5.2　漏电抗12

1.6.2　基本铁损耗13

1.6　损耗和效率13

1.6.1　绕组电阻损耗13

1.6.3　风摩损耗14

1.6.4　杂散损耗14

1.6.5　效率15

第2章　三相异步电动机设计16

2.1　产品发展概况16

2.2　基本结构18

2.2.1　典型结构示例18

2.2.2　定子结构型式20

2.2.3　转子结构型式21

2.2.4　绝缘结构22

2.3　等效电路和相量图24

2.3.1　转子物理量的折算24

2.3.2　等效电路25

2.3.3　相量图26

2.4　功率、转矩和运行特性27

2.4.1　功率平衡27

2.4.2　转矩平衡28

2.4.3　电磁转矩及转矩特性28

2.4.4　运行特性31

2.5 谐波分析及其影响32

2.5.1　气隙谐波磁场32

2.5.3　同步附加转矩36

2.5.2　异步附加转矩36

2.5.4　杂散损耗37

2.5.5　电磁噪声37

2.6 电磁计算步骤40

2.7　额定数据、主要尺寸及绕组设计42

2.7.1　额定数据42

2.7.2　主要性能指标42

2.7.3　主要尺寸的确定43

2.7.4　气隙长度45

2.7.5　槽配合及斜槽46

2.7.6　定转子槽形及尺寸48

2.7.7　绕组设计51

2.8　磁路计算56

2.8.1　异步电机的磁路56

2.8.2　每极主磁通56

2.8.3　各段磁路截面积和磁路计算长度57

2.8.4　磁通密度和磁位降59

2.8.5　励磁电流61

2.9 参数计算63

2.9.1　线圈平均半匝长63

2.9.2　电阻64

2.9.3　漏电抗65

2.9.4　有效材料用量75

2.10.1　满载电流和电动势76

2.10　运行性能计算76

2.10.2　损耗78

2.10.3　力能指标和过载能力79

2.11 起动性能计算82

2.11.1　饱和效应82

2.11.2　挤流效应84

2.11.3　起动参数及性能88

2.12　计算机辅助设计94

2.12.1　电机设计中计算机应用概况94

2.12.2　异步电机电磁计算程序95

2.12.3　电机的优化设计107

2.12.4　计算机辅助设计系统113

3.2　基本结构119

第3章　单相异步电动机设计119

3.1　产品发展概况119

3.3　数学模型121

3.4　额定数据及主要尺寸125

3.4.1　额定数据125

3.4.2　冲片主要尺寸和气隙125

3.4.3　定转子槽数选择126

3.4.4　定转子槽形选择和相关尺寸计算128

3.5　主绕组设计131

3.5.1　绕组形式选择131

3.5.2　绕组系数计算135

3.5.3　主绕组串联导体数计算136

3.5.4　主相电流估算和线径确定138

3.5.5　槽满率计算139

3.5.6　线圈平均半匝长139

3.6　主相参数计算140

3.6.1　主相绕组电阻140

3.6.2　主相绕组漏抗140

3.6.3　不考虑饱和的激磁电抗141

3.6.4　转子电阻141

3.6.5　转子漏抗142

3.6.6　总漏抗143

3.7　磁路计算143

3.8　副绕组设计147

3.9　起动性能计算150

3.9.1　不考虑饱和的主绕组起动性能计算150

3.9.2　饱和对参数的影响150

3.9.3　考虑饱和的主绕组起动性能计算151

3.9.4　副绕组起动性能计算152

3.9.5　电机起动性能计算152

3.10　运行性能计算153

3.10.1　基本关系式153

3.10.2　电阻起动和电容起动电动机的性能计算154

3.10.3 电容运转和双值电容电动机的性能计算156

3.10.4　转子电流计算160

3.10.6　机械特性计算162

3.10.5　负载特性计算162

3.11 计算机辅助设计163

3.11.1　概述163

3.11.2　软件适用范围163

3.11.3　软件主要功能164

第4章　同步发电机设计166

4.1　产品发展概况166

4.2　基本结构168

4.2.1　一般结构168

4.2.2　定子170

4.2.3　转子172

4.2.4　通风174

4.2.5　绝缘177

4.2.6　无刷同步发电机结构178

4.3　额定数据和主要尺寸179

4.3.1　额定数据179

4.3.2　主要尺寸179

4.4 绕组设计183

4.5　磁路计算188

4.5.1　定子铁心磁路计算188

4.5.2　凸极转子铁心磁路计算190

4.5.3　空载磁路计算192

4.6　稳态参数计算199

4.6.1　绕组电阻199

4.6.2　漏电抗201

4.6.3　电枢反应磁动势和电枢反应电抗203

4.6.4　短路比和功角205

4.7　额定负载励磁磁动势和励磁绕组设计207

4.7.1　额定负载的励磁磁动势207

4.7.2　励磁绕组设计208

4.8　阻尼绕组设计211

4.9　损耗和效率213

4.9.1　定子基本铁耗和表面损耗214

4.9.2　电枢绕组和励磁绕组I2R损耗215

4.9.3　机械损耗和附加损耗215

4.9.4　交流励磁机损耗215

4.10.1　瞬态参数217

4.10 瞬态参数和时间常数217

4.10.2　时间常数及短路电流倍数219

4.11　励磁系统设计222

4.11.1　励磁方式223

4.11.2　自动电压调节器233

4.11.3　元刷励磁系统设计239

4.12　单相同步发电机设计245

4.12.1　单相同步发电机的设计特点245

4.12.2　小型单相同步发电机的励磁方式252

第5章　永磁同步电动机设计259

5.1 永磁材料的基本性能259

5.2　永磁同步电动机的基本结构型式263

5.3.1　永磁体激励的主磁路计算原理265

5.3　永磁电机的磁路计算265

5.3.2　漏磁导计算基本原理272

5.3.3　切向式结构永磁同步电机的磁路计算275

5.4 永磁同步电动机的参数计算278

5.5 永磁同步电动机的稳态性能和特性计算281

5.6 具有自起动能力永磁同步电动机的异步起动计算284

5.7 永磁同步电动机的电磁设计特点286

第6章　直流电机设计291

6.1　产品发展概况291

6.2　基本结构291

6.3 额定数据和主要尺寸293

6.3.1　额定数据293

6.3.2　主要尺寸294

6.3.3　磁极和气隙295

6.4　电磁负荷298

6.5　槽数及槽形299

6.5.1　电枢槽数的选择原则299

6.5.2　电枢槽形及尺寸300

6.5.3　电枢齿尺寸302

6.6 电枢绕组302

6.6.1　绕组型式302

6.6.2　电枢绕组设计306

6.7　电刷与换向器307

6.9　换向性能与换向极310

6.9.1　换向区域310

6.8　补偿绕组310

6.9.2　换向极尺寸311

6.9.3　绕组漏磁导312

6.9.4　换向极绕组设计313

6.10　磁路计算318

6.10.1　气隙磁动势318

6.10.2　齿部磁动势319

6.10.3　电枢轭部磁动势322

6.10.4　主极磁动势323

6.10.5　机座轭部磁动势323

6.11 空载特性计算324

6.12　励磁绕组327

6.12.1　励磁方式327

6.12.2　串励绕组设计327

6.12.3　并（他）励绕组设计328

6.13　转速变化率330

6.14　损耗和效率331

6.15　整流电源供电对电机设计要求335

6.15.1　整流电源供电对电机的影响335

6.15.2　电机电感计算336

6.16　机械计算要点337

6.16.1　主磁极紧固螺栓计算337

6.16.3　换向器计算338

6.16.2　扎带计算338

第7章　永磁无刷直流电动机设计344

7.1 永磁无刷直流电动机的工作原理和基本结构344

7.2　基本公式与特性346

7.2.1 电枢绕组感应电动势347

7.2.2　电枢电流348

7.2.3　电磁转矩348

7.2.4　转速348

7.2.5　机械特性349

7.3 电枢反应349

7.4.1　磁路设计351

7.4.2　绕组设计351

7.4　磁路和绕组设计351

第8章　机械计算352

8.1　定子固有频率352

8.2　机座354

8.3　转轴挠度及临界转速355

8.3.1　转轴受力分析355

8.3.2　转轴挠度355

8.3.3　临界转速358

8.4　轴承寿命358

第9章　通风温升计算362

9.1 电机的通风系统362

9.1.1　常用的通风系统362

9.1.2　通风系统的工程算法363

9.1.3　风扇及其选用365

9.2　机壳表面冷却电机的通风计算371

9.3 内通风系统电机的通风计算373

9.4 电机的温升计算374

9.4.1　热传导及对流散热方程375

9.4.2　等效热路377

9.5　机壳表面冷却电机的温377

升计算377

9.5.1　数学物理模型377

9.5.2　机座散热378

9.5.3　定子散热381

9.5.4　转子散热387

9.5.5　热导方程组及其求解389

9.5.6　计算实例390

9.6 内通风系统电机的温度场计算393

9.6.1　求解区域和边界条件393

9.6.2　物理数学模型393

9.7　异步电动机的起动温升计算395

9.7.1　起动时间计算395

9.7.2　定子绕组起动温升计算397

9.7.3　转子起动温升计算398

9.7.4　允许堵转时间计算401

9.7.5　允许起动惯量计算402

9.7.6　允许起动次数核算403

9.7.7　计算实例404

9.8　异步电动机起动时的径向温度场计算406

9.8.1　基本假设407

9.8.2　热传导基本方程和有限元计算格式407

9.8.3　导条损耗分布计算410

9.8.4　计算实例411

9.9 异步电动机起动时的轴向温度场计算415

9.9.1　热传导基本方程和有限元计算格式415

9.9.2　计算实例419

第10章　噪声计算423

10.1 电磁噪声计算423

10.1.1　电磁噪声产生原因分析423

10.1.2　谐波磁场计算424

10.1.3　径向力计算426

10.1.4　径向力引起的振动427

10.1.5　噪声辐射429

10.1.6　计算程序框图434

10.2　轴承噪声计算434

10.3　通风噪声计算436

第11章　电机基础标准438

11.1　旋转电机　定额和性能438

11.1.1　工作制和定额438

11.1.2　运行条件440

11.1.3　热性能与试验444

11.1.4　其他性能和试验450

11.1.5　其他要求455

11.2　旋转电机 外壳防护分级458

11.2.1　标志459

11.2.2　表征数字的含义459

11.3　旋转电机 冷却方法462

11.3.1　表示冷却介质的特征字母462

11.3.2　冷却回路布置的特征数字462

11.3.3　冷却介质运动的推动方法特征数字463

11.3.4　标记系统464

11.4　旋转电机结构及安装型式465

11.4.1　代号1的形式及含义465

11.5.3　凸缘上孔的位置471

11.5.2　接线盒位置471

11.5.1　电机尺寸标志471

11.5　旋转电机尺寸和输出功率等级471

11.4.2　代号2的形式及含义471

11.5.4　安装尺寸472

11.5.5　优先额定输出功率476

11.6 电机线端标志与旋转477

方向477

11.6.1　符号477

11.6.2　旋转方向478

11.6.3　不同类型电机的绕组标志478

11.6.4　线端标志和旋转方向的关系479

11.6.5　常用接线图479

11.7.2　N设计的起动转矩485

11.7　起动性能485

11.7.1　设计代号485

11.7.3　N设计的堵转视在功率486

11.7.4　N设计的起动要求486

11.7.5　NY设计的起动要求487

11.7.6　H设计的起动转矩487

11.7.7　H设计的堵转视在功率488

11.7.8　H设计的起动要求488

11.7.9　HY设计的起动要求488

11.8 旋转电机 噪声限值489

11.9　轴中心高为56mm及以上电机的机械振动—振动的测量、评定及限值491

11.9.1　测量量值491

11.9.3　轴承座振动限值492

11.9.2　电机安装492

11.9.4　轴相对振动限值493

第12章　电机常用材料及零部件495

12.1 导磁材料495

12.1.1　冷轧晶粒取向、无取向磁性钢带（片）495

12.1.2　热轧硅钢薄板497

12.1.3　永磁铁氧体材料499

12.1.4　铝镍钴永磁材料501

12.1.5　稀土钴永磁材料504

12.1.6　烧结钕铁硼永磁材料505

12.2.1　漆包圆绕组线508

12.2　导电材料508

12.2.2　漆包扁绕组线512

12.2.3　玻璃丝包绕组线518

12.2.4　潜水电机绕组线521

12.3　绝缘材料523

12.3.1　电工纸板和布板523

12.3.2　绝缘薄膜复合材料525

12.3.3　漆绸和漆布528

12.3.4　云母带和云母板532

12.4　零部件538

12.4.1 电机用换向器和集电环538

12.4.2　电机用电刷尺寸539

12.4.3　电机用电刷543

12.4.4　电机用刷握及集电环544

12.4.5　恒压刷握547

12.4.6 中小型笼型三相异步电动机接线盒550

12.4.7 中小型异步电机用接线板551

12.4.8　中小型异步电机用工程塑料风扇552

12.4.9　小型异步电动机用工程塑料风罩554

12.5 电动机过热保护及测温元件554

12.5.1　双金属开关式热敏传感元件555

12.5.2　热敏电阻传感元件557

12.5.3　热电阻温度传感器元件560

12.5.4　热电偶型温度传感器562

A.1　YS系列三相异步电动机564

附录564

附录A　三相异步电动机技术条件（摘要）564

A.2　Y系列三相异步电动机567

A.3　Y2系列三相异步电动机574

A.4　Y2-E系列三相异步电动机583

附录B　单相异步电动机技术条件（摘要）585

B.1　YY系列电容运转异步电动机585

B.2　YC系列电容起动异步电动机588

B.3　YL系列双值电容单相异步电动机591

附录C　小型同步发电机技术条件（摘要）594

C.1　有刷三相同步发电机594

C.2　小型无刷三相同步发电机598

C.3　小型单相同步发电机602

附录D　小型直流电机技术条件（摘要）606

D.1　z2系列小型直流电机606

D.2　z4系列直流电动机610

D.3　ZSL4系列（IP23S）直流电动机618

D.4　ZBL4系列（IP44）直流电动机620

附录E 三相异步电动机技术数据622

E.1　Y系列（IP44）小型三相异步电动机622

E.2　Y系列（IP23）小型三相异步电动机627

E.3　Y2系列（IP54）三相异步电动机630

E.4　Y2-E系列（IP54）三相异步电动机639

参考文献642