现代电机设计PDF电子书下载

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CAD 252

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_δ 312

二、乘积Aj和比值A/j 313

三、比值A/B_δ 316

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/D 319

二、相对气隙长度δ/D 320

三、等效导体的相对厚度△/D 321

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CAD 326

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