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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