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 9
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 损耗和效率 13
1.6.1 绕组电阻损耗 13
1.6.2 基本铁损耗 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 定子结构形式 20
2.2.3 转子结构形式 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
2.5.2 异步附加转矩 36
2.5.3 同步附加转矩 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 62
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 运行性能计算 76
2.10.1 满载电流和电动势 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
2.13 高效电动机设计 118
2.13.1 概述 118
2.13.2 IEC高效电动机标准 119
2.13.3 高效电动机设计要点 127
2.13.4 IE4高效电动机 137
第3章 单相异步电动机设计 141
3.1 产品发展概况 141
3.2 基本结构 142
3.3 数学模型 143
3.4 额定数据及主要尺寸 147
3.4.1 额定数据 147
3.4.2 冲片主要尺寸和气隙 148
3.4.3 定转子槽数选择 148
3.4.4 定转子槽形选择和相关尺寸计算 150
3.5 主绕组设计 153
3.5.1 绕组形式选择 153
3.5.2 绕组系数计算 157
3.5.3 主绕组串联导体数计算 158
3.5.4 主相电流估算和线径确定 160
3.5.5 槽满率计算 161
3.5.6 线圈平均半匝长 161
3.6 主相参数计算 162
3.6.1 主相绕组电阻 162
3.6.2 主相绕组漏抗 162
3.6.3 不考虑饱和的励磁电抗 163
3.6.4 转子电阻 164
3.6.5 转子漏抗 164
3.6.6 总漏抗 165
3.7 磁路计算 165
3.8 副绕组设计 169
3.9 起动性能计算 172
3.9.1 不考虑饱和的主绕组起动性能计算 172
3.9.2 饱和对参数的影响 172
3.9.3 考虑饱和的主绕组起动性能计算 173
3.9.4 副绕组起动性能计算 174
3.9.5 电机起动性能计算 174
3.10 运行性能计算 175
3.10.1 基本关系式 175
3.10.2 电阻起动和电容起动电动机的性能计算 176
3.10.3 电容运转和双值电容电动机的性能计算 178
3.10.4 转子电流计算 182
3.10.5 负载特性计算 184
3.10.6 机械特性计算 184
3.11 计算机辅助设计 185
3.11.1 概述 185
3.11.2 软件适用范围 185
3.11.3 软件主要功能 186
第4章 同步发电机设计 188
4.1 产品发展概况 188
4.2 基本结构 190
4.2.1 一般结构 190
4.2.2 定子 192
4.2.3 转子 194
4.2.4 通风 196
4.2.5 绝缘 199
4.2.6 无刷同步发电机结构 200
4.3 额定数据和主要尺寸 201
4.3.1 额定数据 201
4.3.2 主要尺寸 201
4.4 绕组设计 205
4.5 磁路计算 210
4.5.1 定子铁心磁路计算 210
4.5.2 凸极转子铁心磁路计算 212
4.5.3 空载磁路计算 214
4.6 稳态参数计算 221
4.6.1 绕组电阻 221
4.6.2 漏电抗 223
4.6.3 电枢反应磁动势和电枢反应电抗 225
4.6.4 短路比和功角 227
4.7 额定负载励磁磁动势和励磁绕组设计 229
4.7.1 额定负载的励磁磁动势 229
4.7.2 励磁绕组设计 230
4.8 阻尼绕组设计 233
4.9 损耗和效率 235
4.9.1 定子基本铁耗和表面损耗 236
4.9.2 电枢绕组和励磁绕组I2R损耗 236
4.9.3 机械损耗和附加损耗 237
4.9.4 交流励磁机损耗 237
4.10 瞬态参数和时间常数 239
4.10.1 瞬态参数 239
4.10.2 时间常数及短路电流倍数 241
4.11 励磁系统设计 244
4.11.1 励磁方式 245
4.11.2 自动电压调节器 255
4.11.3 无刷励磁系统设计 261
4.12 单相同步发电机设计 267
4.12.1 单相同步发电机的设计特点 267
4.12.2 小型单相同步发电机的励磁方式 274
第5章 永磁同步电动机设计 281
5.1 概述 281
5.2 永磁材料的基本性能 282
5.3 永磁同步电动机的基本结构形式 286
5.4 永磁电机的磁路计算 288
5.4.1 永磁体励磁的主磁路计算原理 288
5.4.2 漏磁导计算基本原理 295
5.4.3 切向式结构永磁同步电动机的磁路计算 298
5.5 永磁同步电动机的参数计算 302
5.6 永磁同步电动机的稳态性能和特性计算 305
5.7 具有自起动能力永磁同步电动机的异步起动计算 307
5.8 永磁同步电动机的电磁设计特点 309
5.9 永磁同步电动机电磁计算实例 313
5.10 单相电容分相式永磁同步电动机 325
5.10.1 概述 325
5.10.2 结构形式与运行原理分析 325
5.10.3 基本方程与等效电路 329
5.10.4 对称运行条件 333
5.10.5 异步起动时的电磁转矩 334
5.10.6 动态分析 336
5.10.7 单相永磁同步电动机设计流程 339
第6章 直流电机设计 345
6.1 产品发展概况 345
6.2 基本结构 345
6.3 额定数据和主要尺寸 347
6.3.1 额定数据 347
6.3.2 主要尺寸 348
6.3.3 磁极和气隙 349
6.4 电磁负荷 352
6.5 槽数及槽形 353
6.5.1 电枢槽数的选择原则 353
6.5.2 电枢槽形及尺寸 354
6.5.3 电枢齿尺寸 356
6.6 电枢绕组 356
6.6.1 绕组形式 356
6.6.2 电枢绕组设计 360
6.7 电刷与换向器 361
6.8 补偿绕组 364
6.9 换向性能与换向极 364
6.9.1 换向区域 364
6.9.2 换向极尺寸 365
6.9.3 绕组漏磁导 366
6.9.4 换向极绕组设计 367
6.10 磁路计算 372
6.10.1 气隙磁动势 372
6.10.2 齿部磁动势 373
6.10.3 电枢轭部磁动势 376
6.10.4 主极磁动势 377
6.10.5 机座轭部磁动势 377
6.11 空载特性计算 378
6.12 励磁绕组 381
6.12.1 励磁方式 381
6.12.2 串励绕组设计 381
6.12.3 并（他）励绕组设计 382
6.13 转速变化率 384
6.14 损耗和效率 385
6.15 整流电源供电对电机设计要求 389
6.15.1 整流电源供电对电机的影响 389
6.15.2 电机电感计算 390
6.16 机械计算要点 391
6.16.1 主磁极紧固螺栓计算 391
6.16.2 扎带计算 392
6.16.3 换向器计算 392
第7章 永磁无刷直流电动机设计 398
7.1 概述 398
7.2 永磁无刷直流电动机的工作原理和基本结构 398
7.3 基本公式与特性 401
7.3.1 两相导通三相六状态方波的基本计算公式 401
7.3.2 一相导通三相三状态和两相导通三相六状态时主要计算公式 404
7.4 电枢反应 405
7.5 永磁无刷直流电动机设计流程 407
第8章 机械计算 409
8.1 定子固有频率 409
8.2 机座 411
8.3 转轴挠度及临界转速 412
8.3.1 转轴受力分析 412
8.3.2 转轴挠度 412
8.3.3 临界转速 415
8.4 轴承寿命 415
第9章 通风温升计算 419
9.1 电机的通风系统 419
9.1.1 常用的通风系统 419
9.1.2 通风系统的工程算法 420
9.1.3 风扇及其选用 422
9.2 机壳表面冷却电机的通风计算 428
9.3 内通风系统电机的通风计算 430
9.4 电机的温升计算 431
9.4.1 热传导及对流散热方程 432
9.4.2 等效热路 434
9.5 机壳表面冷却电机的温升计算 434
9.5.1 数学物理模型 434
9.5.2 机座散热 435
9.5.3 定子散热 438
9.5.4 转子散热 444
9.5.5 热导方程组及其求解 446
9.5.6 计算实例 447
9.6 内通风系统电机的温度场计算 449
9.6.1 求解区域和边界条件 450
9.6.2 物理数学模型 450
9.7 异步电动机的起动温升计算 451
9.7.1 起动时间计算 452
9.7.2 定子绕组起动温升计算 453
9.7.3 转子起动温升计算 455
9.7.4 允许堵转时间计算 458
9.7.5 允许起动惯量计算 459
9.7.6 允许起动次数核算 460
9.7.7 计算实例 461
9.8 异步电动机起动时的径向温度场计算 463
9.8.1 基本假设 464
9.8.2 热传导基本方程和有限元计算格式 464
9.8.3 导条损耗分布计算 467
9.8.4 计算实例 468
9.9 异步电动机起动时的轴向温度场计算 472
9.9.1 热传导基本方程和有限元计算格式 472
9.9.2 计算实例 476
第10章 噪声计算 480
10.1 电磁噪声计算 480
10.1.1 电磁噪声产生原因分析 480
10.1.2 谐波磁场计算 481
10.1.3 径向力计算 483
10.1.4 径向力引起的振动 484
10.1.5 噪声辐射 486
10.1.6 计算程序框图 491
10.2 轴承噪声计算 492
10.3 通风噪声计算 493
10.4 电机噪声抑制 494
第11章 电机基础标准 508
11.1 旋转电机的定额和性能 508
11.1.1 工作制和定额 508
11.1.2 运行条件 510
11.1.3 热性能与试验 514
11.1.4 其他性能和试验 521
11.1.5 其他要求 527
11.2 旋转电机的外壳防护等级 530
11.2.1 标志 531
11.2.2 表征数字的含义 531
11.3 旋转电机的冷却方法 534
11.3.1 表示冷却介质的特征字母 534
11.3.2 冷却回路布置的特征数字 534
11.3.3 冷却介质运动的推动方法特征数字 535
11.3.4 标记系统 536
11.4 旋转电机的结构及安装形式 537
11.4.1 代号1的形式及含义 537
11.4.2 代号2的形式及含义 543
11.5 旋转电机尺寸和输出功率等级 543
11.5.1 电机尺寸标志 543
11.5.2 接线盒位置 543
11.5.3 凸缘上孔的位置 543
11.5.4 安装尺寸 544
11.5.5 优先额定输出功率 548
11.6 电机线端标志与旋转方向 549
11.6.1 符号 549
11.6.2 旋转方向 550
11.6.3 不同类型电机的绕组标志 550
11.6.4 线端标志和旋转方向的关系 551
11.6.5 常用接线图 551
11.7 单速三相笼型感应电动机起动性能 557
11.7.1 设计代号 557
11.7.2 N设计的起动性能 558
11.7.3 NY设计的起动性能 558
11.7.4 H设计的起动性能 558
11.7.5 HY设计的起动性能 559
11.8 旋转电机的噪声限值 563
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 566
11.9.1 测量量值 566
11.9.2 电机安装 567
11.9.3 轴承座振动限值 567
11.9.4 轴相对振动限值 568
11.10 电动机的能效等级 568
11.10.1 适用范围 568
11.10.2 能效等级 569
第12章 电机常用材料及零部件 571
12.1 导磁材料 571
12.1.1 冷轧取向和无取向电工钢带（片） 571
12.1.2 热轧硅钢薄板 573
12.1.3 永磁铁氧体材料 576
12.1.4 铝镍钴永磁材料 578
12.1.5 稀土钴永磁材料 581
12.1.6 烧结钕铁硼永磁材料 584
12.2 导电材料 588
12.2.1 漆包圆绕组线 588
12.2.2 漆包扁绕组线 595
12.2.3 玻璃丝包绕组线 600
12.2.4 潜水电机绕组线 608
12.3 绝缘材料 609
12.3.1 电工纸板和布板 609
12.3.2 绝缘薄膜复合材料 612
12.3.3 漆绸和漆布 615
12.3.4 云母带和云母板 620
12.4 零部件 629
12.4.1 电机用换向器和集电环 629
12.4.2 电机用电刷尺寸 630
12.4.3 电机用电刷 634
12.4.4 电机用刷握及集电环 635
12.4.5 恒压刷握 638
12.4.6 中小型笼型三相异步电动机接线盒 642
12.4.7 中小型异步电机用接线板 643
12.4.8 中小型异步电机用工程塑料风扇 644
12.4.9 小型异步电动机用工程塑料风罩 646
12.5 电动机保护及保护元件 646
12.5.1 双金属开关式热敏传感元件 647
12.5.2 热敏电阻传感元件 650
12.5.3 热电阻温度传感元件 653
12.5.4 KTY系列硅温度传感元件 655
12.5.5 热电偶型温度传感元件 658
12.5.6 电动机的防潮保护 660
12.5.7 单相异步电动机电子起动开关 663
附录 666
附录A 三相异步电动机技术条件（摘要） 666
A.1 YS系列三相异步电动机 666
A.2 Y系列三相异步电动机 669
A.3 Y2系列三相异步电动机 677
附录B 单相异步电动机技术条件（摘要） 687
B.1 YY系列电容运转异步电动机 687
B.2 YC系列电容起动异步电动机 690
B.3 YL系列双值电容单相异步电动机 693
附录C 小型同步发电机技术条件（摘要） 696
C.1 有刷三相同步发电机 696
C.2 小型无刷三相同步发电机 700
C.3 小型单相同步发电机 705
附录D 小型直流电机技术条件（摘要） 708
D.1 Z4系列直流电动机 708
D.2 ZSL4系列（IP23S）直流电动机 716
D.3 ZBL4系列（IP44）直流电动机 718
附录E 三相异步电动机技术数据 720
E.1 Y系列（IP44）小型三相异步电动机 720
E.2 Y系列（IP23）小型三相异步电动机 725
E.3 Y2系列（IP54）三相异步电动机 728
参考文献 737