旋转电机设计

《旋转电机设计》（原书第2版）是一本重要的参考书籍，它对旋转电机设计的理论原理和技术进行了深入论述。本书是原书的第2版，它提供了电机设计新理论和指南，同时还包括了永磁同步电机和同步磁阻电机的新研究进展。与原书靠前版相比，新增了以下内容：1）新材料对电机生态化的影响，包括旋转电机的生态化设计原则；2）扩充了永磁同步电机设计这一节的内容，讲述了齿圈绕组和高转矩永磁同步电机的设计及其性能；3）同步磁阻电机的新进展和新材料、气隙电感、永磁材料的损耗和电阻系数、永磁磁路的负载工作点、永磁电机设计以及电机损耗的小化；4）章末的例题、新的设计范例以及实际设计中用到的方法和方案。5）配套网站Wiley出版社本书主页，上面存储了两个利用MATHCAD编写的电机设计实例：表面磁钢转子的永磁电机和笼型感应电机的算例。也给出了感应电机优化设计的MATLAB程序代码。《旋转电机设计》（原书第2版）概述了电机设计的详细步骤，便于设计者进行旋转电机的设计。本书对所有已有的和新涌现出来的电机领域内的技术进行了详尽阐述，对于从事电机和驱动器诊断的专家来说是一本有用的参考书。本书对理论原理和技术进行了详细介绍，很好适合电气驱动技术和电磁能量转换相关的电气工程学科的高年级本科生、研究生、科研人员和大学教师阅读。

Juha Pyrh？nen，芬兰拉普兰塔理工大学电气工程系教授。他从事电机及其驱动技术的研究和开发方面的工作。他尤其活跃在永磁同步电机及驱动技术和实心转子高速感应电机及驱动技术领域。他承担过许多研究和工业开发项目，并且在电气工程领域撰写了许多著作，获授权专利多项。
Tapani Jokinen，芬兰阿尔托大学电气工程学院名誉教授。他主要的研究方向为交流电机中创新性问题的解决方案和产品开发流程。他曾经在Oy Str？mberg Ab公司担任电机设计工程师。他是多家公司的顾问，高速技术有限公司（High Speed tech Ltd）董事会成员，高行政法院专利局委员。他的研究项目包括船舶推进用超导电机和大型永磁电机的开发、高速电机和主动磁轴承的开发，以及用于求解电机问题的有限元分析工具的开发。
Valéria Hrabovcová，斯洛伐克共和国日利纳大学电力电子系电机方向教授。她的专业和研究方向涵盖了所有种类的电机，包括电子换向电机。她从事过大量的研究和开发项目，撰写了许多的电气工程领域的科学出版物。她的工作还包括各种教育学的活动，参与了许多靠前教育项目的研究。
柴凤，哈尔滨工业大学教授，博士生导师。主要研究领域为新型电驱动用电机系统及其相关技术、电动车辆用轮毂电机系统及相关技术、高精度伺服电机及驱动系统、飞轮储能用高速电机及相关技术等。主持承担完成国家自然科学基金、科技部靠前合作、国防预研项目、863以及横向合作等三十余项科技项目。获省部级、校级教学和科技奖励多项。发表文章60余篇（SCI、EI检索40余篇），获中国发明专利授权8项。

译者序
原书前言
作者简介
缩略语和符号
第1章电机设计的基本定律和方法1
1.1 电磁原理1
1.2 数值法7
1.3 解析计算的基本原则9
1.3.1 磁力线图12
1.3.2 载流区的磁通图16
1.4 虚功原理在力和力矩计算中的应用19
1.5 麦克斯韦应力张量;径向和切向应力24
1.6 自感和互感27
1.7 标幺值31
1.8 相量图34
参考文献35
第2章 电机绕组36
2.1 基本原理37
2.1.1 凸极绕组37
2.1.2 槽绕组39
2.1.3 端部绕组40
2.2 相绕组41
2.3 三相整数槽定子绕组42
2.4 电压相量图和绕组因数48
2.5 绕组分析55
2.6 短距56
2.7 槽绕组的电流链63
2.8 多相分数槽绕组72
2.9 相系统和绕组相带75
2.9.1 相系统75
2.9.2 绕组相带77
2.10 对称条件78
2.10.1 对称分数槽绕组79
2.11 基绕组81
2.11.1 一阶分数槽基绕组81
2.11.2 二阶分数槽基绕组82
2.11.3 整数槽基绕组82
2.12 分数槽绕组84
2.12.1 单层分数槽绕组84
2.12.2 双层分数槽绕组92
2.13 单?双相绕组97
2.14 变极绕组100
2.15 换向器绕组102
2.15.1 叠绕组的工作原理105
2.15.2 波绕组的工作原理107
2.15.3 换向器绕组实例，平衡连接器109
2.15.4 交流换向器绕组113
2.15.5 换向器绕组的电流链与电枢反应113
2.16 补偿绕组和换向极115
2.17 异步电机的转子绕组117
2.18 阻尼绕组119
参考文献121
第3章 磁路设计122
3.1 气隙及气隙磁压降127 !!!!
3.1.1 气隙和卡特系数127 !!!!
3.1.2 凸极电机的气隙131 !!!!
3.1.3 隐极电机的气隙136
3.2 等效铁心长度137
3.3 齿部和凸极磁压降139
3.3.1 齿部磁压降139
3.3.2 凸极磁压降142
3.4 定、转子轭部磁压降142 ?
3.5 电机空载曲线?等效气隙和励磁电流145
3.6 旋转电机的磁性材料147
3.6.1 铁磁材料的特性150
3.6.2 铁心磁路的损耗155
3.7 旋转电机的永磁材料161
3.7.1 永磁材料的历史与发展162
3.7.2 永磁材料的特性164
3.7.3 永磁材料磁路的工作点168
3.7.4 永磁材料的退磁173
3.7.5 永磁材料在电机中的应用175
3.8 铁心叠片的装配180
参考文献181
第4章 电感182
4.1 励磁电感182
4.2 漏电感185
4.2.1 漏磁通的分类186
4.3 漏磁的计算189
4.3.1 斜槽因数和斜槽漏感189
4.3.2 气隙漏感193
4.3.3 槽漏感197
4.3.4 齿顶漏感205
4.3.5 端部漏感206
参考文献208
第5章 电阻209
5.1 直流电阻209
5.2 集肤效应对电阻的影响210
5.2.1 电阻系数的解析计算210
5.2.2 槽内导体的临界高度217
5.2.3 抑制集肤效应的方法217
5.2.4 电感系数218
5.2.5 利用电路分析方法计算槽内的集肤效应219
5.2.6 双边集肤效应226
参考文献230
第6章 旋转电机的设计流程231
6.1 旋转电机的生态化设计原则231
6.2 旋转电机的设计流程232
6.2.1 初始值232
6.2.2 主要尺寸234
6.2.3 气隙241
6.2.4 绕组选择243
6.2.5 气隙磁通密度245
6.2.6 电机空载磁通和绕组匝数245
6.2.7 新的气隙磁通密度249
6.2.8 确定齿宽250
6.2.9 确定槽形尺寸250
6.2.10 确定气隙磁压降和定、转子齿磁压降254
6.2.11 确定新的饱和系数256
6.2.12 确定电机定、转子轭高及其磁压降257
6.2.13 励磁绕组258
6.2.14 确定电机定子外径和转子内径259
6.2.15 计算电机性能259
参考文献260
第7章 旋转电机的特性261
7.1 电机尺寸、速度、不同负载及效率261
7.1.1 电机尺寸及速度261
7.1.2 机械载荷能力262
7.1.3 电负载能力265
7.1.4 磁负载能力266
7.1.5 效率267
7.2 异步电机269
7.2.1 异步电机的电流链及产生的转矩269
7.2.2 笼型绕组的电流链及阻抗274
7.2.3 感应电机的特性279
7.2.4 考虑异步转矩及谐波时的等效电路283
7.2.5 同步转矩288
7.2.6 笼型绕组槽数的选择289
7.2.7 感应电机的构造293
7.2.8 冷却及工作制295
7.2.9 三相工业感应电动机参数实例297
7.2.10 异步发电机299
7.2.11 绕线转子感应电机301
7.2.12 单相电流供电的异步电动机302
7.3 同步电机306
7.3.1 同步电机在同步及瞬态运行时的电感307
7.3.2 同步电机负载运行及负载角方程315
7.3.3 同步电机的有效值相量图321
7.3.4 空载曲线及短路试验329
7.3.5 异步驱动331
7.3.6 不对称负载引起的阻尼电流334
7.3.7 阻尼导条槽从极对称轴偏移335
7.3.8 同步电机的V形曲线336
7.3.9 同步电机的励磁方法336
7.3.10 永磁同步电机337
7.3.11 同步磁阻电机361
7.4 直流电机372
7.4.1 直流电机的结构372
7.4.2 直流电机的运行及电压373
7.4.3 直流电机的电枢反应与电机设计375
7.4.4 换向378
7.5 双凸极磁阻电机380
7.5.1 双凸极磁阻电机的运行原理380
7.5.2 开关磁阻电机的转矩381
7.5.3 开关磁阻电机的运行382
7.5.4 开关磁阻电机的基本术语、相数和尺寸384
7.5.5 开关磁阻电机的控制系统386
7.5.6 开关磁阻电机的未来展望389
参考文献390
第8章 电机的绝缘393
8.1 旋转电机的绝缘394
8.2 浸漆和树脂399
8.3 绝缘尺寸402
8.4 电气作用下的绝缘老化404
8.5 实用的绝缘结构405
8.5.1 低压电机的槽绝缘405
8.5.2 低压电机线圈的端部绝缘407
8.5.3 极绕组的绝缘407
8.5.4 低压电机的浸渍绝缘407
8.5.5 高压电机的绝缘407
8.6 绝缘的状态监测409
8.7 变频器驱动下的电机绝缘412
参考文献415
第9章 损耗和传热416
9.1 损耗416
9.1.1 电阻损耗417
9.1.2 铁心损耗418
9.1.3 附加损耗418
9.1.4 机械损耗419
9.1.5 降低损耗的方法421
9.1.6 节能的经济性423
9.2 散热425
9.2.1 传导425
9.2.2 辐射428
9.2.3 对流431
9.3 等效热路436
9.3.1 电路和热路变量的相似性436
9.3.2 绕组的平均导热系数437
9.3.3 电机的等效热路438
9.3.4 冷却剂流建模446
9.3.5 等效热路的求解450
9.3.6 冷却流率452
参考文献453
附录454
附录A 电工钢片的特性454
附录B 漆包圆铜线的特性456