电器设计基础

　　本书详细讲述了电器设计基本原理，针对电器的分析、设计和计算提供了必要的理论基础和计算方法。本书包括电磁系统的磁路计算、电磁系统静态特性、电磁系统动态特性、电器发热理论及热计算、直流磁系统设计、永磁磁路和极化永磁机构、交流磁系统、电接触与电动力理论和电器电弧理论。同时，还介绍了电磁系统有限元温度场计算、动态特性仿真分析等计算机分析方法，以及应用于全电和多电飞机的航空电器设计技术。本书可作为高等学校电气工程及其自动化、自动化等专业的本科生教材或教学参考书，也可作为电器相关专业研究生的教材和教学参考书；对于从事电器设计、制造、运行方面工作的电气工程技术人员，本书也具有一定的参考价值，可作为培训教材使用。

　　武建文，博士，毕业于西安交通大学电器专业。现任北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院教授、博士生导师。主要从事电器电弧理论与应用、智能电器设计、开关设备故障诊断等方面的研究工作。主持 自然科学基金6项，主持 自然科学重点基金和 行业专项重大项目子课题。获2019年中国机械工业协会技术发明一等奖、2013年北京市高等教育教学成果奖一等奖、2022年中国航空学会科技进步一等奖等。共发表论文180余篇，出版专著2部，获授权发明专利30余项。 IEEE 会员，现任《电工技术学报》编委。吴静，博士，毕业于清华大学电气工程专业。现任北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院副教授。主要从事电磁场理论及其应用方面的研究工作。主持 自然科学基金、国防技术基础等项目，发表论文40余篇，获授权发明专利10项；获2020年北京市科技进步二等奖、中国计量测试学会科技进步二等奖等。现为中国电工技术学会电磁检测专委会委员。佟子昂，博士，毕业于北京航空航天大学电机与电器专业。现于北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院从事博士后研究工作。主要从事航空电弧理论与应用、智能电器设计、电能质量控制等方面的研究工作。主持中国博士后科学基金和北京市自然科学基金，共发表论文18篇，获授权发明专利 3项。获2022年中国航空学会科技进步一等奖。

目录Contents前言第1章概论1.1电器定义1.1.1电器应用1.1.2电器的分类1.1.3电器应用环境及特征1.1.4对航空电器等特殊应用的要求1.2典型电器的结构原理1.2.1电磁式继电器1.2.2接触器1.3电器学的主要理论范畴1.4电器技术的发展简史及其展望第2章电磁系统的磁路计算2.1磁场2.1.1磁感应强度2.1.2磁力线、磁通量及磁通管2.1.3高斯定理2.1.4磁导率及磁场强度2.1.5安培环路定律2.1.6标量磁位、等磁位面及磁场的图形2.2磁路2.2.1磁动势、磁通、磁阻和磁压降2.2.2等效磁路图2.2.3磁路的基尔霍夫二定律2.2.4算例2.3磁性材料2.3.1软磁材料2.3.2永磁材料的主要特性、种类和性能参数2.4几种典型直流磁系统及其磁通分布2.4.1拍合式2.4.2吸入式2.4.3旋转式2.5气隙磁导计算2.5.1磁极之间磁力线的分布规律2.5.2解析法计算气隙磁导2.5.3分割磁场法计算气隙磁导2.5.4经验公式(曲线)法2.6不计漏磁时的简单磁路计算2.7磁系统的磁通分布及漏磁系数2.7.1磁系统的微分方程2.7.2铁心中的磁通和漏磁系数2.8考虑漏磁时的简单磁路的计算2.9复杂磁路计算小结习题与思考题电器设计基础目录第3章电磁系统静态特性3.1磁场的能量3.2电磁铁的能量转换和吸力计算公式3.2.1吸力计算的一般公式3.2.2实用的吸力计算公式3.3麦克斯韦吸力公式3.4典型电磁铁的静吸力特性3.4.1拍合式电磁铁3.4.2吸入式电磁铁3.4.3旋转式电磁铁3.4.4具有磁分路器的磁系统小结习题与思考题第4章电磁系统动态特性4.1返回装置、触头系统及反力特性4.1.1触头处于闭合状态4.1.2触头的断开过程4.1.3触头的闭合过程4.1.4开关电器的反力特性4.2静吸力特性与反力特性的配合4.3电磁铁的吸合过程和吸合时间4.3.1吸合触动时间4.3.2吸合运动时间4.4减少吸合时间的方法4.4.1 储备系数4.4.2合理配合吸力和反力特性4.4.3加速运动的方法4.5电磁铁的释放过程和释放时间4.5.1释放触动时间4.5.2释放运动时间4.6延缓释放时间的方法和计算4.6.1延时电路4.6.2阻尼套筒式延时电磁铁4.6.3释放延时的调整方法4.6.4释放延时的计算方法小结习题与思考题第5章电器发热理论及热计算5.1电器的发热和允许温升5.1.1电阻损耗5.1.2电器导体变频交流电阻和磁系统涡流磁滞损耗5.1.3允许温度及温升5.2电器的散热方式5.2.1热传导5.2.2对流5.2.3热辐射5.2.4牛顿散热公式和综合散热系数5.2.5大气压力对航空电器温升的影响5.3线圈的作用和结构特点5.4线圈的热计算5.4.1线圈的热平衡方程式5.4.2长期工作制5.4.3短时工作制5.4.4反复短时工作制5.4.5线圈温升的实际情况5.5线圈的设计方法5.5.1基本计算公式5.5.2线圈设计方法5.5.3线圈参数改变时的换算*5.6利用仿真软件分析电器热场5.6.1热特性仿真软件介绍5.6.2接触器热特性模型建立5.6.3灭弧系统通电导体发热分析5.6.4操动机构线圈发热分析5.6.5接触器散热特性5.6.6热量传递分析及参数计算5.6.7热特性结果分析小结习题与思考题本章附录附录A漆包线的品种、规格和性能特点附录B漆包线规格及参数表第6章直流磁系统设计6.1电磁铁的磁效率、机械效率和重量经济性指标6.1.1电磁铁每次动作所做的机械功6.1.2磁效率6.1.3有效功和机械效率6.1.4重量经济性指标6.2直流电磁铁的设计步骤6.2.1初步计算6.2.2复算6.3双绕组电磁铁的设计特点6.3.1起动绕组6.3.2保持绕组6.3.3电子控制双绕组线圈6.4PWM控制单绕组设计6.5灵敏磁系统的设计特点6.5.1功率经济性指标的关系式6.5.2影响功率经济性指标的因素6.5.3灵敏磁系统的设计步骤6.6电磁铁设计中的相似法6.7利用仿真软件进行磁路分析6.7.1参数的确定与静态电磁场的仿真6.7.2模型参数设置6.7.3激励设置6.7.4求解设置6.7.5运动区域的设置6.7.6仿真结果小结习题与思考题第7章永磁磁路和极化永磁机构7.1永磁磁路的计算方法7.1.1永磁磁路 类任务7.1.2永磁磁路第二类任务7.1.3永磁磁路开路工作点确定7.2极化电磁机构的作用原理、特点及基本类型7.3极化电磁机构的特性分析7.4永磁机构工作原理及特性分析7.4.1双稳态永磁机构原理及特性分析7.4.2单稳态永磁机构原理及特性分析小结习题与思考题第8章交流磁系统8.1交流磁系统的特点8.1.1磁链守恒8.1.2涡流和磁滞损耗8.1.3电磁吸力脉动现象8.2交流磁系统的等效磁路图8.2.1无短路环且不考虑铁损及漏磁8.2.2有短路环且不考虑铁损及漏磁8.2.3导磁体的铁损8.2.4等效磁路图8.3交流磁路计算8.3.1 类任务的计算8.3.2第二类任务的计算8.4交流电磁铁的吸力8.4.1加短路环后的吸力8.4.2三相交流电磁铁的吸力小结习题与思考题第9章电接触与电动力理论9.1电接触种类9.2接触电阻9.2.1接触电阻物理本质9.2.2收缩电阻9.2.3膜电阻9.2.4接触电阻的经验公式9.3触头的发热和熔焊9.3.1触头的温升9.3.2接触压降9.4电器电动力9.4.1通电导体电动力9.4.2触头电动力小结习题与思考题 0章电器电弧理论10.1气体放电的物理基础10.1.1游离和激励的概念10.1.2游离方式与去游离方式10.1.3固定间隙气体放电的几个阶段10.1.4电弧的物理特性10.2直流电弧10.2.1直流电弧的伏安特性10.2.2直流电弧的稳定燃烧与熄灭10.2.3直流电弧的灭弧机理10.2.4直流电弧的熄弧方法*10.2.5航空直流电弧的灭弧问题10.3交流电弧10.3.1交流电弧的伏安特性10.3.2交流电弧的熄灭与重燃10.3.3交流电弧的熄弧方法10.3.4交直流触头系统工作条件比较*10.3.5航空交流电弧特性10.4触头的磨损及材料选择10.4.1触头磨损的几种形式10.4.2触头电磨损的综合分析10.4.3触头材料的选择10.5触头系统参数设计10.6故障电弧的检测与分析10.6.1交直流故障电弧的特征10.6.2故障电弧的检测分析方法小结习题与思考题参考文献