本書詳細講述了電器設(shè)計基本原理，針對電器的分析、設(shè)計和計算提供了必要的理論基礎(chǔ)和計算方法。
本書包括電磁系統(tǒng)的磁路計算、電磁系統(tǒng)靜態(tài)特性、電磁系統(tǒng)動態(tài)特性、電器發(fā)熱理論及熱計算、直流磁系統(tǒng)設(shè)計、永磁磁路和極化永磁機構(gòu)、交流磁系統(tǒng)、電接觸與電動力理論和電器電弧理論。同時，還介紹了電磁系統(tǒng)有限元溫度場計算、動態(tài)特性仿真分析等計算機分析方法，以及應(yīng)用于全電和多電飛機的航空電器設(shè)計技術(shù)。
本書可作為高等學校電氣工程及其自動化、自動化等專業(yè)的本科生教材或教學參考書，也可作為電器相關(guān)專業(yè)研究生的教材和教學參考書；對于從事電器設(shè)計、制造、運行方面工作的電氣工程技術(shù)人員，本書也具有一定的參考價值，可作為培訓(xùn)教材使用。
本教材是北航著名教授武建文教授團隊的力作。
教材深入淺出地講解電器設(shè)計基本原理，針對電器的分析和設(shè)計提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法，并引入大量計算和仿真實例，方便讀者理解和應(yīng)用。
講解了電器磁系統(tǒng)設(shè)計方法、電器發(fā)熱理論及熱計算、電接觸與電動力和電器電弧理論，將電器各部分的結(jié)構(gòu)、材料、工作原理及設(shè)計計算有機地綜合成一個完整的體系。
結(jié)合航空多電/全電技術(shù)的最新發(fā)展，介紹了飛機高壓直流和寬變頻交流下電器設(shè)計要點。
闡明了物理本質(zhì)和各參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系，并列舉了大量電器設(shè)計常用參數(shù)，以利于自學和應(yīng)用。
可作為高等學校電氣工程及其自動化、自動化等專業(yè)的本科教材或教學參考書，也可作為電器專業(yè)研究生的教材或教學參考書。
對于從事電器設(shè)計、制造、運維方面的電氣工程技術(shù)人員具有一定的參考價值，可以作為培訓(xùn)教材使用。
為適應(yīng)現(xiàn)代電器及航空電器發(fā)展的要求，本書主要任務(wù)是為電器的理論分析、特性計算和設(shè)計提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法，建立電器基本知識體系，打好牢固的理論基礎(chǔ)。本書主要內(nèi)容包括電器磁系統(tǒng)動靜態(tài)特性、熱特性、電接觸與電動力、電弧理論，在論述理論的基本規(guī)律和物理本質(zhì)的基礎(chǔ)上講解計算和設(shè)計方法。
本書是在總結(jié)多年教學經(jīng)驗和科研成果基礎(chǔ)上，借鑒王寶齡主編的《電磁電器設(shè)計基礎(chǔ)》和《航空電器》編撰的。在體系上，將種類繁多的各類磁系統(tǒng)從原理上分為三大類(直流磁系統(tǒng)、永磁磁系統(tǒng)和交流磁系統(tǒng))，將電器各部分的結(jié)構(gòu)、材料、工作原理及設(shè)計計算有機地綜合成一個完整的體系。結(jié)合多電/全電飛機的發(fā)展，介紹了航空高壓直流和變頻交流下電接觸與電動力、開關(guān)電弧理論和故障電弧診斷方法。在內(nèi)容上，力求成熟、實用，并反映新的發(fā)展。在敘述方式上，力求深入淺出，并突出物理實質(zhì)和各參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系，以利于自學。本書把起點放在已學過大學物理課的電磁部分和電路課的電路部分，但對所用到的重要基本概念和定律仍做了扼要的復(fù)習。本書增加了電磁系統(tǒng)有限元溫度場計算、動態(tài)特性仿真分析等計算機分析方法。
書中編排了相當數(shù)量的例題、習題和思考題，其中有些習題是將正文中的某些概念、原理或公式推導(dǎo)移植改編而成，以加深讀者的理解。請讀者注意，標有*的內(nèi)容為選學內(nèi)容。
本書第1章、第2章和第7章由武建文教授編寫，第3章、第4章和第8章由吳靜副教授編寫，第5章、第6章、第9章和第10章由佟子昂博士編寫。全書由武建文教授統(tǒng)稿。
本書可作為高等工科院校電器及其控制專業(yè)以及其他相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生教材或教學參考書，也可供電器工程技術(shù)人員參考。
在此，對王寶齡老師表示由衷的感謝！對參考文獻作者及因疏忽未列入?yún)⒖嘉墨I的作者在此表示感謝。感謝張縉濤等研究生參與磁路特性分析和文字編輯工作。
天津航空機電有限公司的王民強總師、貴州天義技術(shù)有限公司（電器公司）的劉俊堂副總師為本書提供了技術(shù)資料，在此表示由衷的感謝！
對本書主審?fù)踅ㄈA教授表示最誠摯的感謝！
由于水平所限，不當和錯誤之處敬請讀者批評指正。
武建文
2023年2月
武建文，博士，畢業(yè)于西安交通大學電器專業(yè)。現(xiàn)任北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院教授、博士生導(dǎo)師。主要從事電器電弧理論與應(yīng)用、智能電器設(shè)計、開關(guān)設(shè)備故障診斷等方面的研究工作。主持國家自然科學基金6項，主持國家自然科學重點基金和工信部行業(yè)專項重大項目子課題。獲2019年中國機械工業(yè)協(xié)會技術(shù)發(fā)明一等獎、2013年北京市高等教育教學成果獎一等獎、2022年中國航空學會科技進步一等獎等。共發(fā)表論文180余篇，出版專著2部，獲授權(quán)發(fā)明專利30余項。 IEEE高級會員，現(xiàn)任《電工技術(shù)學報》編委。
吳靜，博士，畢業(yè)于清華大學電氣工程專業(yè)。現(xiàn)任北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院副教授。主要從事電磁場理論及其應(yīng)用方面的研究工作。主持國家自然科學基金、國防技術(shù)基礎(chǔ)等項目，發(fā)表論文40余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利10項；獲2020年北京市科技進步二等獎、中國計量測試學會科技進步二等獎等。現(xiàn)為中國電工技術(shù)學會電磁檢測專委會委員。
佟子昂，博士，畢業(yè)于北京航空航天大學電機與電器專業(yè)�，F(xiàn)于北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院從事博士后研究工作。主要從事航空電弧理論與應(yīng)用、智能電器設(shè)計、電能質(zhì)量控制等方面的研究工作。主持中國博士后科學基金和北京市自然科學基金，共發(fā)表論文18篇，獲授權(quán)發(fā)明專利 3項。
獲2022年中國航空學會科技進步一等獎。
目錄
Contents
前言
第1章概論
1.1電器定義
1.1.1電器應(yīng)用
1.1.2電器的分類
1.1.3電器應(yīng)用環(huán)境及特征
1.1.4對航空電器等特殊應(yīng)用的要求
1.2典型電器的結(jié)構(gòu)原理
1.2.1電磁式繼電器
1.2.2接觸器
1.3電器學的主要理論范疇
1.4電器技術(shù)的發(fā)展簡史及其展望
第2章電磁系統(tǒng)的磁路計算
2.1磁場
2.1.1磁感應(yīng)強度
2.1.2磁力線、磁通量及磁通管
2.1.3高斯定理
2.1.4磁導(dǎo)率及磁場強度
2.1.5安培環(huán)路定律
2.1.6標量磁位、等磁位面及磁場的圖形
2.2磁路
2.2.1磁動勢、磁通、磁阻和磁壓降
2.2.2等效磁路圖
2.2.3磁路的基爾霍夫二定律
2.2.4算例
2.3磁性材料
2.3.1軟磁材料
2.3.2永磁材料的主要特性、種類和性能參數(shù)
2.4幾種典型直流磁系統(tǒng)及其磁通分布
2.4.1拍合式
2.4.2吸入式
2.4.3旋轉(zhuǎn)式
2.5氣隙磁導(dǎo)計算
2.5.1磁極之間磁力線的分布規(guī)律
2.5.2解析法計算氣隙磁導(dǎo)
2.5.3分割磁場法計算氣隙磁導(dǎo)
2.5.4經(jīng)驗公式(曲線)法
2.6不計漏磁時的簡單磁路計算
2.7磁系統(tǒng)的磁通分布及漏磁系數(shù)
2.7.1磁系統(tǒng)的微分方程
2.7.2鐵心中的磁通和漏磁系數(shù)
2.8考慮漏磁時的簡單磁路的計算
2.9復(fù)雜磁路計算
小結(jié)
習題與思考題
電器設(shè)計基礎(chǔ)
目錄
第3章電磁系統(tǒng)靜態(tài)特性
3.1磁場的能量
3.2電磁鐵的能量轉(zhuǎn)換和吸力計算公式
3.2.1吸力計算的一般公式
3.2.2實用的吸力計算公式
3.3麥克斯韋吸力公式
3.4典型電磁鐵的靜吸力特性
3.4.1拍合式電磁鐵
3.4.2吸入式電磁鐵
3.4.3旋轉(zhuǎn)式電磁鐵
3.4.4具有磁分路器的磁系統(tǒng)
小結(jié)
習題與思考題
第4章電磁系統(tǒng)動態(tài)特性
4.1返回裝置、觸頭系統(tǒng)及反力特性
4.1.1觸頭處于閉合狀態(tài)
4.1.2觸頭的斷開過程
4.1.3觸頭的閉合過程
4.1.4開關(guān)電器的反力特性
4.2靜吸力特性與反力特性的配合
4.3電磁鐵的吸合過程和吸合時間
4.3.1吸合觸動時間
4.3.2吸合運動時間
4.4減少吸合時間的方法
4.4.1最優(yōu)儲備系數(shù)
4.4.2合理配合吸力和反力特性
4.4.3加速運動的方法
4.5電磁鐵的釋放過程和釋放時間
4.5.1釋放觸動時間
4.5.2釋放運動時間
4.6延緩釋放時間的方法和計算
4.6.1延時電路
4.6.2阻尼套筒式延時電磁鐵
4.6.3釋放延時的調(diào)整方法
4.6.4釋放延時的計算方法
小結(jié)
習題與思考題
第5章電器發(fā)熱理論及熱計算
5.1電器的發(fā)熱和允許溫升
5.1.1電阻損耗
5.1.2電器導(dǎo)體變頻交流電阻和磁系統(tǒng)渦流磁滯損耗
5.1.3允許溫度及溫升
5.2電器的散熱方式
5.2.1熱傳導(dǎo)
5.2.2對流
5.2.3熱輻射
5.2.4牛頓散熱公式和綜合散熱系數(shù)
5.2.5大氣壓力對航空電器溫升的影響
5.3線圈的作用和結(jié)構(gòu)特點
5.4線圈的熱計算
5.4.1線圈的熱平衡方程式
5.4.2長期工作制
5.4.3短時工作制
5.4.4反復(fù)短時工作制
5.4.5線圈溫升的實際情況
5.5線圈的設(shè)計方法
5.5.1基本計算公式
5.5.2線圈設(shè)計方法
5.5.3線圈參數(shù)改變時的換算
*5.6利用仿真軟件分析電器熱場
5.6.1熱特性仿真軟件介紹
5.6.2接觸器熱特性模型建立
5.6.3滅弧系統(tǒng)通電導(dǎo)體發(fā)熱分析
5.6.4操動機構(gòu)線圈發(fā)熱分析
5.6.5接觸器散熱特性
5.6.6熱量傳遞分析及參數(shù)計算
5.6.7熱特性結(jié)果分析
小結(jié)
習題與思考題
本章附錄
附錄A漆包線的品種、規(guī)格和性能特點
附錄B漆包線規(guī)格及參數(shù)表
第6章直流磁系統(tǒng)設(shè)計
6.1電磁鐵的磁效率、機械效率和重量經(jīng)濟性指標
6.1.1電磁鐵每次動作所做的機械功
6.1.2磁效率
6.1.3有效功和機械效率
6.1.4重量經(jīng)濟性指標
6.2直流電磁鐵的設(shè)計步驟
6.2.1初步計算
6.2.2復(fù)算
6.3雙繞組電磁鐵的設(shè)計特點
6.3.1起動繞組
6.3.2保持繞組
6.3.3電子控制雙繞組線圈
6.4PWM控制單繞組設(shè)計
6.5靈敏磁系統(tǒng)的設(shè)計特點
6.5.1功率經(jīng)濟性指標的關(guān)系式
6.5.2影響功率經(jīng)濟性指標的因素
6.5.3靈敏磁系統(tǒng)的設(shè)計步驟
6.6電磁鐵設(shè)計中的相似法
6.7利用仿真軟件進行磁路分析
6.7.1參數(shù)的確定與靜態(tài)電磁場的仿真
6.7.2模型參數(shù)設(shè)置
6.7.3激勵設(shè)置
6.7.4求解設(shè)置
6.7.5運動區(qū)域的設(shè)置
6.7.6仿真結(jié)果
小結(jié)
習題與思考題
第7章永磁磁路和極化永磁機構(gòu)
7.1永磁磁路的計算方法
7.1.1永磁磁路第一類任務(wù)
7.1.2永磁磁路第二類任務(wù)
7.1.3永磁磁路開路工作點確定
7.2極化電磁機構(gòu)的作用原理、特點及基本類型
7.3極化電磁機構(gòu)的特性分析
7.4永磁機構(gòu)工作原理及特性分析
7.4.1雙穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)原理及特性分析
7.4.2單穩(wěn)態(tài)永磁機構(gòu)原理及特性分析
小結(jié)
習題與思考題
第8章交流磁系統(tǒng)
8.1交流磁系統(tǒng)的特點
8.1.1磁鏈守恒
8.1.2渦流和磁滯損耗
8.1.3電磁吸力脈動現(xiàn)象
8.2交流磁系統(tǒng)的等效磁路圖
8.2.1無短路環(huán)且不考慮鐵損及漏磁
8.2.2有短路環(huán)且不考慮鐵損及漏磁
8.2.3導(dǎo)磁體的鐵損
8.2.4等效磁路圖
8.3交流磁路計算
8.3.1第一類任務(wù)的計算
8.3.2第二類任務(wù)的計算
8.4交流電磁鐵的吸力
8.4.1加短路環(huán)后的吸力
8.4.2三相交流電磁鐵的吸力
小結(jié)
習題與思考題
第9章電接觸與電動力理論
9.1電接觸種類
9.2接觸電阻
9.2.1接觸電阻物理本質(zhì)
9.2.2收縮電阻
9.2.3膜電阻
9.2.4接觸電阻的經(jīng)驗公式
9.3觸頭的發(fā)熱和熔焊
9.3.1觸頭的溫升
9.3.2接觸
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