永磁电机 第3版 王秀和 等 编 专业科技 文轩网

前言
第1版前言
第2版前言
第一章概论1
第一节永磁材料的发展及其应用概况1
一、永磁材料的分类1
二、永磁材料的发展历史1
三、永磁材料产业的发展概况3
四、永磁材料的应用领域4
第二节永磁电机及其发展概况4
一、永磁电机的发展历史4
二、永磁电机的分类与特点6
三、永磁电机的应用7
参考文献8
第二章永磁材料9
第一节永磁材料的磁性与分类9
一、磁性的来源9
二、铁磁材料的分类10
三、常用的磁学单位制10
第二节永磁材料的主要性能参数11
一、铁磁材料的磁滞回线11
二、永磁材料的退磁曲线与内禀退磁曲线11
三、永磁材料的磁性能参数12
四、永磁材料的物理参数14
五、永磁材料的力学参数15
第三节主要永磁材料的种类及特点15
一、马氏体永磁材料15
二、铁镍钴基永磁材料16
三、可加工永磁材料18
四、铁氧体永磁材料19
五、钐钴永磁材料20
六、钕铁硼永磁材料22
七、粘结永磁材料24
第四节永磁材料的磁性能稳定性25
一、内部结构变化25
二、磁后效25
三、化学因素25
四、温度25
五、外磁场26
六、与强磁性物质的接触26
七、核辐射26
八、振动与冲击26
第五节永磁材料的腐蚀与防护26
一、钕铁硼永磁材料的腐蚀与防护26
二、钐钴永磁材料的腐蚀与防护28
第六节永磁材料的制备28
一、铁氧体永磁材料的制备28
二、烧结钕铁硼永磁材料的制备29
三、烧结钐钴永磁材料的制备29
四、铝镍钴永磁材料的制备30
五、粘结永磁材料的制备30
六、永磁材料的定向技术30
第七节永磁材料磁性能的测量31
一、磁通的测量31
二、磁通密度的测量32
三、永磁材料退磁曲线的测量32
参考文献33
第三章永磁电机的磁路及其计算34
第一节磁场与磁路34
一、磁感应强度、磁场强度、磁导率34
二、磁通、磁压、磁动势34
三、磁路参数34
第二节永磁电机的磁极结构35
一、按永磁体所在的位置分类36
二、按所用永磁材料的种类分类36
三、按永磁体安置方式分类36
四、按永磁体的形状分类36
第三节永磁电机的等效磁路39
一、永磁体的等效磁路39
二、外磁路41
三、永磁电机的等效磁路41
第四节永磁电机外磁路的计算42
一、内置式永磁电机漏磁系数的计算42
二、永磁直流电机气隙磁压降的计算44
三、外磁路的计算55
四、漏磁路的计算55
第五节永磁体工作点的确定方法56
一、永磁体工作图法56
二、用计算机求解永磁体工作图57
三、永磁体工作点的解析法58
第六节永磁体的设计61
一、永磁体的选择61
二、永磁体的设计62
三、永磁体尺寸的确定62
四、表面式永磁电机气隙磁通密度的估算63
参考文献64
第四章永磁电机的磁场分析65
第一节磁场的偏微分方程边值问题65
一、位函数满足的偏微分方程65
二、边界条件的确定66
三、偏微分方程的边值问题68
第二节有限元法的基本原理68
一、条件变分问题68
二、剖分插值69
三、单元分析70
四、总体合成71
五、强加边界条件的处理71
六、方程组求解71
第三节永磁体的等效72
一、磁化矢量法72
二、等效面电流法73
三、瓦片形磁极的等效74
第四节基于场路耦合的涡流场分析76
一、涡流场分析的有限元模型及其离散化处理76
二、涡流场分析的若干问题77
三、与外部电路的耦合78
第五节基于有限元分析的参数计算79
一、磁通和磁链的计算80
二、气隙磁通密度径向分量的分布80
三、电感的计算81
四、损耗的计算81
五、电磁转矩的计算81
第六节电机有限元分析中若干问题的处理82
一、叠片铁心的处理82
二、第一类边界条件的确定84
三、槽内电流的处理84
四、周期性边界条件的应用84
五、运动边界的处理85
参考文献86
第五章永磁电机的齿槽转矩87
第一节表面式永磁电机齿槽转矩的解析分析方法87
一、齿槽转矩的产生机理87
二、齿槽转矩的解析分析方法87
三、表面式永磁电机的齿槽转矩削弱方法90
四、极槽配合、斜极和斜槽对齿槽转矩的影响91
第二节基于分段斜极的齿槽转矩削弱方法93
第三节基于极弧系数选择的齿槽转矩削弱方法96
一、平行充磁瓦片形磁极永磁电机齿槽转矩分析96
二、基于极弧系数选择的永磁电机齿槽转矩削弱方法96
第四节基于不等槽口宽配合的齿槽转矩削弱方法99
一、采用不等槽口宽配合时的齿槽转矩解析表达式100
二、基于不等槽口宽配合的齿槽转矩削弱方法101
三、计算实例102
第五节基于磁极偏移的齿槽转矩削弱方法103
一、磁极偏移时的齿槽转矩表达式103
二、磁极偏移角度的确定104
第六节基于不等厚永磁磁极的齿槽转矩削弱方法107
一、不等厚磁极结构107
二、基于不等厚磁极的齿槽转矩削弱方法108
第七节基于不等极弧系数组合的齿槽转矩削弱方法109
一、不等极弧系数组合时的齿槽转矩表达式109
二、极弧系数组合的确定110
第八节基于开辅助槽的齿槽转矩削弱方法111
一、有辅助槽时的齿槽转矩表达式111
二、辅助槽数的选择113
第九节基于不等极弧系数的齿槽转矩削弱方法115
一、基于不等极弧系数的齿槽转矩削弱方法115
二、齿槽转矩的解析分析116
三、有限元法确定Brn最小时的kt值117
四、有限元验证117
五、适用范围118
第十节转子静态偏心对表面式永磁电机齿槽转矩的影响119
一、转子偏心对气隙磁通密度分布的影响120
二、转子偏心永磁电机的等效120
三、转子偏心电机的齿槽转矩分析121
四、偏心对齿槽转矩的影响123
第十一节内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱126
一、表面式内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱127
二、内置式内转子永磁无刷电机的齿槽转矩及其削弱127
参考文献134
第六章永磁直流电动机136
第一节永磁直流电动机的结构136
一、磁极结构136
二、电枢结构138
第二节永磁直流电动机的基本方程140
一、电压平衡方程140
二、感应电动势140
三、电磁转矩140
四、电磁功率141
五、功率平衡方程141
六、转矩平衡方程141
七、电磁参数141
第三节永磁直流电动机的工作特性142
一、转速特性142
二、转矩特性142
三、机械特性143
四、效率特性143
第四节永磁直流电动机的电枢反应143
一、负载时气隙中的磁动势和磁场143
二、交轴电枢反应和直轴电枢反应144
三、电枢反应对电机运行的影响145
四、电枢反应优选去磁时永磁体工作点的校核145
第五节永磁直流电动机的调速145
一、电枢回路串电阻调速146
二、改变主磁通调速146
三、改变电压调速146
第六节带辅助极永磁直流电动机147
一、带辅助极永磁直流电动机的结构和工作原理147
二、带辅助极永磁直流电动机的性能特点147
三、实际应用148
第七节换向149
一、换向过程149
二、电刷及其选择151
三、火花等级153
四、改善换向的方法153
第八节永磁直流电动机的设计153
一、永磁直流电机的额定数据和性能指标154
二、主要尺寸154
三、永磁体尺寸的确定155
四、极数的选择155
五、电枢冲片的设计155
六、换向器和电刷156
七、换向条件的校核157
第九节永磁直流电动机的电磁设计程序和算例158
一、额定数据158
二、主要尺寸及永磁体尺寸的选择159
三、电枢冲片及电枢绕组的计算160
四、磁路计算163
五、负载工作点计算164
六、换向计算165
七、优选去磁校核166
八、工作特性167
参考文献170
第七章永磁无刷直流电动机171
第一节永磁无刷直流电动机的工作原理与结构171
一、永磁无刷直流电动机的工作原理171
二、永磁无刷直流电动机的结构173
第二节永磁无刷直流电动机工作特性的传统计算方法178
一、基于方波的永磁无刷直流电动机特性计算178
二、基于正弦波的永磁无刷直流电动机特性计算179
第三节永磁无刷直流电动机气隙磁场的解析计算180
一、表面式永磁无刷直流电动机气隙磁场的解析计算模型181
二、永磁磁场解析计算算例189
三、空载电动势的计算189
第四节电枢反应磁场及相绕组电感参数的计算191
一、电枢反应磁场的解析计算191
二、绕组电感参数的计算194
第五节永磁无刷直流电动机的场路耦合模型194
一、永磁无刷直流电动机的场路耦合模型194
二、算例197
第六节基于场路耦合的永磁无刷直流电动机电磁性能计算198
一、基于场路耦合的永磁无刷直流电动机的电磁性能计算方法198
二、特性分析计算199
三、计算实例202
第七节永磁无刷直流电动机的转矩波动203
一、永磁无刷直流电动机的转矩波动概述203
二、换向转矩波动204
第八节永磁无刷直流电动机的设计特点209
一、电机工作方式的确定209
二、电磁负荷的选择210
三、极数、槽数的确定210
第九节永磁无刷电机位置传感器的位置确定210
一、霍尔传感器安装位置与三相绕组磁动势轴线的关系211
二、分数槽集中绕组无刷电机霍尔元件位置的确定方法212
第十节永磁无刷直流电动机的控制器214
一、逆变开关电路214
二、驱动电路215
三、控制电路216
四、控制器实例218
第十一节永磁无刷直流电动机的无位置传感器控制222
一、无位置传感器控制技术的位置检测方法222
二、基于专用芯片的无位置传感器无刷直流电动机控制223
三、无位置传感器永磁无刷直流电动机的控制原理图227
参考文献228
第八章异步起动永磁同步电动机229
第一节异步起动永磁同步电动机的结构与特点229
一、异步起动永磁同步电动机的结构229
二、异步起动永磁同步电动机的转子磁极结构231
三、转子磁路结构的选择原则233
四、异步起动永磁同步电动机的特点234
第二节异步起动永磁同步电动机的基本电磁关系235
一、转速235
二、气隙磁场的有关系数235
三、感应电动势240
四、永磁同步电动机的相量图241
五、交直轴电枢反应电抗242
六、永磁同步电动机的电磁转矩243
七、永磁同步电动机的V形曲线245
第三节异步起动永磁同步电动机的工作特性计算247
一、损耗计算247
二、工作特性的计算248
第四节永磁同步电动机的起动过程与起动性能计算249
一、起动过程中的磁场249
二、起动过程中的转矩分析250
三、起动过程中平均转矩的计算251
四、起动过程仿真251
五、起动转矩的定义与测定252
第五节提高永磁同步电动机性能的技术措施254
一、提高起动转矩的措施254
二、提高功率因数的措施254
三、提高效率、扩大经济运行范围的措施255
第六节永磁同步电动机性能的敏感性分析258
一、外加电压的影响258
二、永磁材料分散性的影响261
三、环境温度的影响263
第七节异步起动永磁同步电动机的电磁设计267
一、异步起动永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标267
二、定子冲片尺寸和气隙长度的确定268
三、定子绕组的设计268
四、转子铁心的设计269
第八节异步起动永磁同步电动机的电磁计算程序和算例270
一、额定数据和技术要求270
二、主要尺寸270
三、永磁体计算271
四、定、转子冲片271
五、绕组计算274
六、磁路计算276
七、参数计算280
八、工作特性计算284
九、起动性能计算287
参考文献292
第九章永磁同步发电机293
第一节永磁同步发电机的基本结构和工作原理293
一、永磁同步发电机的基本结构293
二、永磁同步发电机的工作原理296
第二节永磁同步发电机的电枢反应297
一、电枢电流I&与励磁电动势0E&同相位298
二、电枢电流I&与励磁电动势0E&不同相位299
第三节永磁同步发电机的磁场波形系数与参数计算300
一、气隙磁场的有关系数300
二、电抗参数的计算302
第四节永磁同步发电机的电压方程和相量图302
第五节永磁同步发电机的功率方程、转矩方程和功角特性303
一、功率方程303
二、转矩方程303
三、功角特性303
第六节永磁同步发电机的运行特性304
一、外特性与电压调整率304
二、效率特性305
第七节直驱永磁风力发电机305
一、直驱式永磁同步风力发电系统的总体结构305
二、结构特点306
三、直驱式永磁同步风力发电机的特点307
四、直驱式永磁同步风力发电机存在的问题308
五、典型的直驱式永磁同步风力发电机308
第八节混合励磁永磁同步发电机310
一、组合转子混合励磁同步发电机310
二、励磁绕组内嵌式混合励磁电机312
三、顺极式混合励磁同步发电机313
四、爪极混合励磁同步发电机314
第九节表面凸出式永磁同步发电机的电磁计算程序和算例317
一、额定数据317
二、永磁材料性能317
三、定子铁心318
四、定子绕组319
五、转子结构尺寸320
六、磁路计算321
七、参数计算323
八、电压调整率和短路电流的计算326
九、损耗和效率的计算327
参考文献327
第十章调速永磁同步电动机329
第一节调速永磁同步电动机的基本结构和数学模型329
一、调速永磁同步电动机的基本结构329
二、调速永磁同步电动机的数学模型330
第二节调速永磁同步电动机的矢量控制333
一、矢量控制原理333
二、永磁同步电动机的电流控制策略334
三、调速永磁同步电动机矢量控制系统336
第三节调速永磁同步电动机矢量控制时的功率特性及弱磁扩速能力分析336
一、矢量控制调速永磁同步电动机性能的分析方法336
二、永磁同步电动机恒转矩控制和普通弱磁控制时的功率特性337
三、永磁同步电动机优选输入功率弱磁控制时的功率特性340
四、永磁同步电动机弱磁扩速能力的提高343
五、其他因素对电机功率特性及弱磁扩速能力的影响344
第四节调速永磁同步电动机电感参数计算方法345
一、交、直电感的计算方法345
二、交、直轴电流对交、直轴电感的影响345
第五节调速永磁同步电动机矢量控制运行的实现347
一、驱动系统概述347
二、位置传感器的选用及安装348
三、电机位置、速度的采样348
四、PMSM控制系统软件设计349
第六节调速永磁同步电动机的直接转矩控制351
一、概述351
二、永磁同步电动机M−T坐标系下的转矩方程351
三、基于定子相电压矢量的定子磁链控制352
四、PMSM直接转矩控制系统的实现354
第七节调速永磁同步电动机的电磁设计355
一、主要尺寸及气隙选择356
二、转子磁路结构的选择357
三、永磁体选择及设计357
四、永磁磁通密度波形优化357
五、齿槽转矩的抑制和低速平稳性的改善358
参考文献358
第十一章特殊结构永磁电机360
第一节横向磁通永磁电机360
一、横向磁通永磁电机的结构与工作原理360
二、横向磁通永磁电机的特点361
三、横向磁通永磁电机的分类361
四、横向磁通永磁电机的典型应用364
第二节圆筒型永磁同步直线电机365
一、圆筒型永磁同步直线电机的结构与工作原理365
二、圆筒型永磁同步直线电机的分类366
三、圆筒型永磁同步直线电机的推力波动与削弱367
四、圆筒型永磁同步直线电机的典型应用378
第三节高速永磁同步电机379
一、概述379
二、高速永磁电机的转子结构379
三、高速永磁电机的损耗381
四、高速永磁电机的设计原则与方法382
五、高速永磁电机的多物理场耦合设计方法385
六、高速永磁电机的设计实例389
第四节低速直驱永磁同步电动机390
一、低速大转矩电机390
二、主要应用领域及其优势390
三、低速永磁电机与其他类型电机的对比391
四、低速大转矩永磁电机的关键技术与设计原则392
五、低速大转矩永磁电机的设计实例394
六、低速大转矩永磁电机传动系统的发展动态与趋势396
第五节双三相永磁同步电动机397
一、双三相永磁同步电动机的结构397
二、双三相绕组的电枢磁动势谐波399
三、双三相永磁同步电动机的转矩脉动402
四、仅一套三相对称绕组运行时的不平衡磁拉力406
第六节轴向磁场永磁同步电机407
一、轴向磁场永磁同步电机的结构407
二、轴向磁场永磁同步电机的运行原理409
三、轴向磁场永磁同步电机的分类及特点410
四、轴向磁场永磁同步电机主要尺寸的确定412
第七节永磁辅助式同步磁阻电机413
一、永磁辅助式同步磁阻电机的结构413
二、永磁辅助式同步磁阻电机的转矩特性414
三、永磁辅助式同步磁阻电机的结构参数对交直轴电感的影响416
四、永磁辅助式同步磁阻电机的控制策略418
参考文献418
附录420
附录A导线规格表420
附录B导磁材料磁化曲线和损耗曲线图表421
附录C常用铸铝转子槽下部比漏磁导的计算436