永磁电机(第3版）

图书标准信息

• 作者 王秀和
• 出版社 中国电力出版社
• 出版时间 2023-02
• 版次 3
• ISBN 9787519865368
• 定价 98.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 铜版纸
• 页数 452页
• 字数 686.000千字

【内容简介】

随着永磁材料性能的不断提高和电机技术的发展，永磁电机在国民经济的各个领域得到了极其广泛的应用。本书从永磁电机的基本理论入手，首先详细介绍了各类永磁材料的特点及选用原则、永磁电机的磁路及其计算、永磁电机的磁场分析、永磁电机的齿槽转矩等共性问题；然后分析了各类常见永磁电机的结构特点、工作原理、性能计算和设计方法；最z后对具有特殊结构的新型永磁电机进行了简要介绍。在展示永磁电机全貌的同时，力求反映永磁电机的最z新发展。
  本书既可供从事永磁电机研究、设计、生产和使用的科研人员、工程技术人员、科技管理人员使用，也可作为高等学校的研究生教材，以及继续教育的参考教材。

【作者简介】

王秀和，博士，山东大学教授，教j育y部新世纪优秀人才，国务院政府特殊津贴专家，山东省有突出贡献的中青年专家。长期从事永磁电机共性基础理论和关键技术研究，以及高性能用词电机的研究开发工作。主编学术专著2部、“十二五”国家级规划教材1部、主译专著1部，发表高水平学术论文200余篇，以第d一完成人获省部级科研奖励二等奖3项、三等奖2项、山东省教育教学成果二等奖1项。授权发明专利20项。

【目录】

目录

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、电枢反应最大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、最大去磁校核 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0 E& 同相位 298

二、电枢电流I& 与励磁电动势0 E& 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、永磁同步电动机最大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