前言
第1章绪论1
1.1电器的定义和分类1
1.1.1按电压高低和工艺结构特点分类1
1.1.2按电器的执行机能分类2
1.1.3按电器的使用场合及工作条件分类2
1.1.4按电器的用途分类2
1.1.5按电流种类分类3
1.2电器在电力系统中的作用3
1.3典型电器的基本原理4
1.3.1电磁式继电器4
1.3.2接触器6
1.3.3电器学的主要理论范畴10
1.4电器技术的发展现状及展望10
1.5中国电器制造业的发展概况12
第2章电器的发热理论14
2.1概述14
2.2电器的极限允许温升14
2.2.1表达形式14
2.2.2制定电器零部件极限允许温升的原则15
2.3电器的热源15
2.3.1电阻损耗15
2.3.2铁磁损耗17
2.3.3介质损耗18
2.4电器中的热传递形式19
2.4.1热传导19
2.4.2热对流22
2.4.3热辐射22
2.5电器表面稳定温升计算——牛顿公式23
2.6不同工作制下电器的热计算25
2.6.1长期工作制25
2.6.2短时工作制26
2.6.3反复短时工作制28
2.7电器典型部件的稳定温升分布29
2.7.1外包绝缘层的均匀截面导体29
2.7.2空心线圈30
2.7.3变截面导体31
2.8短路电流下的热计算和电器的热稳定性34
习题36
第3章电器的电动力理论37
3.1电器的电动力现象37
3.1.1两平行载流导体间的电动力37
3.1.2载流环形线圈或U形回路所受的电动力37
3.2电动力的计算方法38
3.2.1毕奥沙伐尔定律38
3.2.2能量平衡法39
3.2.3电动力的数值计算40
3.2.4回路因数与截面因数的基本概念41
3.2.5电动力沿导线的分布45
3.3交流稳态电流下的电动力46
3.3.1单相交流下的电动力46
3.3.2三相交流下的电动力47
3.4短路电流下的电动力49
3.4.1单相系统短路时的电动力49
3.4.2三相系统短路时的电动力51
3.5电器的电动稳定性52
习题53
第4章电弧的基本理论54
4.1概述54
4.1.1开关电弧的主要特征54
4.1.2电弧理论的发展史54
4.2气体放电的物理过程55
4.2.1电离和激励的概念55
4.2.2气体的电离方式55
4.2.3气体的消电离方式56
4.2.4气体放电的几个阶段57
4.2.5气体间隙的击穿理论58
4.3电弧的物理特征59
4.3.1开断电路时电弧的产生过程59
4.3.2电弧的组成以及各部分特性60
4.3.3弧柱的温度62
4.3.4弧柱的直径63
4.3.5电弧的弧根和斑点64
4.3.6电弧的等离子流64
4.3.7电弧的能量平衡65
4.4直流电弧的特性和熄灭原理66
4.4.1直流电弧的静态和动态伏安特性66
4.4.2直流电弧的熄灭原理67
4.4.3直流电弧的能量和燃弧时间70
4.4.4直流电弧熄灭时的过电压71
4.5交流电弧的特性72
4.5.1交流电弧的伏安特性72
4.5.2电弧电压对交流电路电流的影响72
4.5.3交流电弧能量的计算76
4.6交流电弧的熄灭原理77
4.6.1弧隙中的介质恢复过程77
4.6.2弧隙中的电压恢复过程80
4.6.3交流电弧的熄灭条件84
4.7熄灭电弧的基本方法和基本装置84
4.7.1简单开断灭弧84
4.7.2磁吹灭弧84
4.7.3纵缝灭弧85
4.7.4栅片灭弧86
4.7.5固体产气灭弧86
4.7.6石英砂灭弧87
4.7.7油吹灭弧87
4.7.8压缩空气灭弧88
4.7.9六氟化硫(SF6)气体灭弧88
4.7.10真空灭弧89
4.7.11无弧分断89
习题91
第5章电接触理论92
5.1电接触的分类和要求92
5.1.1电接触的定义92
5.1.2电接触的分类92
5.1.3触头的分类93
5.1.4触头的有关工作参数和特性指标93
5.1.5电器对电接触的要求94
5.2接触电阻的理论和计算94
5.2.1接触电阻的定义及组成94
5.2.2接触电阻的分析95
5.2.3接触电阻的计算97
5.3影响接触电阻的主要因素和减小接触电阻的措施99
5.3.1影响接触电阻的主要因素99
5.3.2减小接触电阻的措施100
5.4θ理论和电接触处的接触电压100
5.4.1θ的定义100
5.4.2接触面导电斑点附近温度分布的定性分析101
5.4.3θ理论分析的前提条件和原理101
5.4.4接触导体稳定温升分布与接触点最高温升计算103
5.5触头闭合过程的振动分析105
5.6电器触头间电动斥力的计算107
5.7触头的熔焊与焊接力108
5.7.1触头的熔焊108
5.7.2触头熔焊力的定义109
5.7.3减小触头熔焊的常用方法110
5.8触头的质量转移和电弧侵蚀110
5.8.1触头电磨损的定义及影响因素110
5.8.2电弧停滞现象对低压开关电器分断的影响111
5.9电接触材料112
5.9.1电器对电接触材料的性能要求113
5.9.2电接触材料的分类113
5.9.3电接触材料的制造方法116
5.10滑动电接触理论117
5.10.1滑动电接触的磨损118
5.10.2滑动电接触元件的润滑问题119
5.10.3滑动电接触的载流摩擦磨损特性119
5.10.4滑动电接触材料122
习题123
第6章电磁铁的磁路计算124
6.1电磁系统计算的基本原理124
6.1.1电磁铁的结构和工作原理124
6.1.2电磁铁的分类124
6.1.3磁路计算的基本定律126
6.2气隙磁导的计算128
6.2.1数学解析法计算气隙磁导128
6.2.2分割磁场法计算气隙磁导131
6.3直流磁路的计算137
6.4交流磁路的计算140
6.4.1交流磁路的主要特点141
6.4.2交流并联电磁铁磁路计算的任务和方法142
6.4.3交流磁路的计算步骤144
6.5永久磁铁的磁路计算147
习题152
第7章电磁铁的特性及设计153
7.1电磁铁的吸力计算153
7.1.1能量平衡法153
7.1.2麦克斯韦公式法156
7.1.3交流电磁铁的吸力157
7.2吸力特性及其与反力特性的配合160
7.3电磁铁的动态特性163
7.3.1直流电磁铁的吸合时间163
7.3.2直流电磁铁的释放时间166
7.3.3影响直流电磁铁动作时间的因素167
7.3.4交流电磁铁的动作时间168
7.4直流电磁铁的设计与计算168
7.5交流电磁铁的设计与计算180
习题189
第8章电器的机构理论190
8.1高压断路器的结构及其工作原理190
8.2高压断路器机械操动系统的基本结构192
8.3高压断路器的操动机构193
8.3.1高压断路器对操动机构的基本要求193
8.3.2操动机构的分类及其工作原理195
8.4高压断路器的传动机构与提升机构208
8.4.1高压断路器的传动机构208
8.4.2高压断路器的触头提升机构214
8.5高压断路器触头的运动特性和缓冲装置216
8.5.1高压断路器触头的运动特性216
8.5.2高压断路器机构的缓冲器219
8.6操动机构的出力特性及其与断路器负载特性的配合223
8.6.1操动机构的出力特性224
8.6.2断路器的负载特性224
8.6.3操动机构与断路器的特性配合225
习题227
第9章智能电器与智能电网228
9.1智能电器的基本概念228
9.1.1智能化是开关电器发展的必然趋势228
9.1.2智能电器的物理描述228
9.1.3智能电器的功能229
9.1.4智能电器的一般结构230
9.2智能电器领域的研究热点及其发展趋势234
9.3智能电网简介241
9.3.1什么是智能电网242
9.3.2为什么要建设智能电网243
9.3.3智能电网的研究进展244
9.3.4智能电网的技术领域249
习题250
附录电器电磁场的有限元分析251
一、电磁场的基本理论251
(一)麦克斯韦方程组251
(二)标量磁位及其偏微分方程255
(三)磁矢位及其偏微分方程256
(四)恒定电磁场的边界条件257
二、电磁场有限元法的基本原理259
(一)有限元法的基本思想259
(二)以能量变分为基础的等价变分问题260
(三)有限元法的单元分析与总体合成262
(四)有限元方程的求解270
(五)电磁场解后处理270
三、利用ANSYS求解电磁场问题271
(一)ANSYS简介271
(二)ANSYS的电磁场分析272
参考文献275