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第1章 绪论1

1.1 电器的定义和分类1

1.2 典型电器的结构原理3

1.2.1 电磁式继电器3

1.2.2 接触器5

1.3 电器学的主要理论范畴8

1.3.1 电器发热和电动力理论8

1.3.2 电弧理论9

1.3.3 电接触理论9

1.3.4 电磁机构理论9

1.4 开关电器技术的发展简史10

1.5 我国电器制造事业的发展12

第2章 电器导体的热计算14

2.1 电器中的热源14

2.1.1 电阻损耗14

2.1.2 铁磁损耗17

2.1.3 介质损耗18

2.2 电器中的散热形式19

2.2.1 热传导19

2.2.2 热对流22

2.2.3 热辐射23

2.3 电器的允许温升及电器热稳定性24

2.3.1 电器的允许温升及相关标准24

2.3.2 电器的热稳定性31

2.4 电器表面稳定温升计算及分布31

2.4.1 电器表面稳定温升计算—牛顿公式31

2.4.2 电器典型部件的稳定温升分布33

2.5 不同工作制下电器的热计算37

2.5.1 长期工作制37

2.5.2 短时工作制39

2.5.3 反复短时工作制41

2.6 短路电流下的热计算42

思考题与习题45

第3章 电器中的电动力计算46

3.1 电器中的电动力46

3.2 电器电动力计算基本理论46

3.2.1 能量平衡法计算电动力46

3.2.2 毕奥-萨伐尔定律计算电动力47

3.3 电器中典型结构的电动力计算48

3.3.1 导体回路对电动力的影响及回路因数48

3.3.2 导体截面对电动力的影响及截面因数51

3.3.3 载流导体与导磁体间的电动力53

3.4 正弦交流下的电动力56

3.4.1 单相正弦交流下的电动力56

3.4.2 三相正弦交流下的电动力57

3.5 短路电流下的电动力59

3.5.1 单相短路时导体承受的电动力59

3.5.2 三相对称短路时导体承受的电动力61

3.6 电器的电动稳定性61

思考题与习题63

第4章 电弧基础理论64

4.1 气体放电的物理基础64

4.1.1 电离和激励64

4.1.2 气体电离方式65

4.1.3 气体消电离及其主要形式67

4.1.4 气体放电的几个阶段68

4.1.5 气体间隙的击穿理论71

4.2 真空放电的物理基础74

4.2.1 真空间隙的电击穿与真空绝缘破坏机理74

4.2.2 真空击穿的主要影响因素76

4.3 电弧物理特性78

4.3.1 电弧的产生78

4.3.2 电弧的伏安特性79

4.3.3 电弧外观80

4.3.4 电弧的组成81

4.3.5 弧柱温度83

4.3.6 弧柱直径83

4.3.7 电弧的弧根和斑点84

4.3.8 电弧的等离子流85

4.3.9 电弧的能量平衡86

4.4 直流电弧特性89

4.5 交流电弧的介质恢复过程与电压恢复过程91

4.5.1 交流电弧的伏安特性91

4.5.2 电弧电压对交流电路电流的影响93

4.5.3 交流电弧能量的计算96

4.6 交流电弧弧隙中的介质恢复97

4.6.1 弧隙中的介质恢复过程97

4.6.2 开关电器弧隙的介质恢复强度特性100

4.7 交流电弧弧隙中的电压恢复过程103

4.7.1 恢复电压组成部分和工频恢复电压103

4.7.2 理想弧隙时弧隙上的电压恢复过程106

4.7.3 电弧参数对电压恢复过程的影响112

思考题与习题115

第5章 开关电弧的熄灭原理116

5.1 直流电弧的熄灭原理116

5.1.1 直流电路中的电弧能量和燃弧时间116

5.1.2 直流电弧的熄灭原理117

5.1.3 直流电弧的熄灭方法117

5.1.4 电流转移原理119

5.1.5 直流电弧开断时的过电压122

5.2 交流电弧熄灭原理和熄灭条件123

5.2.1 交流电弧的熄灭原理123

5.2.2 交流电弧的熄灭条件124

5.3 开关电器典型灭弧装置的工作原理126

5.3.1 简单灭弧126

5.3.2 磁吹灭弧装置127

5.3.3 纵缝灭弧室127

5.3.4 栅片灭弧室129

5.3.5 固体产气灭弧装置131

5.3.6 石英砂灭弧装置132

5.3.7 油吹灭弧装置132

5.3.8 压缩气体灭弧装置134

5.3.9 真空灭弧装置135

5.4 提高灭弧装置开断能力的辅助方法137

5.4.1 弧隙两端并联低值电阻138

5.4.2 附加同步开断装置138

5.4.3 机械与半导体混合式开关139

思考题与习题140

第6章 开关电弧数学模型141

6.1 电弧模型概述141

6.2 气体介质电弧数学模型143

6.2.1 气体介质电弧数学模型的分类143

6.2.2 黑盒模型143

6.2.3 经典的电弧模型144

6.2.4 两种用于SF6断路器内的气体电弧模型145

6.3 真空电弧数学模型149

6.3.1 真空电弧的概述149

6.3.2 真空电弧数学模型概述150

6.3.3 真空电弧经典数学模型151

思考题与习题152

第7章 电接触理论153

7.1 概述153

7.1.1 电接触内表面的物理图景153

7.1.2 电接触的基本结构类型154

7.2 接触电阻158

7.2.1 接触电阻理论158

7.2.2 接触电阻计算159

7.2.3 接触电阻的影响因素164

7.3 接触导体温升168

7.3.1 触头的发热169

7.3.2 接触电阻与接触电压降172

7.4 触头间的电动力174

7.5 触头闭合过程的振动分析176

7.6 触头熔焊179

7.7 触头的质量转移和电磨损182

7.8 电接触材料188

7.8.1 触头材料的要求和分类188

7.8.2 触头材料的选用原则192

7.8.3 栓接触头材料的选用原则194

7.8.4 触头材料的发展趋势196

思考题与习题196

第8章 电磁系统磁路计算基础198

8.1 概述198

8.1.1 电磁系统的典型结构和基本特性199

8.1.2 电磁系统计算的基本任务及其计算方法203

8.2 磁路的基本概念及磁路方程204

8.2.1 磁路的基本概念204

8.2.2 磁路的基本定律及磁路方程204

8.2.3 拉普拉斯场量的对偶关系205

8.3 气隙磁导计算205

8.3.1 气隙的磁导定义206

8.3.2 气隙磁导的计算方法206

8.4 直流磁路计算211

8.4.1 直流磁路特点及其求解方法211

8.4.2 直流磁路方程的建立212

8.4.3 不计漏磁通的无分支磁路计算213

8.4.4 考虑漏磁时的U形磁路215

8.4.5 复杂磁路的计算217

8.5 含有永久磁铁的磁路计算222

8.5.1 永久磁铁的工作曲线222

8.5.2 永久磁铁的工作点及其等效处理224

8.6 交流磁路计算227

8.6.1 交流磁路的特点227

8.6.2 交流磁路的基本概念228

8.6.3 交流磁路分析与计算230

思考题与习题232

第9章 电磁系统的吸力计算234

9.1 磁场能量与电磁力的基本关系234

9.1.1 磁场的能量234

9.1.2 能量转换与电磁力的普遍公式235

9.1.3 电磁能量的图解表示237

9.1.4 计算电磁力的实用能量公式238

9.1.5 对漏磁力的分析239

9.2 麦克斯韦电磁吸力公式240

9.2.1 麦克斯韦公式的导出240

9.2.2 麦克斯韦公式与能量平衡公式242

9.3 恒磁动势与恒磁链条件下的吸力特性242

9.4 交流电磁系统电磁吸力的特点与分磁环原理245

9.4.1 交流电磁系统电磁吸力的特点245

9.4.2 分磁环的概念245

9.4.3 分磁环工作的分析246

9.4.4 分磁环和磁极端面参数的设置247

9.4.5 三相交流电磁系统的吸力248

9.5 静态吸力特性与反力特性的配合249

9.6 动态吸力特性的分析计算252

9.6.1 直流并励电磁系统的动态特性252

9.6.2 交流电磁系统的动态特性260

思考题与习题262

第10章 电器中场的计算基础264

10.1 电器中电场计算基础及应用264

10.1.1 电器中的电场问题264

10.1.2 泊松方程的有限元离散格式264

10.1.3 空间单元分析268

10.1.4 代数方程的合成271

10.1.5 边界条件的处理273

10.2 电器中磁场计算基础及应用275

10.2.1 电器中的磁场问题275

10.2.2 三维静磁场矢量位有限元分析276

10.3 电器中温度场计算基础及应用283

10.3.1 电器中的温度场问题283

10.3.2 热传导方程和边界条件284

10.3.3 稳态温度场有限元方法286

思考题与习题290

第11章 电器试验技术291

11.1 电器温升试验292

11.1.1 温升试验的试验要求和方法292

11.1.2 温升的测量292

11.2 动热稳定试验295

11.3 电器电弧试验297

11.3.1 电弧形态的观测297

11.3.2 电弧等离子体参数的诊断298

11.4 动作特性试验298

11.4.1 低压电器的动作特性试验299

11.4.2 高压开关的动作特性试验300

11.5 电器的通断能力试验300

11.6 绝缘试验304

思考题与习题306

参考文献307