开关电器现代设计方法

本书可作为高等学校电气工程专业本科生“现代电器设计方法”课程的教材。开设此课程的目的是采用开关电器现代设计方法搭建一座桥梁，将开关电器产品的设计与相关的基础研究成果联系起来。书中既涵盖开关电器的静态特性（电器的绝缘特性和发热特性），又覆盖开关电器的动态特性（电弧与磁场的相互作用，以及电器的运动特性），还包括教学实验。本书希望通过“开关电器现代设计方法”的视角为开关电器产品的研究和开发提供思路。

前言

第1章绪论

11电器中的物理场

12电器的虚拟样机技术

13开关电器的试验研究方法

参考文献

第2章开关电器的绝缘

21绝缘与电场

22气体绝缘

221均匀场和稍不均匀场中的气体击穿

222稍不均匀场中SF6气体击穿电压计算

223SF6断路器的空载介质恢复

224气体中固体绝缘的沿面闪络

225气体绝缘新技术

23真空灭弧室绝缘

231真空间隙的击穿机理

232真空灭弧室的老练

233触头间隙的击穿特性

234触头与主屏蔽罩间隙

235端部屏蔽罩与主屏蔽罩间隙

236面积效应与真空间隙绝缘优化

237真空中固体绝缘的沿面闪络

238真空灭弧室外壳的绝缘包封

参考文献

第3章开关电器的发热

31开关电器的发热与温度场

32开关电器的允许温升

33开关电器的生热

331电阻损耗

332铁磁损耗

333介质损耗

34开关电器中的热传递

341热传导

342热对流

343热辐射

35导热问题的数学模型

351导热微分方程

352单值性条件

36电器的热计算

361热计算的牛顿公式

362热计算的数值方法

37交流接触器稳态温度场分析

371接触器的结构

372热分析模型的建立

373热参数的计算

374表面对流换热系数的计算

375仿真结果与实验验证

38真空断路器稳态温度场分析

381真空断路器的结构

382真空断路器的温度场模拟

383真空断路器温度场的影响因素分析

39熔断器弧前安秒特性的仿真与实验

391熔体弧前过程的数学建模

392熔体弧前过程的温度场数学模型

393熔体弧前过程的热电耦合模型

394熔体相变过程的处理方法

395基于ANSYS软件的弧前热电耦合分析

396仿真结果与分析

参考文献

第4章开关电器的磁场

41典型导体的电动力计算

411平行导体电动力

412垂直导体电动力

413平板对接触头电动力

414插入式触指电动力

415三相导体的电动力

42真空电弧与磁场

421真空灭弧室的磁场与开断能力

422真空电弧触头立体角、阳极斑点和纵向磁场

423真空灭弧室开断短路电流的纵向磁场判据

43开关电器中的电磁铁

431磁路分析与计算

432磁场分析与计算

433电磁系统的吸力

434电磁系统动态特性的分析计算

435交流接触器电磁铁静态特性的分析

44电磁脱扣器特性分析

441拍合式电磁脱扣器

442电磁脱扣器静态特性计算

443电磁脱扣器保护特性计算

444电磁脱扣器保护特性分析

参考文献

第5章开关电器的运动

51开关电器操动机构应满足的要求

511合闸要求

512分闸要求

513自由脱扣、防跳跃、复位和联锁

52断路器弹簧操动机构

521弹簧操动机构与其他操动机构的比较

522弹簧操动机构设计中的关键问题

523典型的断路器弹簧操动机构

53机构运动特性分析的能量平衡法

531分析过程

532归算方法

533计算示例

54弹簧操动机构关键部件设计

541凸轮机构设计

542锁扣、脱扣机构设计

543缓冲器设计

544储能机构设计

55真空断路器弹簧操动机构运动特性分析与优化

551虚拟样机仿真与分析

552实现预定的分闸角速度

553断路器的柔性分析

56低压塑壳断路器弹簧操动机构

动态特性仿真与优化

参考文献

第6章教学实验

61仿真实验

611电场分析

612温度场分析

613磁场分析

614机构运动分析

62物理实验

621断路器开断能力试验

622纵向磁场对真空电弧的影响 2100433B

作者：刘志远 纽春萍 编著

ISBN(书号)：978-7-111-58414-8

丛书名：高等院校电子信息与电气学科系列规划教材

出版日期：2017-11

版次：1/1

定价：￥49.00

本书以开关电器领域多年的研究工作成果为基础，力图反映近年来国内外有关研究成果和发展动态。本书内容以理论研究为主，以实践经验为辅，通过对开关电器关键部件特性的准确数字化仿真为基础构建开关电器计算学理论方法体系，同时紧密结合实际工程应用，给出大量的技术实例。 　全书共九章。第 1～5 章以电弧计算模型为主，内容包含电弧仿真的基础理论与计算方法、弧后介质恢复过程的特殊性分析、开关柜内部故障燃弧的计算以及服务于电弧仿真模型的物性参数计算与诊断手段；第 6～8 章以开关电器的机构特性、动热稳定性为对象，介绍对应的分析方法；第 9 章列举开关电弧的典型计算实例。

前言

第1章 绪论

1.1 现代设计的概念

1.1.1 设计的概念及特征

1.1.2 设计发展的基本阶段

1.1.3 现代设计与传统设计

1.2 现代设计方法的主要内容及特点

1.2.1 现代设计方法的主要内容

1.2.2 现代设计方法的特点

1.3 现代产品的特点及其开发

1.3.1 现代产品的特点

1.3.2 现代产品的开发

1.4 学习现代设计方法的意义与任务

习题

第2章 计算机辅助设计

2.1 概述

2.1.1 CAD技术的起源、发展和应用概况

2.1.2 应用CAD技术的优越性

2.1.3 CAD技术发展展望

2.2 CAD系统

2.2.1 CAD系统的硬件

2.2.2 CAD系统的软件

2.2.3 CAD系统的形式

2.2.4 CAD系统的功能

2.3 工程数据的处理方法及CAD程序编制

2.3.1 数表的分类及存取

2.3.2 线图的分类及处理

2.3.3 列表函数表的插值算法

2.3.4 数据的公式拟合方法

2.4 数据文件及其应用

2.5 数据库及其应用

2.5.1 数据库与数据库管理系统

2.5.2 汉字FOXBASE 2.1数据库管理系统在CAD中的应用

2.5.3 工程数据库

习题

第3章 计算机绘图

3.1 概述

3.2 计算机绘图基础

3.2.1 坐标系

3.2.2 窗口、视区及开窗变换

3.2.3 二维图形的剪裁

3.3 二维图形的几何变换

3.3.1 齐次坐标与变换矩阵

3.3.2 基本几何变换及矩阵表示

3.3.3 组合变换

3.4 机械工程图的绘制方法

3.4.1 基本图形的绘制

3.4.2 零件图的绘制

3.4.3 装配图的绘制

习题

第4章 优化设计

4.1 概述

4.1.1 优化设计基本概念

4.1.2 优化设计的数学模型

4.1.3 工程优化设计问题的主要类型

4.1.4 优化设计的迭代算法

4.2 工程优化设计的数学基础

4.2.1 二次型与正定矩阵

4.2.2 函数的方向导数与梯度

4.2.3 函数的泰勒近似展开式和海森矩阵

4.2.4 无约束优化问题的极值条件

4.2.5 凸函数与凸规划

4.2.6 约束优化问题的极值条件

4.3 一维优化方法

4.3.1 搜索区间的确定

4.3.2 0.618法（黄金分割法）

4.3.3 二次插值法

4.4 多维无约束优化方法

4.4.1 坐标轮换法

4.4.2 共轭方向法

4.4.3 梯度法

4.4.4 牛顿法

4.4.5 变尺度法

4.5 约束优化方法

4.5.1 复合形法

4.5.2 惩罚函数法

4.5.3 简约梯度法及广义简约梯度法

4.6 多目标问题的优化方法

4.6.1 加权组合法

4.6.2 功效系数法

4.6.3 主要目标法

4.7工程优化设计应用

4.7.1 工程优化设计的一般步骤

4.7.2 微机优化方法程序库PC－

OPB简介

4.7.3 工程优化设计实例

习题

第5章 机械可靠性设计

5.1 概述

5.1.1 研究可靠性的意义

5.1.2 可靠性的定义

5.1.3 可靠性技术的发展

5.1.4 可靠性设计的基本内容

5.2 可靠性特征量

5.2.1 可靠度特征量

5.2.2 失效特征量

5.3 可靠性常用概率分布

5.4 机械强度可靠性设计

5.4.1 强度概率计算法的基本理论

5.4.2 零件强度可靠度的计算

5.4.3 零件承载能力分布规律及分布参数的确定

5.4.4 零件工作应力分布规律及分布参数的确定

5.4.5 强度可靠性计算条件式与许用可靠度

5.5 强度可靠性设计方法及步骤

5.6 疲劳强度可靠性设计

5.6.1 等幅变应力作用下零件的疲劳寿命及可靠度

5.6.2 不稳定应力作用下零件的疲劳寿命

5.6.3 承受多级变应力作用的零件在给定寿命时的可靠度

5.7 机械系统可靠性设计

5.7.1 可靠性预测

5.7.2 可靠性分配

习题

第6章 有限元法

6.1 概述

6.2 单元分析

6.2.1 单元分析的任务和方法

6.2.2 直接刚度法

6.2.3 虚功原理法

6.2.4 能量变分法

6.3 有限元法的应用

6.3.1 有限元法的计算步骤

6.3.2 计算实例

6.3.3 其它问题

习题

第7章 机电产品造型设计

7.1 概述

7.1.1 工业造型设计的基本内容与基本要素

7.1.2 产品造型设计的原则

7.1.3 产品造型的美学内容

7.1.4 产品造型设计的程序

7.2 造型与形式法则

7.2.1 形态要素及其视觉效果

7.2.2 造型美的形式法则

7.3 人机工程学简介

7.3.1 人体结构尺寸与造型尺度

7.3.2 视觉特征与显示器设计

7.3.3 控制器的选择与设计

7.3.4 控制台板设计

7.4 产品色彩设计

7.4.1 色彩的基本知识

7.4.2 色彩的对比与调合

7.4.3 产品色彩设计

习题

第8章 设计方法学

8.1 概述

8.1.1 设计方法学及其研究内容

8.1.2 设计系统

8.2 系统化设计法

8.2.1 技术过程及技术系统

8.2.2 功能分析法

8.2.3 系统设计举例

8.3 创造性设计法

8.3.1 创造力和创造过程

8.3.2 创造性思维及其特点和类型

8.3.3 创造技法

8.4 设计中的评价与决策

8.4.1 设计中的评价

8.4.2 设计中的决策

习题

第9章 工程遗传算法

9.1 概述

9.1.1 工程遗传算法的概念

9.1.2 遗传算法的特点及应用

9.2 遗传算法的基本原理及其计算步骤

9.2.1 遗传算法的基本原理

9.2.2 遗传算法的基本操作

9.2.3 遗传算法的迭代计算步骤

9.2.4 遗传算法的实现

9.2.5 遗传算法的数学描述

9.3 遗传算法在机械工程设计中的应用实例

习题

第10章 现代设计方法的综合应用

10.1 机械可靠性优化设计在机械设计中的应用

10.1.1 可靠性优化设计模型的创建方法

10.1.2 机械可靠性优化设计举例

10.2 面向对象软件设计方法及其在机械CAD系统开发中的应用

10.2.1 面向对象软件设计方法的基本原理与特点

10.2.2 面向对象软件设计方法在机械CAD系统开发中的应用

10.3 参数化绘图方法及其在机械CAD中的应用

10.4 三次设计法及其在工程设计中的应用

10.4.1 三次设计法原理

10.4.2 三次设计法在工程设计中的应用

习题

参考文献

附录1

附录2

附录3 2100433B

绪论

01.1 设计的基本概念

01.2 现代设计方法的分类及主要现代设计方法简介

01.3 学习现代设计方法的意义与任务

思考与练习

第1章 现代设计方法学

1.1 设计方法学概述

1.2 产品设计过程与设计原则

1.3 技术系统及其确定

1.4 方案的系统化设计

1.5 设计中的评价决策

思考与练习

第2章 计算机辅助设计（CAD）

2.1 CAD概述

2.2 CAD系统

2.3 CAD系统的图形处理

2.4 工程数据的处理

2.5 数据库系统及其应用

思考与练习

第3章 优化设计

3.1 优化设计概述

3.2 优化设计的数学分析基础

3.3 一维探索优化方法

3.4 无约束多维问题的优化方法

3.5 约束问题的优化方法

3.6 多目标函数的优化方法

3.7 LINGO在优化设计中的应用

思考与练习

第4章 有限元法

4.1 有限元法概述

4.2 有限元法的基本步骤

4.3 二维线弹性问题

4.4 有限元程序的应用

4.5 ANSYS有限元软件的应用

思考与练习

第5章 机械可靠性设计

5.1 可靠性设计的基本理论和概念

5.2 可靠性工程中常用概率分布

5.3 可靠性设计原理

5.4 机械强度可靠性设计

5.5 系统的可靠性设计

思考与练习

第6章 现代设计方法前沿

6.1 创新设计技术

6.2 快速响应设计技术

6.3 绿色产品设计技术

6.4 并行设计技术

6.5 虚拟设计

6.6 协同没计

思考与练习

附录A 标准正态分布表

参考文献 2100433B