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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

5.4φ-θ理论和电接触处的接触电压 100

5.4.1φ-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

5.4.3φ-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