普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育铁道部规划教材：电力牵引交流传动及其控制系统 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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冯晓云 编

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040280463

版次：1

商品编码：10918001

包装：平装

开本：16开

出版时间：2009-12-01

用纸：胶版纸

页数：298

字数：470000

正文语种：中文

内容简介

　　 《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·普通高等教育铁道部规划教材：电力牵引交流传动及其控制系统》主要介绍了电力牵引交流传动系统的发展历史、现状以及发展趋势；电力牵引传动系统设计基础；变频调速异步电动机的控制方式及其不同坐标系下的数学模型；两电平和三电平脉冲整流器的主电路拓扑结构及其工作原理；两电平和三电平逆变器主电路拓扑结构及其工作原理；异步电动机矢量控制系统；异步电动机直接转矩控制系统；无速度传感器控制技术、直接驱动技术等新技术。本书注重理论基础、工程概念和思维方法，每章后附有习题，附录包括中国先进的4种动车组及3种大功率交流传动电力机车的主电路结构框图、参数和牵引特性曲线等基础数据，并给出了在实验室条件下可以完成的交流传动系统的相关实验。
　　 本书可作为高等学校电力电子与电力传动、电力牵引、动车组、轨道交通和磁浮等专业的本科生及研究生教材，也可供电力牵引交流传动领域从事设计、开发或研究的工程技术人员参考。

作者简介

冯晓云，女，1962年生，博士、教授、博士生导师，国家教学名师奖获得者。1983年7月毕业于西南交通大学并留校任教至今，曾留学日本东京大学。长期从事电力电子与电力传动学科领域的教学和科学研究工作。主持完成国家级教改项目7项，主持国家精品课程、国家级教学团队、国家级特色专业，国家级实验教学示范中心等质量工程建设项目，获得国家级教学成果一等奖1项、二等奖3项、铁道部詹天佑科技基金育人奖等；主持完成国家级和省部级科研项目10余项，现主持在研高速动车组牵引传动与控制、重载货运机车牵引变流器研制等国家科技支撑计划项目，曾获得铁道部科技进步二等奖1项，三等奖1项。
主要学术兼职有：教育部电气工程与自动化专业教学指导分委员会委员，铁道部铁道电气化专业教学指导委员会委员兼秘书长，全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会委员，全国电力电子技术学会理事等。

目录

第1章 绪论
1.1 发展历史
1.2 电力牵引交流传动与控制系统的现状及发展趋势
1.2.1 电力电子器件
1.2.2 控制理论
1.2.3 交流传动系统的控制技术
1.2.4 变频电机技术
1.2.5 牵引传动新技术
习题

第2章 电力牵引传动系统设计基础
2.1 列车牵引计算基础
2.1.1 列车运行过程的数学描述
2.1.2 列车牵引力
2.1.3 列车阻力
2.1.4 列车牵引特性
2.1.5 粘着控制
2.2 牵引供电系统简介
2.3 电力牵引交流传动系统简介
2.3.1 电力牵引传动系统分类
2.3.2 电力牵引交流传动系统组成
2.4 牵引传动系统的优化匹配与容量选定
2.4.1 牵引变流器与牵引电机的参数匹配
2.4.2 牵引系统与机械传动的匹配
2.4.3 牵引传动系统容量的计算
2.5 牵引电机设计时要考虑的几个特殊问题
习题

第3章 变频调速异步电动机的控制方式
3.1 频率调节时异步电动机的等值电路及转矩表示
3.1.1 变频调速异步电动机的等值电路
3.1.2 变频调速异步电动机的转矩公式
3.2 恒磁通控制
3.2.1 概述
3.2.2 恒磁通运行
3.3 恒电压／频率比控制
3.4 恒转子全磁通控制
3.5 恒功率控制
3.6 列车牵引中变频调速系统的调节特性
3.7 谐波分析
3.7.1 谐波等值电路
3.7.2 谐波电流
3.7.3 谐波转矩
3.8 仿真案例
习题

第4章 变频调速异步电动机的数学模型
4.1 三相异步电动机的数学模型
4.1.1 电压方程
4.1.2 磁链方程
4.1.3 转矩方程
4.1.4 运动方程
4.2 常用的坐标系和坐标变换
4.2.1 常用的坐标系
4.2.2 坐标变换的原则及约束条件
4.2.3 坐标变换的基本思路
4.2.4 三相／两相变换（变换）
4.2.5 两相／两相旋转变换（2s/2r变换）
4.2.6 直角坐标／极坐标变换（K/P变换）
4.3 三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型
4.3.1 异步电动机在两相任意旋转坐标系（dq坐标系）上的数学模型
4.3.2 异步电动机在两相静止坐标系（αβ坐标系）上的数学模型
4.3.3 异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型
4.4 三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程
4.4.1 wr-Wr-is状态方程
4.4.2 wr-Ws-is状态方程
4.4.3 wr-Wr-Ws状态方程
4.5 异步电动机的建模仿真
习题

第5章 脉冲整流器主电路及其控制
5.1 脉冲整流器概述
5.1.1 引言
5.1.2 脉冲整流器的等效电路模型
5.1.3 脉冲整流器的工作原理
5.2 两电平脉冲整流器主电路
5.2.1 两电平脉冲整流器的结构与工作原理
5.2.2 两电平脉冲整流器的SPWM调制原理
5.3 三电平脉冲整流器主电路
5.3.1 三电平脉冲整流器的结构与工作原理
5.3.2 三电平脉冲整流器SPWM调制原理
5.3.3 三电平脉冲整流器中点电位平衡策略
5.4 中间直流回路的功能与参数
5.4.1 串联谐振电路
5.4.2 支撑电容器
5.5 脉冲整流器谐波产生机理
5.5.1 低次谐波产生机理
5.5.2 高次谐波产生机理
5.6 脉冲整流器控制技术
5.6.1 脉冲整流器的可变相位角控制策略
5.6.2 瞬态直接电流控制策略
5.6.3 预测直接电流控制策略
5.6.4 多重化脉冲整流器的载波移相技术
5.7 仿真案例
习题

第6章 牵引逆变器主电路及其控制
6.1 两电平牵引逆变器主电路
6.1.1 两电平牵引逆变器的结构与工作原理
6.1.2 两电平牵引逆变器方波控制
6.1.3 两电平牵引逆变器SPWM控制
6.1.4 两电平牵引逆变器SVPWM控制
6.2 三电平牵引逆变器主电路
6.2.1 三电平牵引逆变器的结构与工作原理
6.2.2 三电平牵引逆变器方波控制
6.2.3 三电平牵引逆变器SPWM控制
6.2.4 三电平牵引逆变器SVPWM
……
第7章 异步电动机的矢量控制系统
第8章 异步电动机直接转矩控制系统
第9章 牵引传动系统无速度传感器控制
第10章 直接驱动技术
附录1 4种动车组及3种大功率交流传动电力机车的主电路结构框图
附录2 4种动车组及3种大功率交流传动电力机车各部分参数
附录3 4种动车组及3种大功率交流传动电力机车的牵引特性曲线
附录4 在功率不变条件下的坐标变换
附录5 由三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系的变换（3s／2r变换）
附录6 交流传动实验介绍
参考文献

图书简介：现代电力牵引传动技术与系统集成 本书聚焦于当前轨道交通领域最为核心的技术前沿——电力牵引交流传动系统及其集成控制策略，旨在为电气工程、自动化、轨道交通工程等专业的高年级本科生及研究生提供一部深入、系统且具有工程实践指导意义的教材。 本教材的编写立足于国家新一轮轨道交通装备升级换代的迫切需求，紧密结合当前高速列车、城市轨道交通（地铁、轻轨）和重载货运电力机车对高性能、高可靠性、高效率牵引系统的要求。我们摒弃了传统教材中过于侧重原理推导而忽视实际应用细节的弊端，力求在理论深度与工程实践之间找到最佳平衡点。 第一部分：电力牵引系统的基础理论与元件剖析 本部分为理解后续复杂系统打下坚实的基础。我们首先回顾了电力机车和电力动车组牵引供电系统的基本架构，包括接触网、受电弓、主断路器以及滤波器组的参数选择和动态特性分析。重点阐述了现代牵引供电系统面临的谐波治理、电压稳定性以及能量回馈等关键问题。 核心内容聚焦于交流牵引系统的心脏——电力电子变换器。 详细剖析了不同拓扑结构的牵引变流器，包括： 1. 电压源型逆变器（VSI）的最新发展： 深入探讨了IGBT/SiC模块的特性、串联冗余技术在IGBT级联H桥（CHB）和中点钳位（NPC）变流器中的应用，及其对系统可靠性的影响。 2. 电流源型逆变器（CSI）在重载机车中的应用优势与挑战： 对其在抑制接触网侧谐波和改善牵引力性能方面的独到之处进行了深入的分析和比较。 3. 模块化多电平变流器（MMC）： 作为下一代大功率牵引系统的发展方向，本书详细介绍了MMC的拓扑结构、调制策略（如混合自然采样PWM、三次谐波注入等），以及如何在保证输出电压波形质量的同时，有效控制子模块的电压平衡。 此外，本部分还系统介绍了高性能异步电机和永磁同步电机（PMSM）的电磁设计原理、温升分析，以及其在不同工况下的动态响应特性。 第二部分：先进的交流电机驱动与控制策略 本部分是全书的技术核心，旨在构建一套全面、先进的电机矢量控制与磁场定向控制（FOC）体系。 对异步牵引电机的控制： 转差频率控制（SFC）： 作为早期成熟技术，本书对其滑模补偿和转差角跟踪误差进行了细致分析。 基于电压模型的磁场定向控制（V-FOC）： 重点阐述了如何利用电流/电压变换实现电机磁链的精确解耦控制，并针对低速和高频区控制的难点，引入了先进的补偿技术。 基于电流模型的磁场定向控制（I-FOC）： 对比了其在参数辨识精度和动态性能上的优劣。 自适应与鲁棒控制： 针对电机参数随温度和负载变化的问题，引入了基于滑模观测器（SMO）和自适应观测器的磁链/转速估算方法，确保系统在电机参数漂移时仍能保持精确控制。 对永磁同步牵引电机的控制（PMSM/BLDC）： 鉴于PMSM在功率密度和效率上的优势，本章投入了大量篇幅。详细介绍了PMSM的d/q坐标系变换、磁场定向控制的实现步骤，以及转子位置传感器的选择与替代技术（如磁阻式传感器、高频注入法等），这对保障电机启动和低速运行的平稳性至关重要。 深入探讨了PMSM的弱磁控制策略，以满足高速运行时输出更高转速的需求，并平衡了逆变器电压裕度。 牵引系统能量管理与能效优化： 本章将控制理论与实际运行场景相结合，探讨了如何通过优化控制算法实现列车运行的节能减排。内容包括： 1. 再生制动策略： 详细分析了再生制动能量回馈至接触网时的系统稳定性、电网接纳能力评估，以及与空气制动系统的协同控制策略。 2. 牵引力分配与轮轨粘着利用： 基于粘着系数的在线辨识（如利用电机转矩脉动或运行数据回归分析），设计了先进的粘着保持控制算法，最大化了牵引力输出，尤其在雨雪等低粘着条件下。 第三部分：系统集成、保护与智能化运维 现代电力牵引系统是一个高度集成的复杂信息物理系统（CPS）。本部分关注系统层面的设计、可靠性保障及智能化发展趋势。 高可靠性与故障诊断： 冗余设计与容错控制： 针对IGBT模块、驱动电路和控制器本身的失效，阐述了多重冗余架构（如N+1、N+2）的选型原则，以及基于硬件冗余和软件切换的容错控制算法，确保在关键元件失效后系统能降额运行而非完全停运。 故障诊断与隔离（FDI）： 采用基于模型的残差分析法、基于信号处理的频谱分析法，对逆变器开关管短路/开路、电机绕组匝间短路、电流传感器漂移等常见故障进行实时、精准的定位与隔离。 牵引系统与列车网络集成： 详细介绍了牵引控制系统（TCS）与列车控制系统（TCMS）之间的信息交互标准与协议（如MVB、以太网等）。 阐述了牵引控制单元（VCU/MCU）的嵌入式系统设计，包括实时操作系统（RTOS）的选择、任务调度机制以及看门狗电路的设置。 智能化运维与数字化孪生： 展望未来，本书引入了基于大数据和人工智能的牵引系统预测性维护（PdM）理念。探讨了如何利用运行中采集的电流、电压、温度、振动等海量数据，通过机器学习模型对关键部件（如轴承、IGBT、接触器）的剩余使用寿命（RUL）进行预测，从而将维护从被动修复转变为主动预防。 --- 总结： 本书内容覆盖全面，从基础器件的物理特性到整机系统级的复杂控制和智能化管理，层次分明。所选取的理论模型均经过实际工程验证，并结合了近年来国内外先进的科研成果。丰富的工程案例分析和仿真模型（如MATLAB/Simulink）的指导，将帮助读者建立起系统性的知识结构，为未来从事轨道交通装备的研发、设计、调试与维护工作打下坚实的专业基础。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我并不是电力系统科班出身，当初选这本书完全是基于它“国家级规划教材”的名头，希望内容能覆盖得足够全面。阅读体验上，这本书的文字风格非常“硬核”，几乎没有多余的修饰词，全篇都是干货，这对于需要快速掌握核心技术细节的学习者来说无疑是福音。我特别欣赏书中对不同控制算法的推导过程，很多教科书为了简洁会略去中间步骤，但这本书却将拉氏变换、傅里叶分析等数学工具的应用展示得淋漓尽致，虽然这部分需要花费更多时间去演算和消化，但一旦理解了推导链条，你会发现对整个控制系统的理解是建立在坚实的数学基础之上的，而不是停留在“会用”的层面。比如，在讨论VVVF控制（变压变频控制）的实现时，它详细剖析了PWM调制方式的演变，从传统的正弦波控制到更先进的开关频率优化策略，每一个参数的选取背后都有详实的理论支撑。唯一美中不足的是，由于其规划教材的定位，书中对最新、最前沿的 SiC（碳化硅）器件在牵引传动中的应用探讨略显保守，更多侧重于成熟的 IGBT 技术，这可能是时代背景的限制，但对于追求行业前沿的读者来说，可能需要补充最新的文献资料。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的封面设计相当朴实，带着一股老派工科教材特有的严谨感，拿到手里就能感受到它沉甸甸的分量。我是在备考某个行业资格证的时候翻开它的，一开始确实有些望而生畏，那些密密麻麻的公式和结构图，感觉就像是站在一座技术名词构成的迷宫前。不过，真正深入进去才发现，作者的叙述逻辑是极其清晰的，他们似乎深谙初学者在面对复杂电力电子系统时的困惑点。例如，在阐述交流牵引系统的工作原理时，它没有直接跳到复杂的矢量控制，而是非常耐心地从最基础的电磁感应定律讲起，一步步搭建起对感应电机特性的理解。这种由浅入深的讲解方式，让那些原本抽象的电力变换过程变得触手可及。特别是关于斩波器和逆变器拓扑结构的对比分析部分，图例丰富且详尽，即便是第一次接触这些概念的人，也能通过书中的示意图迅速把握不同方案的优缺点及其在实际铁路牵引中的应用取舍。整本书给我的感觉是，它不仅仅是一本知识的罗列，更像是一位经验丰富的工程师，手把手地在指导你如何“看懂”并“驾驭”这些庞大的电力系统。我对其中对各种保护策略的介绍印象尤为深刻，那才是真正体现了教材的实用价值和对工程安全的重视。

评分☆☆☆☆☆

从使用体验来看，这本书的索引和章节结构设计非常适合需要快速查阅特定技术点的人员。虽然全书厚达近千页，但得益于清晰的逻辑框架，我总能迅速定位到我需要的具体技术细节。我特别留意了关于“制动系统”的那几个章节。在电力机车中，再生制动是节能的关键，但其与电网的交互、制动能量的回馈控制，以及紧急情况下向电阻制动切换的逻辑，是公认的难点。这本书对再生制动与电网阻抗匹配、谐波抑制等方面的论述非常详尽，甚至涉及到电网侧变流器的控制拓扑选择。作者似乎非常清楚，一个优秀的牵引系统不仅要能驱动列车，更要能优雅地与外部电网和谐共存。这种对系统级联影响的关注，体现了编著者对现代轨道交通电气化系统复杂性的深刻洞察。总而言之，这本书不是一本可以轻松快速“读完”的书，它更像是一套需要反复研磨、时常翻阅的技术宝典，是任何从事电力牵引设计、维护或研究的人员书架上不可或缺的工具书。

评分☆☆☆☆☆

在深入研读过程中，我发现本书的深度是递进式的，它完美地平衡了“广度”和“深度”。对于电力牵引的交流传动系统，涵盖了从电机本体设计特性到功率器件选型，再到上层控制算法实现的全流程。尤其让我赞叹的是，它对不同类型交流异步电机和永磁同步电机在牵引应用中的特性差异进行了深入对比，这在很多只侧重单一电机类型的教材中是看不到的。它并没有仅仅停留在“是什么”的层面，而是着重解释“为什么是这样”。例如，在处理牵引系统高速运行时遇到的磁场削弱问题时，书中对如何精确计算和实施磁场削弱策略的数学模型推导，简直是一次严谨的学术盛宴。我花费了大量时间在对这些动态过程的仿真验证上，书中提供的模型参数和理论公式经过验证，其准确性和可靠性极高，这极大地节省了我在建立仿真环境时进行参数试错的时间。这本书更像是一本技术手册与学术专著的完美结合体，它强迫你用一种系统工程的思维去理解电力牵引这个复杂的子系统。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，很大程度上反映了它作为一本厚重专业教材的定位。我注意到，书中大量的电路原理图和波形图，线条清晰，标注规范，即便是那些涉及到多重反馈和复杂逻辑的控制框图，通过不同的颜色和线型区分，也能有效降低视觉负担。我个人更偏爱那些包含实际工程案例分析的章节。书中有几处关于某型电力机车牵引系统故障诊断和处理的简短案例分析，虽然篇幅不长，但它将理论知识与实际运行中的“不完美”状态紧密结合起来。例如，它详细说明了当某相逆变器开关管出现短路或开路时，系统应如何通过冗余设计或降额运行来保证列车安全到站，这种从“理想电路”到“带故障运行”的思维转变，对于培养实际解决问题的能力至关重要。这些案例并非凭空捏造，它们似乎凝聚了编著者多年在铁路系统一线的工作经验，使得这本书的实践指导价值远远超过了一般的理论参考书。

评分☆☆☆☆☆

内容很丰富，对实际项目有帮组！

评分☆☆☆☆☆

满意。

评分☆☆☆☆☆

还好，这本书是老师推荐的，不过送的过程中有些刮擦

评分☆☆☆☆☆

快递速度还行，研究中了

评分☆☆☆☆☆

好书，我很喜欢，这本书是一本好书

评分☆☆☆☆☆

内容很丰富，对实际项目有帮组！

评分☆☆☆☆☆

挺好，是铁路牵引里很不错的一本书

评分☆☆☆☆☆

给公司买的工具书，比较实用

评分☆☆☆☆☆

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