具体描述
内容简介
《电机与电力拖动控制系统/普通高等教育电气工程自动化系列规划教材》主要讲述电机、电力拖动及其控制系统的基本理论，包含直流和交流两大部分。直流电机及拖动控制部分有：直流电机的原理、结构及运行特性；直流电动机的电力拖动，包括直流电动机的起动、制动、调速原理及各种运行方式分析；直流电动机调速控制系统，包括转速单闭环调速控制系统和转速电流双闭环调速控制系统的分析和设计；直流调速系统的建模与仿真。交流电机及拖动控制部分有：三相异步电动机的原理、结构及运行特性；三相异步电动机的电力拖动，包括三相异步电动机的起动、制动、调速的原理及各种运行方式分析；交流电动机调速控制系统，包括基于稳态模型的异步电动机的变频调速系统，基于动态模型的异步电动机的调速系统；交流调速系统的建模与仿真。最后介绍了电力拖动系统电动机的选择方法及应用。《电机与电力拖动控制系统/普通高等教育电气工程自动化系列规划教材》可作为高等院校的自动化、电气工程及其自动化、机械工程及其自动化等专业，以及高等职业技术学院、高等专科学校、继续教育学院等专科学校的电气技术、工业自动化、机电应用技术等专业的教材，也可作为有关工程技术人员的参考用书。
目录
前言绪论
0.1 电机及电力拖动系统概述
0.2 交直流调速控制系统概述
0.3 本课程的任务
第1章 直流电机
1.1 直流电机的工作原理和结构
1.1.1 直流电机的工作原理
1.1.2 直流电机的主要结构
1.2 直流电机的铭牌数据及主要系列
1.2.1 直流电机的铭牌数据
1.2.2 直流电机系列
1.3 直流电机的电枢绕组
1.3.1 直流电机电枢绕组的一般介绍
1.3.2 直流电机电枢绕组的基本形式
1.4 直流电机的磁场
1.4.1 直流电机的空载磁场
1.4.2 直流电机负载时的磁场及电枢反应
1.5 直流电机的电磁转矩和电枢电动势
1.5.1 直流电机的电枢电动势
1.5.2 直流电机的电磁转矩
1.6 直流电机的换向
1.6.1 换向概述
1.6.2 换向的电磁理论
1.6.3 改善换向的方法
1.6.4 防止环火与补偿绕组
1.7 直流电动机
1.7.1 直流电动机按励磁方式分类
1.7.2 直流电动机的基本方程式
1.7.3 他励（并励）直流电动机的工作特性
1.7.4 串励直流电动机的工作特性
1.7.5 复励直流电动机的工作特性
1.7.6 直流电动机的适用范围
1.8 直流发电机
1.8.1 直流发电机的励磁方式
1.8.2 直流发电机的基本方程式
1.8.3 他励直流发电机的特性
1.8.4 并励直流发电机
1.8.5 复励直流发电机
本章小结
习题
第2章 直流电动机的电力拖动
2.1 电力拖动系统的动力学基础
2.1.1 电力拖动系统的组成
2.1.2 电力拖动系统的运动方程式
2.1.3 多轴拖动系统的折算
2.2 负载的转矩特性
2.3 他励直流电动机的机械特性
2.3.1 他励直流电动机的机械特性方程
2.3.2 他励直流电动机的机械特性曲线
2.3.3 电力拖动系统稳定运行条件
2.4 他励直流电动机的起动
2.4.1 对起动的要求
2.4.2 电枢回路串电阻起动
2.4.3 减压起动
2.5 他励直流电动机的制动
2.5.1 能耗制动
2.5.2 反接制动
2.5.3 回馈制动（再生制动）
2.5.4 他励直流电动机的四象限运行
2.6 他励直流电动机的调速
2.6.1 调速指标
2.6.2 他励直流电动机的调速方法
2.7 直流调速方式与负载的配合
2.7.1 电动机的容许输出与充分利用
2.7.2 他励直流电动机的调速方式
2.7.3 负载类型与电动机调速方式的匹配
2.8 串励和复励直流电动机的电力拖动
2.8.1 串励直流电动机的电力拖动
2.8.2 复励直流电动机的电力拖动
2.9 电力拖动系统的过渡过程
2.9.1 过渡过程概念
2.9.2 电力拖动系统动态分析
本章小结
习题
第3章 直流电动机调速控制系统
3.1 直流调速系统的组成及数学模型
3.1.1 直流调速系统的组成
3.1.2 可控直流电源
3.1.3 直流调速系统及数学模型
3.2 调速系统的控制要求和开环直流调速系统
3.2.1 调速系统的控制要求
3.2.2 开环直流调速系统的特性及存在的问题
3.3 转速负反馈单闭环直流调速系统
3.3.1 单闭环直流调速系统的组成及静特性
3.3.2 单闭环直流调速系统稳态参数的计算
3.3.3 单闭环直流调速系统的动态分析
3.4 无静差直流调速系统和积分控制规律
3.4.1 比例调节器的特性
3.4.2 比例积分调节器的特性
3.4.3 无静差直流调速系统及其稳态参数计算
3.5 单闭环直流调速系统的限流保护
3.5.1 电流截止负反馈
3.5.2 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统
3.6 转速电流双闭环直流调速系统
3.6.1 双闭环直流调速系统的组成及静特性
3.6.2 双闭环直流调速系统的数学模型
3.6.3 双闭环直流调速系统的起动过程
3.6.4 双闭环直流调速系统的动态抗扰性能
3.7 调速器的工程设计方法
3.7.1 工程设计方法的基本思路
3.7.2 典型系统及其参数与性能指标的关系
3.7.3 工程设计中的近似处理
3.8 转速电流双闭环直流调速系统的设计
3.8.1 电流调节器的设计
3.8.2 转速调节器的设计
3.9 弱磁控制的直流调速系统
3.9.1 变压与弱磁的配合控制
3.9.2 励磁电流的闭环控制
3.10 可逆直流调速控制系统
3.10.1 PWM可逆直流调速控制系统
3.10.2 V-M可逆直流调速控制系统
3.11 直流调速系统与仿真
3.11.1 开环直流调速系统的仿真
3.11.2 有静差转速负反馈直流调速系统的建模与仿真
3.11.3 单闭环无静差转速负反馈直流调速系统的建模与仿真
3.11.4 电流截止负反馈直流调速系统的建模与仿真
3.11.5 转速电流双闭环直流调速系统的建模与仿真
本章小结
习题
第4章 三相异步电动机
4.1 三相异步电动机的工作原理和基本结构
4.1.1 三相异步电动机的工作原理
4.1.2 三相异步电动机的基本结构
4.1.3 三相异步电动机的铭牌数据及主要系列
4.2 三相交流电机的定子绕组
4.2.1 三相交流绕组的基本要求和分类
4.2.2 单层绕组
4.2.3 双层叠绕组
4.3 绕组的感应电动势
4.3.1 线圈的感应电动势
4.3.2 线圈组的电动势
4.3.3 相电动势
4.3.4 短距因数与分布因数
4.4 绕组的磁动势
4.4.1 单相绕组的磁动势——脉振磁动势
4.4.2 三相绕组的磁动势——旋转磁动势
4.5 三相异步电动机的空载运行
4.5.1 空载运行时的电磁关系
4.5.2 空载运行时的定子电压平衡关系
4.6 三相异步电动机的负载运行
4.6.1 负载运行时的物理情况
4.6.2 异步电动机的等效电路及相量图
4.7 三相异步电动机的功率和电磁转矩
4.7.1 功率转换过程和功率平衡方程式
4.7.2 转矩平衡方程式
4.7.3 电磁转矩公式
4.8 三相异步电动机的工作特性
本章小结
习题
第5章 三相异步电动机的电力拖动基础
5.1 三相异步电动机的机械特性
5.1.1 三相异步电动机的机械特性表达式
5.1.2 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性
5.2 三相异步电动机的起动
5.2.1 三相异步电动机的起动性能分析
5.2.2 三相异步电动机的起动方法
5.3 三相异步电动机的制动
5.3.1 三相异步电动机的能耗制动
5.3.2 三相异步电动机的反接制动
5.3.3 三相异步电动机的回馈制动
5.4 三相异步电动机的调速
5.4.1 转差功率消耗型异步电动机调速方法
5.4.2 转差功率回馈型异步电动机调速方法——串级调速
5.4.3 转差功率不变型异步电动机调速方法
本章小结
习题
第6章 异步电动机调速控制系统
6.1 变压变频调速的基础知识
6.1.1 电压频率协调控制时的机械特性
6.1.2 交-直-交变压变频器
6.2 变压变频脉宽调制（PWM）技术
6.2.1 正弦波脉宽调制（SPWM）控制技术
6.2.2 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术
6.2.3 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术
6.3 基于异步电动机稳态模型的变压变频调速
6.3.1 转速开环变压变频调速系统
6.3.2 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统
6.4 异步电动机的动态数学模型和坐标变换
6.4.1 异步电动机的动态数学模型
6.4.2 坐标变换和变换矩阵
6.5 异步电动机在两相坐标系上的动态数学模型
6.5.1 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
6.5.2 异步电动机在两相静止坐标系（αβ坐标系）上的数学模型
6.5.3 异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型
6.5.4 异步电动机在两相坐标系上的状态方程
6.6 异步电动机矢量控制变频调速系统
6.6.1 矢量控制系统的基本思路和转子磁链模型
6.6.2 转速磁链闭环的矢量控制系统——直接矢量控制系统
6.6.3 磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制系统
6.6.4 矢量控制系统的特点与存在的问题
6.7 异步电动机直接转矩控制变频调速系统
6.7.1 直接转矩控制的实质
6.7.2 定子电压矢量对磁链和转矩的调节作用
6.7.3 异步电动机直接转矩控制系统
6.8 三相异步电动机调速系统的仿真
6.8.1 三相异步电动机直接起动情况下的仿真
6.8.2 三相异步电动机开环VVVF系统的仿真
6.8.3 矢量控制系统的仿真
6.8.4 直接转矩控制仿真分析
6.9 电力拖动控制系统应用
6.9.1 变频恒压供水系统
6.9.2 多电动机同步调速系统
6.9.3 卷绕机械恒张力控制
本章小结
习题
第7章 电力拖动系统电动机的选择
7.1 拖动系统选择电动机的原则
7.2 电动机的发热与冷却
7.2.1 电动机的发热
7.2.2 电动机的冷却
7.3 电动机的工作制
7.4 电动机负载功率的计算和额定功率的选择
7.4.1 电动机额定功率选择的步骤
7.4.2 负载功率的计算
7.4.3 电动机额定功率的选择
7.5 电动机种类、结构的选择
7.5.1 电动机种类的选择
7.5.2 电动机结构型式的选择
本章小结
习题
参考文献
前言/序言
用户评价
评价六： 这本书的阅读体验，可以用“抽丝剥茧，层层递进”来形容。从最基础的电机类型，到复杂的控制系统，每一步都讲解得十分清晰。我尤其喜欢书中关于异步电机稳态运行分析的部分。作者并没有止步于传统的T型等效电路，而是通过转子电动势和转子电流的相量图，以及圆图法，生动地展示了电机在不同工况下的运行状态。这对于理解电机的过载能力、效率特性以及功率因数变化有着极大的帮助。在电力拖动控制方面，本书对各种变频调速方法的梳理非常全面。从最早的V/f控制，到更先进的矢量控制，每一种方法都有详细的原理讲解和性能分析。我特别对书中关于“转子磁场定向控制”的推导印象深刻，它通过引入d-q坐标系，将复杂的交流电机控制问题转化为直流电机的控制问题，从而实现了对转矩和磁链的独立控制。这一点对于提高电机的动态性能和调速范围至关重要。此外，本书还包含了大量的工程实例，例如不同类型的工业传动系统（如卷扬机、起重机、风机、水泵等）的控制方案设计，这使得读者能够将所学的理论知识与实际应用紧密结合起来。
评分评价十： 对于一个在电气工程领域求学的学生而言，《电机与电力拖动控制系统》这本书无疑是一本“圣经”。它以极其系统化的方式，将电机学、电力电子学和自动控制理论融会贯通，为我们构建了一个完整的知识框架。我尤其欣赏书中对永磁同步电机（PMSM）的深入讲解。PMSM因其高功率密度、高效率和良好的调速性能，在新能源汽车、工业机器人等领域得到了广泛应用。书中详细阐述了PMSM的结构特点、电磁模型以及矢量控制方法。特别是关于如何实现磁场定向控制，以解耦转矩和磁链，从而实现精确控制转矩的讲解，非常清晰易懂。同时，书中也对PMSM在实际应用中可能遇到的问题，如反电动势的测量、位置传感器的选择以及参数变化对控制性能的影响等，都进行了详细的探讨。此外，本书对新能源汽车驱动系统的主题也给予了相当的篇幅，介绍了电动汽车的动力总成构成、电机选型以及能量回收策略等，为我们提供了了解未来发展方向的窗口。
评分评价三： 作为一本高等教育的教材，《电机与电力拖动控制系统》在理论深度和工程实用性之间取得了绝佳的平衡。书中对于电机本体的讲解，不仅仅局限于概念介绍，而是深入到其内在的物理过程。比如，在阐述电磁感应定律时，作者结合了法拉第定律和楞次定律，并通过不同电机类型的具体模型，展示了这些基本定律是如何体现在实际的电机结构中的。对于交流异步电机的转子感应电势和转子电流的产生过程，其数学推导严谨而清晰，并且配以详细的图示，能够帮助读者直观地理解“旋转磁场”的概念是如何形成的。在电力拖动控制方面，本书的亮点在于其对各种控制方法的深入剖析。PID控制的整定方法，书中给出了多种策略，并分析了不同策略的适用场合，例如Ziegler-Nichols方法、临界比例法等。而对于矢量控制，作者不仅讲解了其基本原理，还详细介绍了坐标变换的数学过程，并分析了各种变换（如Clarke、Park变换）的意义和作用。更难能可贵的是，书中还讨论了实际应用中的一些挑战，例如参数辨识、鲁棒性设计以及抗干扰技术等。这些内容对于学生深入理解控制系统的性能并进行优化具有非常重要的参考价值。
评分评价二： 翻开这本书，最让我印象深刻的是其严谨而又易于理解的逻辑结构。作者在内容编排上，遵循了由浅入深、由易到难的原则，非常适合作为教材使用。第一部分详细介绍了电机本体的特性，包括其电磁原理、机械特性以及常见的故障分析，这为后续的控制系统设计打下了坚实的基础。我尤其喜欢其中关于电机损耗分析的部分，它不仅仅停留在理论层面，还给出了实际测量和计算的方法，这对于提高电机的运行效率，降低能耗具有重要的指导意义。第二部分则重点阐述了各种电力电子器件在电机驱动中的应用，如IGBT、MOSFET等功率器件的选型、驱动电路的设计以及保护措施。书中对这些器件的工作特性和开关损耗进行了详细的分析，并给出了如何根据电机参数和工作要求来选择合适的功率器件的指导。这部分内容对于初学者来说，无疑是一本“百科全书”。而第三部分，更是将电机本体和电力电子器件有机结合，深入探讨了各种控制策略。从经典的PID控制到先进的矢量控制、直接转矩控制，书中都进行了详细的推导和阐述，并且结合了大量的仿真实例，帮助读者理解不同控制算法的优缺点以及适用范围。最后，本书还涉及了一些高级主题，如无传感器控制、永磁同步电机的控制以及新能源汽车驱动系统的设计等，这些内容为读者提供了更广阔的视野和更深入的研究方向。
评分评价八： 这本书的内容，对于任何希望深入理解电力拖动控制系统的读者来说，都是一本不可或缺的宝藏。它从最基本的电机原理出发，逐步深入到复杂的控制算法和系统集成。我最喜欢的是其中关于电机参数辨识和模型建立的部分。在实际的工程应用中，准确的电机参数是进行精确控制的前提。书中提供了多种参数辨识的方法，包括基于稳态工况的辨识和基于动态响应的辨识，并分析了各种方法的优缺点和适用范围。这对于优化控制器的设计和提高系统的鲁棒性具有重要的指导意义。在控制策略方面，本书的讲解非常系统化。从PID控制的整定方法，到矢量控制的数学原理，再到直接转矩控制的优点，都进行了详细的阐述。我特别注意到书中对各种控制策略在不同应用场景下的优劣对比分析，这能够帮助读者根据实际需求选择最合适的控制方法。此外，本书还涵盖了现代电力电子技术在电机驱动中的应用，例如各种功率器件的选型、驱动电路的设计以及保护电路的配置。
评分评价一： 这本书的出版，可以说是满足了多少在电力系统领域摸索的学生和工程师的殷切期盼。我曾几何时，在面对复杂的电机模型和控制策略时，感到无从下手。市面上的一些书籍，要么过于理论化，要么过于碎片化，难以形成一个完整的知识体系。而《电机与电力拖动控制系统》这本书，它就像一座桥梁，将抽象的理论知识与实际的应用场景紧密地联系起来。从最基础的直流电机、交流电机的工作原理，到各种变频器、伺服系统的工作机制，再到PLC、DCS等自动化控制系统的集成应用，几乎涵盖了现代电力拖动控制的方方面面。尤其是书中对各种控制算法的讲解，不仅仅是罗列公式，更是深入剖析了其背后的物理意义和工程实现。例如，在讲解矢量控制时，作者并没有止步于数学推导，而是详细阐述了如何通过坐标变换来解耦电流，从而实现对电机转矩和磁链的独立控制，这一点对于我理解和优化控制系统至关重要。此外，书中大量的工程实例和仿真分析，更是让理论变得生动具体。我记得其中一个关于电梯控制系统的案例，通过模拟不同负载条件下的系统响应，直观地展示了PID控制器、模糊控制以及模型预测控制在平稳性、响应速度和节能方面的优劣，这比单纯的理论讲解要有效得多。即使是对已经工作多年的工程师来说，这本书也能提供宝贵的参考和启发，帮助他们更新知识，应对不断发展的技术挑战。
评分评价九： 我曾经在工作中遇到过一些棘手的电机控制问题，例如电机在某些工况下出现振荡，或者调速不够平稳。当时查阅了一些零散的资料，但总觉得难以系统地解决问题。直到我接触到《电机与电力拖动控制系统》这本书，才感觉豁然开朗。书中对电机故障的分析部分，让我能够更准确地判断问题的根源。而对各种控制策略的深入讲解，则为我提供了解决问题的思路和方法。例如，在处理电机振荡问题时，我能够根据书中关于PID控制器参数整定原则，结合实际的系统特性，对控制器参数进行调整，从而有效地抑制振荡。此外，书中关于模型预测控制的内容，也让我眼前一亮。这种基于模型的前馈-反馈控制策略，在应对复杂动态系统时表现出了优异的性能，并且能够实现对系统约束的有效处理。书中通过一个实际的工业机器人关节控制案例，生动地展示了模型预测控制在提高系统的动态响应速度和跟踪精度方面的优势。
评分评价四： 这本书的内容，就如同它的名字一样，将电机这个“心脏”与电力拖动控制这个“大脑”完美地结合在一起，形成了一个完整而强大的系统。从电机本身，到驱动其运行的电力电子装置，再到控制这些装置的精妙算法，无一不涵盖其中。我特别欣赏书中关于变频调速控制的章节。变频器作为现代工业中应用最广泛的电力拖动控制设备之一，其工作原理和控制方法至关重要。本书详细讲解了PWM（脉冲宽度调制）技术的原理，以及如何通过改变电压和频率来控制电机的转速和转矩。其中，关于空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）的讲解尤为精彩，它通过在电压矢量空间中进行合成，能够更有效地利用直流母线电压，从而提高电机的输出功率和效率。书中还对比分析了不同的PWM调制策略，以及它们在谐波抑制、转矩脉动和效率方面的差异，这对于工程师选择合适的变频器和优化控制策略提供了宝贵的参考。此外，本书对伺服驱动系统的介绍也相当到位，对于需要高精度定位和速度控制的场合，伺服系统是不可或缺的。书中对伺服电机（如永磁同步电机）的结构、工作原理以及常用的控制方法（如位置环、速度环、电流环）都进行了详细的阐述。
评分评价五： 在阅读《电机与电力拖动控制系统》的过程中，我深刻体会到了作者在知识体系构建上的深厚功力。这本书并非简单地将电机学和控制理论分开论述，而是将两者有机地融合，从一个整体的视角来审视电力拖动控制系统。首先，它详细介绍了各种类型电机的基本工作原理，包括其电磁特性、机械特性以及损耗特性。这部分内容非常扎实，能够帮助读者建立起对电机本身最根本的认识。接着，本书深入探讨了电力电子器件在驱动中的应用，例如IGBT、MOSFET等开关器件的特性、驱动电路的设计以及过电压、过电流的保护措施。这些内容对于理解如何安全有效地驱动电机至关重要。更令人称道的是，书中对各种控制算法的讲解，不仅提供了理论推导，还结合了实际应用中的具体场景。例如，在介绍PID控制时，书中不仅讲解了比例、积分、微分环节的作用，还提供了多种参数整定方法，并分析了不同整定方法的优缺点。对于更复杂的控制策略，如矢量控制和直接转矩控制，书中也进行了详尽的阐述，并且通过仿真实例来展示其性能。
评分评价七： 《电机与电力拖动控制系统》这本书，在我看来，不仅仅是一本技术手册，更像是一本“内功心法”的传授。它教会的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这么做”。从电机本体的电气特性和机械特性入手，作者为我们揭示了驱动系统的“硬件基础”。对不同类型电机（直流电机、交流异步电机、同步电机）的深入剖析，让我们能够理解它们的内在规律和潜在能力。接着，本书将目光聚焦于“控制系统”，这是驱动系统的“大脑”。从经典的PID控制器，到更先进的模糊控制、自适应控制，乃至现代的矢量控制和直接转矩控制，作者都给予了细致的讲解。我尤其赞赏书中对各种控制算法的数学推导，虽然有些复杂，但都清晰易懂，并且辅以大量的图示和仿真结果，帮助读者理解其工作机制和性能特点。例如，在介绍模糊控制时，书中不仅仅罗列了模糊化、模糊推理、解模糊等步骤，还通过一个实际的电机调速案例，生动地展示了模糊控制是如何弥补传统PID控制在非线性系统中的不足的。
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