具體描述
內容簡介
《電機與電力拖動控製係統/普通高等教育電氣工程自動化係列規劃教材》主要講述電機、電力拖動及其控製係統的基本理論，包含直流和交流兩大部分。直流電機及拖動控製部分有：直流電機的原理、結構及運行特性；直流電動機的電力拖動，包括直流電動機的起動、製動、調速原理及各種運行方式分析；直流電動機調速控製係統，包括轉速單閉環調速控製係統和轉速電流雙閉環調速控製係統的分析和設計；直流調速係統的建模與仿真。交流電機及拖動控製部分有：三相異步電動機的原理、結構及運行特性；三相異步電動機的電力拖動，包括三相異步電動機的起動、製動、調速的原理及各種運行方式分析；交流電動機調速控製係統，包括基於穩態模型的異步電動機的變頻調速係統，基於動態模型的異步電動機的調速係統；交流調速係統的建模與仿真。最後介紹瞭電力拖動係統電動機的選擇方法及應用。《電機與電力拖動控製係統/普通高等教育電氣工程自動化係列規劃教材》可作為高等院校的自動化、電氣工程及其自動化、機械工程及其自動化等專業，以及高等職業技術學院、高等專科學校、繼續教育學院等專科學校的電氣技術、工業自動化、機電應用技術等專業的教材，也可作為有關工程技術人員的參考用書。
目錄
前言緒論
0.1 電機及電力拖動係統概述
0.2 交直流調速控製係統概述
0.3 本課程的任務
第1章 直流電機
1.1 直流電機的工作原理和結構
1.1.1 直流電機的工作原理
1.1.2 直流電機的主要結構
1.2 直流電機的銘牌數據及主要係列
1.2.1 直流電機的銘牌數據
1.2.2 直流電機係列
1.3 直流電機的電樞繞組
1.3.1 直流電機電樞繞組的一般介紹
1.3.2 直流電機電樞繞組的基本形式
1.4 直流電機的磁場
1.4.1 直流電機的空載磁場
1.4.2 直流電機負載時的磁場及電樞反應
1.5 直流電機的電磁轉矩和電樞電動勢
1.5.1 直流電機的電樞電動勢
1.5.2 直流電機的電磁轉矩
1.6 直流電機的換嚮
1.6.1 換嚮概述
1.6.2 換嚮的電磁理論
1.6.3 改善換嚮的方法
1.6.4 防止環火與補償繞組
1.7 直流電動機
1.7.1 直流電動機按勵磁方式分類
1.7.2 直流電動機的基本方程式
1.7.3 他勵（並勵）直流電動機的工作特性
1.7.4 串勵直流電動機的工作特性
1.7.5 復勵直流電動機的工作特性
1.7.6 直流電動機的適用範圍
1.8 直流發電機
1.8.1 直流發電機的勵磁方式
1.8.2 直流發電機的基本方程式
1.8.3 他勵直流發電機的特性
1.8.4 並勵直流發電機
1.8.5 復勵直流發電機
本章小結
習題
第2章 直流電動機的電力拖動
2.1 電力拖動係統的動力學基礎
2.1.1 電力拖動係統的組成
2.1.2 電力拖動係統的運動方程式
2.1.3 多軸拖動係統的摺算
2.2 負載的轉矩特性
2.3 他勵直流電動機的機械特性
2.3.1 他勵直流電動機的機械特性方程
2.3.2 他勵直流電動機的機械特性麯綫
2.3.3 電力拖動係統穩定運行條件
2.4 他勵直流電動機的起動
2.4.1 對起動的要求
2.4.2 電樞迴路串電阻起動
2.4.3 減壓起動
2.5 他勵直流電動機的製動
2.5.1 能耗製動
2.5.2 反接製動
2.5.3 迴饋製動（再生製動）
2.5.4 他勵直流電動機的四象限運行
2.6 他勵直流電動機的調速
2.6.1 調速指標
2.6.2 他勵直流電動機的調速方法
2.7 直流調速方式與負載的配閤
2.7.1 電動機的容許輸齣與充分利用
2.7.2 他勵直流電動機的調速方式
2.7.3 負載類型與電動機調速方式的匹配
2.8 串勵和復勵直流電動機的電力拖動
2.8.1 串勵直流電動機的電力拖動
2.8.2 復勵直流電動機的電力拖動
2.9 電力拖動係統的過渡過程
2.9.1 過渡過程概念
2.9.2 電力拖動係統動態分析
本章小結
習題
第3章 直流電動機調速控製係統
3.1 直流調速係統的組成及數學模型
3.1.1 直流調速係統的組成
3.1.2 可控直流電源
3.1.3 直流調速係統及數學模型
3.2 調速係統的控製要求和開環直流調速係統
3.2.1 調速係統的控製要求
3.2.2 開環直流調速係統的特性及存在的問題
3.3 轉速負反饋單閉環直流調速係統
3.3.1 單閉環直流調速係統的組成及靜特性
3.3.2 單閉環直流調速係統穩態參數的計算
3.3.3 單閉環直流調速係統的動態分析
3.4 無靜差直流調速係統和積分控製規律
3.4.1 比例調節器的特性
3.4.2 比例積分調節器的特性
3.4.3 無靜差直流調速係統及其穩態參數計算
3.5 單閉環直流調速係統的限流保護
3.5.1 電流截止負反饋
3.5.2 帶電流截止負反饋的單閉環直流調速係統
3.6 轉速電流雙閉環直流調速係統
3.6.1 雙閉環直流調速係統的組成及靜特性
3.6.2 雙閉環直流調速係統的數學模型
3.6.3 雙閉環直流調速係統的起動過程
3.6.4 雙閉環直流調速係統的動態抗擾性能
3.7 調速器的工程設計方法
3.7.1 工程設計方法的基本思路
3.7.2 典型係統及其參數與性能指標的關係
3.7.3 工程設計中的近似處理
3.8 轉速電流雙閉環直流調速係統的設計
3.8.1 電流調節器的設計
3.8.2 轉速調節器的設計
3.9 弱磁控製的直流調速係統
3.9.1 變壓與弱磁的配閤控製
3.9.2 勵磁電流的閉環控製
3.10 可逆直流調速控製係統
3.10.1 PWM可逆直流調速控製係統
3.10.2 V-M可逆直流調速控製係統
3.11 直流調速係統與仿真
3.11.1 開環直流調速係統的仿真
3.11.2 有靜差轉速負反饋直流調速係統的建模與仿真
3.11.3 單閉環無靜差轉速負反饋直流調速係統的建模與仿真
3.11.4 電流截止負反饋直流調速係統的建模與仿真
3.11.5 轉速電流雙閉環直流調速係統的建模與仿真
本章小結
習題
第4章 三相異步電動機
4.1 三相異步電動機的工作原理和基本結構
4.1.1 三相異步電動機的工作原理
4.1.2 三相異步電動機的基本結構
4.1.3 三相異步電動機的銘牌數據及主要係列
4.2 三相交流電機的定子繞組
4.2.1 三相交流繞組的基本要求和分類
4.2.2 單層繞組
4.2.3 雙層疊繞組
4.3 繞組的感應電動勢
4.3.1 綫圈的感應電動勢
4.3.2 綫圈組的電動勢
4.3.3 相電動勢
4.3.4 短距因數與分布因數
4.4 繞組的磁動勢
4.4.1 單相繞組的磁動勢——脈振磁動勢
4.4.2 三相繞組的磁動勢——鏇轉磁動勢
4.5 三相異步電動機的空載運行
4.5.1 空載運行時的電磁關係
4.5.2 空載運行時的定子電壓平衡關係
4.6 三相異步電動機的負載運行
4.6.1 負載運行時的物理情況
4.6.2 異步電動機的等效電路及相量圖
4.7 三相異步電動機的功率和電磁轉矩
4.7.1 功率轉換過程和功率平衡方程式
4.7.2 轉矩平衡方程式
4.7.3 電磁轉矩公式
4.8 三相異步電動機的工作特性
本章小結
習題
第5章 三相異步電動機的電力拖動基礎
5.1 三相異步電動機的機械特性
5.1.1 三相異步電動機的機械特性錶達式
5.1.2 三相異步電動機的固有機械特性和人為機械特性
5.2 三相異步電動機的起動
5.2.1 三相異步電動機的起動性能分析
5.2.2 三相異步電動機的起動方法
5.3 三相異步電動機的製動
5.3.1 三相異步電動機的能耗製動
5.3.2 三相異步電動機的反接製動
5.3.3 三相異步電動機的迴饋製動
5.4 三相異步電動機的調速
5.4.1 轉差功率消耗型異步電動機調速方法
5.4.2 轉差功率迴饋型異步電動機調速方法——串級調速
5.4.3 轉差功率不變型異步電動機調速方法
本章小結
習題
第6章 異步電動機調速控製係統
6.1 變壓變頻調速的基礎知識
6.1.1 電壓頻率協調控製時的機械特性
6.1.2 交-直-交變壓變頻器
6.2 變壓變頻脈寬調製（PWM）技術
6.2.1 正弦波脈寬調製（SPWM）控製技術
6.2.2 電流跟蹤PWM（CFPWM）控製技術
6.2.3 電壓空間矢量PWM（SVPWM）控製技術
6.3 基於異步電動機穩態模型的變壓變頻調速
6.3.1 轉速開環變壓變頻調速係統
6.3.2 轉速閉環轉差頻率控製的變壓變頻調速係統
6.4 異步電動機的動態數學模型和坐標變換
6.4.1 異步電動機的動態數學模型
6.4.2 坐標變換和變換矩陣
6.5 異步電動機在兩相坐標係上的動態數學模型
6.5.1 異步電動機在兩相任意鏇轉坐標係（dq坐標係）上的數學模型
6.5.2 異步電動機在兩相靜止坐標係（αβ坐標係）上的數學模型
6.5.3 異步電動機在兩相同步鏇轉坐標係上的數學模型
6.5.4 異步電動機在兩相坐標係上的狀態方程
6.6 異步電動機矢量控製變頻調速係統
6.6.1 矢量控製係統的基本思路和轉子磁鏈模型
6.6.2 轉速磁鏈閉環的矢量控製係統——直接矢量控製係統
6.6.3 磁鏈開環轉差型矢量控製係統——間接矢量控製係統
6.6.4 矢量控製係統的特點與存在的問題
6.7 異步電動機直接轉矩控製變頻調速係統
6.7.1 直接轉矩控製的實質
6.7.2 定子電壓矢量對磁鏈和轉矩的調節作用
6.7.3 異步電動機直接轉矩控製係統
6.8 三相異步電動機調速係統的仿真
6.8.1 三相異步電動機直接起動情況下的仿真
6.8.2 三相異步電動機開環VVVF係統的仿真
6.8.3 矢量控製係統的仿真
6.8.4 直接轉矩控製仿真分析
6.9 電力拖動控製係統應用
6.9.1 變頻恒壓供水係統
6.9.2 多電動機同步調速係統
6.9.3 捲繞機械恒張力控製
本章小結
習題
第7章 電力拖動係統電動機的選擇
7.1 拖動係統選擇電動機的原則
7.2 電動機的發熱與冷卻
7.2.1 電動機的發熱
7.2.2 電動機的冷卻
7.3 電動機的工作製
7.4 電動機負載功率的計算和額定功率的選擇
7.4.1 電動機額定功率選擇的步驟
7.4.2 負載功率的計算
7.4.3 電動機額定功率的選擇
7.5 電動機種類、結構的選擇
7.5.1 電動機種類的選擇
7.5.2 電動機結構型式的選擇
本章小結
習題
參考文獻
前言/序言
用戶評價
評價二： 翻開這本書，最讓我印象深刻的是其嚴謹而又易於理解的邏輯結構。作者在內容編排上，遵循瞭由淺入深、由易到難的原則，非常適閤作為教材使用。第一部分詳細介紹瞭電機本體的特性，包括其電磁原理、機械特性以及常見的故障分析，這為後續的控製係統設計打下瞭堅實的基礎。我尤其喜歡其中關於電機損耗分析的部分，它不僅僅停留在理論層麵，還給齣瞭實際測量和計算的方法，這對於提高電機的運行效率，降低能耗具有重要的指導意義。第二部分則重點闡述瞭各種電力電子器件在電機驅動中的應用，如IGBT、MOSFET等功率器件的選型、驅動電路的設計以及保護措施。書中對這些器件的工作特性和開關損耗進行瞭詳細的分析，並給齣瞭如何根據電機參數和工作要求來選擇閤適的功率器件的指導。這部分內容對於初學者來說，無疑是一本“百科全書”。而第三部分，更是將電機本體和電力電子器件有機結閤，深入探討瞭各種控製策略。從經典的PID控製到先進的矢量控製、直接轉矩控製，書中都進行瞭詳細的推導和闡述，並且結閤瞭大量的仿真實例，幫助讀者理解不同控製算法的優缺點以及適用範圍。最後，本書還涉及瞭一些高級主題，如無傳感器控製、永磁同步電機的控製以及新能源汽車驅動係統的設計等，這些內容為讀者提供瞭更廣闊的視野和更深入的研究方嚮。
評分評價八： 這本書的內容，對於任何希望深入理解電力拖動控製係統的讀者來說，都是一本不可或缺的寶藏。它從最基本的電機原理齣發，逐步深入到復雜的控製算法和係統集成。我最喜歡的是其中關於電機參數辨識和模型建立的部分。在實際的工程應用中，準確的電機參數是進行精確控製的前提。書中提供瞭多種參數辨識的方法，包括基於穩態工況的辨識和基於動態響應的辨識，並分析瞭各種方法的優缺點和適用範圍。這對於優化控製器的設計和提高係統的魯棒性具有重要的指導意義。在控製策略方麵，本書的講解非常係統化。從PID控製的整定方法，到矢量控製的數學原理，再到直接轉矩控製的優點，都進行瞭詳細的闡述。我特彆注意到書中對各種控製策略在不同應用場景下的優劣對比分析，這能夠幫助讀者根據實際需求選擇最閤適的控製方法。此外，本書還涵蓋瞭現代電力電子技術在電機驅動中的應用，例如各種功率器件的選型、驅動電路的設計以及保護電路的配置。
評分評價三： 作為一本高等教育的教材，《電機與電力拖動控製係統》在理論深度和工程實用性之間取得瞭絕佳的平衡。書中對於電機本體的講解，不僅僅局限於概念介紹，而是深入到其內在的物理過程。比如，在闡述電磁感應定律時，作者結閤瞭法拉第定律和楞次定律，並通過不同電機類型的具體模型，展示瞭這些基本定律是如何體現在實際的電機結構中的。對於交流異步電機的轉子感應電勢和轉子電流的産生過程，其數學推導嚴謹而清晰，並且配以詳細的圖示，能夠幫助讀者直觀地理解“鏇轉磁場”的概念是如何形成的。在電力拖動控製方麵，本書的亮點在於其對各種控製方法的深入剖析。PID控製的整定方法，書中給齣瞭多種策略，並分析瞭不同策略的適用場閤，例如Ziegler-Nichols方法、臨界比例法等。而對於矢量控製，作者不僅講解瞭其基本原理，還詳細介紹瞭坐標變換的數學過程，並分析瞭各種變換（如Clarke、Park變換）的意義和作用。更難能可貴的是，書中還討論瞭實際應用中的一些挑戰，例如參數辨識、魯棒性設計以及抗乾擾技術等。這些內容對於學生深入理解控製係統的性能並進行優化具有非常重要的參考價值。
評分評價四： 這本書的內容，就如同它的名字一樣，將電機這個“心髒”與電力拖動控製這個“大腦”完美地結閤在一起，形成瞭一個完整而強大的係統。從電機本身，到驅動其運行的電力電子裝置，再到控製這些裝置的精妙算法，無一不涵蓋其中。我特彆欣賞書中關於變頻調速控製的章節。變頻器作為現代工業中應用最廣泛的電力拖動控製設備之一，其工作原理和控製方法至關重要。本書詳細講解瞭PWM（脈衝寬度調製）技術的原理，以及如何通過改變電壓和頻率來控製電機的轉速和轉矩。其中，關於空間矢量脈衝寬度調製（SVPWM）的講解尤為精彩，它通過在電壓矢量空間中進行閤成，能夠更有效地利用直流母綫電壓，從而提高電機的輸齣功率和效率。書中還對比分析瞭不同的PWM調製策略，以及它們在諧波抑製、轉矩脈動和效率方麵的差異，這對於工程師選擇閤適的變頻器和優化控製策略提供瞭寶貴的參考。此外，本書對伺服驅動係統的介紹也相當到位，對於需要高精度定位和速度控製的場閤，伺服係統是不可或缺的。書中對伺服電機（如永磁同步電機）的結構、工作原理以及常用的控製方法（如位置環、速度環、電流環）都進行瞭詳細的闡述。
評分評價一： 這本書的齣版，可以說是滿足瞭多少在電力係統領域摸索的學生和工程師的殷切期盼。我曾幾何時，在麵對復雜的電機模型和控製策略時，感到無從下手。市麵上的一些書籍，要麼過於理論化，要麼過於碎片化，難以形成一個完整的知識體係。而《電機與電力拖動控製係統》這本書，它就像一座橋梁，將抽象的理論知識與實際的應用場景緊密地聯係起來。從最基礎的直流電機、交流電機的工作原理，到各種變頻器、伺服係統的工作機製，再到PLC、DCS等自動化控製係統的集成應用，幾乎涵蓋瞭現代電力拖動控製的方方麵麵。尤其是書中對各種控製算法的講解，不僅僅是羅列公式，更是深入剖析瞭其背後的物理意義和工程實現。例如，在講解矢量控製時，作者並沒有止步於數學推導，而是詳細闡述瞭如何通過坐標變換來解耦電流，從而實現對電機轉矩和磁鏈的獨立控製，這一點對於我理解和優化控製係統至關重要。此外，書中大量的工程實例和仿真分析，更是讓理論變得生動具體。我記得其中一個關於電梯控製係統的案例，通過模擬不同負載條件下的係統響應，直觀地展示瞭PID控製器、模糊控製以及模型預測控製在平穩性、響應速度和節能方麵的優劣，這比單純的理論講解要有效得多。即使是對已經工作多年的工程師來說，這本書也能提供寶貴的參考和啓發，幫助他們更新知識，應對不斷發展的技術挑戰。
評分評價九： 我曾經在工作中遇到過一些棘手的電機控製問題，例如電機在某些工況下齣現振蕩，或者調速不夠平穩。當時查閱瞭一些零散的資料，但總覺得難以係統地解決問題。直到我接觸到《電機與電力拖動控製係統》這本書，纔感覺豁然開朗。書中對電機故障的分析部分，讓我能夠更準確地判斷問題的根源。而對各種控製策略的深入講解，則為我提供瞭解決問題的思路和方法。例如，在處理電機振蕩問題時，我能夠根據書中關於PID控製器參數整定原則，結閤實際的係統特性，對控製器參數進行調整，從而有效地抑製振蕩。此外，書中關於模型預測控製的內容，也讓我眼前一亮。這種基於模型的前饋-反饋控製策略，在應對復雜動態係統時錶現齣瞭優異的性能，並且能夠實現對係統約束的有效處理。書中通過一個實際的工業機器人關節控製案例，生動地展示瞭模型預測控製在提高係統的動態響應速度和跟蹤精度方麵的優勢。
評分評價六： 這本書的閱讀體驗，可以用“抽絲剝繭，層層遞進”來形容。從最基礎的電機類型，到復雜的控製係統，每一步都講解得十分清晰。我尤其喜歡書中關於異步電機穩態運行分析的部分。作者並沒有止步於傳統的T型等效電路，而是通過轉子電動勢和轉子電流的相量圖，以及圓圖法，生動地展示瞭電機在不同工況下的運行狀態。這對於理解電機的過載能力、效率特性以及功率因數變化有著極大的幫助。在電力拖動控製方麵，本書對各種變頻調速方法的梳理非常全麵。從最早的V/f控製，到更先進的矢量控製，每一種方法都有詳細的原理講解和性能分析。我特彆對書中關於“轉子磁場定嚮控製”的推導印象深刻，它通過引入d-q坐標係，將復雜的交流電機控製問題轉化為直流電機的控製問題，從而實現瞭對轉矩和磁鏈的獨立控製。這一點對於提高電機的動態性能和調速範圍至關重要。此外，本書還包含瞭大量的工程實例，例如不同類型的工業傳動係統（如捲揚機、起重機、風機、水泵等）的控製方案設計，這使得讀者能夠將所學的理論知識與實際應用緊密結閤起來。
評分評價七： 《電機與電力拖動控製係統》這本書，在我看來，不僅僅是一本技術手冊，更像是一本“內功心法”的傳授。它教會的不僅僅是“怎麼做”，更是“為什麼這麼做”。從電機本體的電氣特性和機械特性入手，作者為我們揭示瞭驅動係統的“硬件基礎”。對不同類型電機（直流電機、交流異步電機、同步電機）的深入剖析，讓我們能夠理解它們的內在規律和潛在能力。接著，本書將目光聚焦於“控製係統”，這是驅動係統的“大腦”。從經典的PID控製器，到更先進的模糊控製、自適應控製，乃至現代的矢量控製和直接轉矩控製，作者都給予瞭細緻的講解。我尤其贊賞書中對各種控製算法的數學推導，雖然有些復雜，但都清晰易懂，並且輔以大量的圖示和仿真結果，幫助讀者理解其工作機製和性能特點。例如，在介紹模糊控製時，書中不僅僅羅列瞭模糊化、模糊推理、解模糊等步驟，還通過一個實際的電機調速案例，生動地展示瞭模糊控製是如何彌補傳統PID控製在非綫性係統中的不足的。
評分評價五： 在閱讀《電機與電力拖動控製係統》的過程中，我深刻體會到瞭作者在知識體係構建上的深厚功力。這本書並非簡單地將電機學和控製理論分開論述，而是將兩者有機地融閤，從一個整體的視角來審視電力拖動控製係統。首先，它詳細介紹瞭各種類型電機的基本工作原理，包括其電磁特性、機械特性以及損耗特性。這部分內容非常紮實，能夠幫助讀者建立起對電機本身最根本的認識。接著，本書深入探討瞭電力電子器件在驅動中的應用，例如IGBT、MOSFET等開關器件的特性、驅動電路的設計以及過電壓、過電流的保護措施。這些內容對於理解如何安全有效地驅動電機至關重要。更令人稱道的是，書中對各種控製算法的講解，不僅提供瞭理論推導，還結閤瞭實際應用中的具體場景。例如，在介紹PID控製時，書中不僅講解瞭比例、積分、微分環節的作用，還提供瞭多種參數整定方法，並分析瞭不同整定方法的優缺點。對於更復雜的控製策略，如矢量控製和直接轉矩控製，書中也進行瞭詳盡的闡述，並且通過仿真實例來展示其性能。
評分評價十： 對於一個在電氣工程領域求學的學生而言，《電機與電力拖動控製係統》這本書無疑是一本“聖經”。它以極其係統化的方式，將電機學、電力電子學和自動控製理論融會貫通，為我們構建瞭一個完整的知識框架。我尤其欣賞書中對永磁同步電機（PMSM）的深入講解。PMSM因其高功率密度、高效率和良好的調速性能，在新能源汽車、工業機器人等領域得到瞭廣泛應用。書中詳細闡述瞭PMSM的結構特點、電磁模型以及矢量控製方法。特彆是關於如何實現磁場定嚮控製，以解耦轉矩和磁鏈，從而實現精確控製轉矩的講解，非常清晰易懂。同時，書中也對PMSM在實際應用中可能遇到的問題，如反電動勢的測量、位置傳感器的選擇以及參數變化對控製性能的影響等，都進行瞭詳細的探討。此外，本書對新能源汽車驅動係統的主題也給予瞭相當的篇幅，介紹瞭電動汽車的動力總成構成、電機選型以及能量迴收策略等，為我們提供瞭瞭解未來發展方嚮的窗口。
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