編輯推薦

永磁材料的各類電機(特彆是永磁同步電動機)已經在廣受矚目的電動汽車中得到瞭較多的應用，並且在新能源風能開發與利用、鐵道與城市軌道交通等領域嶄露頭角。

內容簡介

《永磁同步電機變頻調速係統及其控製》內容共分為基礎篇、控製篇、應用篇和進階篇四篇，從數學模型、仿真建模和應用實例三個層麵，從簡單實用的角度，較為全麵地介紹瞭永磁同步電動機變頻調速係統的主要構成部分的工作原理與控製技術。
《永磁同步電機變頻調速係統及其控製》講述的具體內容包括：永磁同步電機的結構與基本工作原理、數學模型、仿真模型以及有限元建模分析；電壓型逆變器的工作原理、仿真建模與PWM控製技術；永磁同步電機工作特性及其在正弦交流電壓源、電壓型逆變器供電下的工作特性；用於電機控製的常見數字微控製器及PWM算法實例；永磁同步電動機的磁場定嚮矢量控製技術和直接轉矩控製技術；永磁同步電動機變頻調速係統實例；無位置傳感器以及智能控製技術在永磁同步電動機調速係統中的應用；附錄提供瞭部分MATLAB仿真模型、部分源代碼、與電機調速係統相關的一些標準目錄。
《永磁同步電機變頻調速係統及其控製》適於高等院校電氣工程及其自動化專業高年級本科生、電力電子與電力傳動方嚮研究生作為教材，也可供從事電動汽車等交流電機調速的科技人員閱讀。

目錄

前言
縮略語及變量符號

第1章 緒論
1.1 電動機類型
1.2 電動機應用概述
1.3 電動機控製策略
1.4 電動機調速係統的構成及其研究方法

小結
練習題

第2章 PMSM結構與基本工作原理
2.1 PMSM結構
2.1.1 定子
2.1.2 轉子
2.2 鏇轉變壓器
2.2.1 工作原理
2.2.2 解碼電路
2.3 PMSM加工流程
2.4 PMSM基本工作原理
2.4.1 定子繞組與永磁轉子的作用力
2.4.2 定子繞組與凸極轉子的作用力
2.4.3 電動機的基本控製模式
小結
練習題

第3章 PMSM動態數學模型
3.1 PMSM的物理模型
3.2 三相靜止坐標係的PMSM動態數學模型
3.2.1 定子電壓方程
3.2.2 定子磁鏈方程
3.2.3 電動機轉矩方程
3.2.4 運動方程
3.2.5 基於MATLAB的轉矩公式分析
3.3 坐標變換
3.4 dq轉子坐標係的PMSM動態數學模型
3.4.1 dq坐標係PMSM動態數學模型推導
3.4.2 基於MATLAB的PMSM數學模型化簡
3.4.3 PMSM等效電路圖
3.5 電動機矢量圖
小結
練習題

第4章 PMSM的MATLAB仿真建模
4.1 MATLAB/SIMULINK簡介
4.2 基於分立模塊的PMSM仿真建模
4.3 基於S Function的PMSM仿真建模
4.4 基於SimPowerSystems的PMSM仿真建模
4.5 仿真對比分析
4.5.1 正弦電壓供電PMSM直接起動的仿真波形對比
4.5.2 不同仿真模型仿真效率比較
4.5.3 不同變換矩陣係數的影響
小結
練習題

第5章 PMSM的JMAG有限元分析模型
5.1 JMAG的功能與特點
5.2 有限元分析的主要步驟與分析功能簡介
小結
練習題

第6章 PMSM穩態工作特性
6.1 電流極限圓
6.2 電壓特性
6.2.1 電壓極限橢圓
6.2.2 電壓控製下的電動機電流
6.3 轉矩特性
6.3.1 轉矩與電流幅值及相角的關係
6.3.2 轉矩與id和iq的關係
6.3.3 恒轉矩麯綫
6.3.4 最大轉矩/電流麯綫
6.3.5 電壓限製下的電動機轉矩
6.4 機械特性
6.5 功率因數
6.6 電動機參數變化對電動機的影響
小結
練習題

第7章 理想正弦交流電壓源供
電環境下PMSM的工作特性
7.1 恒定電壓、恒定頻率的正弦交流電壓源供電環境下PMSM的工作特性
7.1.1 PMSM穩態工作特性分析
7.1.2 PMSM起動過程分析
7.1.3 PMSM運行穩定性分析
7.2 額定頻率以下變頻正弦交流電源供電環境下PMSM的工作特性
7.2.1 恒定頻率下的PMSM工作特性
7.2.2 不同頻率下的PMSM工作特性
7.3 額定頻率以上變頻正弦交流電源供電環境下PMSM的工作特性
小結
練習題

第8章 三相電壓型逆變器的構成與工作原理
8.1 三相電壓型逆變器的構成
8.1.1 功率二極管
8.1.2 絕緣柵雙極型晶體管
8.1.3 金屬氧化物半導體場效應晶體管
8.1.4 功率母排
8.1.5 吸收電路
8.1.，6電容器
8.1.7 電壓電流檢測電路
8.1.8 典型驅動模塊
8.2 三相電壓型逆變器工作方式
8.2.1 能量傳遞的三種方式
8.2.2 三相電壓型逆變器的兩種導通模式
8.2.3 輸齣相電壓特點
8.3 三相電壓型逆變器MATLAB仿真建模
8.3.1 基於SIMULINK分立模塊的逆變器建模
8.3.2 基於SimPower Systems庫的逆變器模型
8.3.3 基於Simscape庫的逆變器物理建模
小結
練習題

第9章 電壓型逆變器控製技術
9.1 方波運行模式及仿真建模
9.1.1 方波運行模式
9.1.2 方波運行模式的電壓型逆變器仿真建模
9.2 SPWM技術及仿真建模
9.2.1 SPWM技術原理分析
9.2.2 載波比與調製比
9.2.3 輸齣電壓基波幅值特點
9.2.4 仿真建模
9.3 SVPWM技術及仿真建模
9.3.1 兩電平電壓型逆變器電壓空間矢量
9.3.2 SVPWM綫性組閤算法
9.3.3 SVPWM幾何特徵
9.3.4 SVPWM技術特點
9.3.5 SVPWM算法的仿真建模
9.4 CHBPWM技術及仿真建模
9.4.1 CHBPWM技術原理
9.4.2 CHBPWM技術特點
9.4.3 CHBPWM仿真建模分析
小結
練習題

第10章 電壓型逆變器供電變壓變頻調速係統的特殊問題
10.1 主電路結構
10.2 整流電路
10.2.1 PWM整流器結構
10.2.2 電壓型PWM整流器工作原理
10.2.3 VSR的控製方式
10.3 VSI輸入側濾波器
10.4 VSI輸入側電流諧波
10.4.1 VSI直流輸入側電流諧波的來源
10.4.2 LC濾波器對輸入側諧波電流的抑製作用
10.4.3 方波工況下輸入側電流的仿真分析
10.5 VSI輸齣濾波
10.6 EMI濾波器
10.6.1 EMC與EMI簡介
10.6.2 VSI逆變器中的EMI
10.7 VSI的輸齣限製
10.8 VSI的工作效率
小結
練習題

第11章 電機控製用數字微控製器
11.1 概述
11.2 TMS320F24x
11.2.1 TMS320F24x性能特點
11.2.2 SVPWM算法實現
11.3 TMS320F
11.3.1 性能特點
11.3.2 基於SIMULINK的DSP中SVPWM程序開發
11.4 其他幾種典型的DSP芯片
小結
練習題

第12章 PMSM的矢量控製變頻調速係統
12.1 PMSM轉子磁場定嚮矢量控製技術概念
12.2 典型的轉子磁場定嚮FOC控製PMSM變頻調速係統
12.2.1 dq坐標係電流閉環PI調節的FOC控製係統
12.2.2 三相靜止坐標係定子電流滯環控製FOC控製係統
12.2.3 轉矩控製的FOC控製係統
12.2.4 電壓解耦型FOC控製係統
12.2.5 含逆變器直流電壓閉環的FOC控製係統
12.3 PMSM矢量控製變頻調速係統建模與仿真分析
12.3.1 FOC控製變頻調速係統仿真建模
12.3.2 FOC控製變頻調速係統仿真結果與分析
小結
練習題

第13章 PMSM的直接轉矩控製變頻調速係統
13.1 直接轉矩控製技術原理
13.1.1 定子磁鏈控製原理
13.1.2 電動機轉矩控製原理
13.1.3 PMSM轉矩增量分析
13.1.4 兩種磁鏈軌跡控製方案
13.1.5 定子磁鏈觀測器
13.2 傳統直接轉矩控製中PMSM轉矩脈動分析
13.3 PMSM直接轉矩控製變頻調速係統性能改善方案
13.3.1 基於擴充電壓矢量錶的改進方案
13.3.2 基於調節電壓空間矢量占空比的改進方案
13.4 PMSM直接轉矩控製變頻調速係統仿真建模與分析
13.5 DTC與FOC的對比
小結
練習題

第14章 PMSM變頻調速係統應用實例
14.1 PMSM在國內電動汽車中的應用
14.1.1 國內的燃料電池電動汽車
14.1.2 PMSM電動機及控製器性能指標
14.1.3 電動汽車控製係統實例分析
14.2 PMSM變頻調速係統在城市軌道交通中的應用
14.2.1 列車概況
14.2.2 牽引電氣係統
小結
練習題

第15章 PMSM無位置傳感器控製技術
15.1 電動機模型直接計算法
15.2 模型參考自適應法
15.3 擴展卡爾曼濾波器
15.4 無位置傳感器控製芯片
IRMCK20X
小結
練習題

第16章 智能控製技術在PMSM變頻調速係統中的應用
16.1 模糊控製技術
16.2 神經網絡控製技術
16.3 專傢係統控製技術
小結
練習題

附錄
附錄A：兩相靜止坐標係中PMSM數學模型
附錄B：SIMULINK分立模塊搭建齣PMSM仿真模型
附錄C：S Function實現PMSM仿真建模的程序
附錄D：采用類似SPWM方式實現SVPWM的仿真模型
附錄E：命令文件
附錄F：中斷嚮量文件
附錄G：硬件法實現SVPWM算法的程序代碼
附錄H：基於MATLAB/SIMULINK的DSP程序開發
附錄I：SIMULINK模塊使用注意事項與常見問題調試
附錄J：國內外電動機調速係統相關標準的標準號及名稱
參考文獻

前言/序言

　　電機調速係統的作用是通過各類電動機將電能轉換成機械能，為機械負載提供原動力。電機調速係統應用非常廣泛，無論在電動汽車、城市地鐵、乾綫鐵路等交通工具中，還是在冶金、紡織等工業生産綫上，甚至在空調、冰箱等傢用電器裏，電機調速係統都發揮著不可替代的作用。
　　， 交流電機調速係統采用交流電動機提供負載所需原動力，它是電機學、交流電機調速理論、自動控製理論、電力電子技術、微電子技術等學科的有機結閤與交叉應用。自20世紀70年代以來，隨著上述學科日漸成熟，加之交流電機在體積、重量、維修、可靠性、效率等方麵優於直流電機，目前電機調速係統已經從直流電機調速係統轉為交流電機調速係統，並處於從傳統電機嚮新型電機過渡階段。
　　近些年來，隨著永磁材料性能的不斷提升和成本的降低，采用永磁材料的各類電機（特彆是永磁同步電動機）已經在廣受矚目的電動汽車中得到瞭較多的應用，並且在新能源風能開發與利用、鐵道與城市軌道交通等領域嶄露頭角。由於在體積、重量、效率等方麵有較大優勢，永磁同步電動機的應用將會更加普及。
　　為順應永磁同步電動機應用發展趨勢以及便於讀者理解，本書圍繞永磁同步電動機變頻調速係統及其控製技術，從數學模型、仿真分析和應用實例三個層麵，力爭做到將理論分析與簡單實用、仿真運用、調速應用相結閤，從構成調速係統的各基本單元入手編寫瞭四篇內容。
　　第1章緒論，簡要介紹瞭電機的分類、應用場閤與研究方法。
　　第2～5章是基礎篇。其中第2章介紹瞭永磁同步電動機的結構及其基本工作原理；第3章推導瞭永磁同步電動機的動態數學模型並對其進行簡化；第4章以MATLAB/SIMULINK為仿真平颱介紹瞭永磁同步電動機的仿真建模；第5章介紹瞭JMAG有限元分析軟件在永磁同步電動機電磁分析與仿真建模中的應用。
　　第6～11章是控製篇。第6章分析瞭永磁同步電動機的基本工作特性；第7章分析瞭在理想正弦交流電壓源供電情況下永磁同步電動機的工作特性；第8章分析瞭兩電平電壓型逆變器的結構與工作原理；第9章講解瞭電壓型逆變器的PWM控製技術；第10章分析瞭在電壓型逆變器供電情況下，永磁同步電動機調速係統的一些特殊問題；第11章介紹瞭目前用於調速係統電機控製的數字微控製器。
　　第12～14章是應用篇。第12章闡述瞭永磁同步電動機的矢量控製變頻調速係統；第13章分析瞭永磁同步電動機的直接轉矩控製變頻調速係統；第14章舉例介紹瞭永磁同步電動機調速係統在電動汽車與城市軌道交通輕軌列車中的應用。
　　第15～16章是進階篇。第15章介紹瞭幾種典型的永磁同步電動機無位置傳感器控製技術；第16章介紹瞭幾種常見智能控製技術在永磁同步電動機變頻調速係統中的應用。
　　書後的附錄提供瞭SIMULINK仿真模型、TMS320LF2407DSP中SVPWM算例匯編程序、基於MATLAB/SIMULINK模型文件的DSP程序開發實例、與電機及電機調速係統相關的各類標準目錄等內容，供讀者參考。
　　結閤目前社會對人纔多方麵素質需求的現狀，編者特地找到一些充滿正能量的文字附在每章小結處，與讀者共享。
　　本書由袁登科、徐延東、李秀濤，陶生桂教授進行審定。徐延東編寫瞭第14章，李秀濤編寫瞭第11章，袁登科編寫瞭其餘各章節並負責全書的統稿。
　　感謝上海電驅動有限公司高級工程師張舟雲、艾迪捷信息科技（上海）有限公司高級工程師姚海蘭、羅姆半導體（上海）有限公司周勁先生、三菱電機機電（上海）有限公司龔熙國先生等，他們為本書內容的編寫提齣瞭寶貴的意見。
　　在本書的編寫工作中，得到瞭同濟大學電信學院的陳最、壽利賓、鬍展敏、武凱迪、高喆、康婷、薛夢覺、宋力、魏天力、楊守建等同學的熱心幫助，在此錶示衷心感謝。
　　眾多讀者就《交流永磁電機變頻調速係統》一書的內容與作者進行過交流，提齣瞭許多寶貴意見，在此也一並錶示衷心的感謝！
　　非常感謝機械工業齣版社的林春泉編審及其同事們，他們為本書的齣版提供瞭大力支持與幫助。
　　作者對傢人及同事所給予的支持與關懷錶示深深的感謝。
　　本書適閤高等院校電氣工程及其自動化專業高年級本科生、電力電子與電力傳動方嚮研究生以及從事交流電機調速領域的科技人員參考使用。
　　由於學識、經驗和水平有限，書中難免齣現不當之處，敬請廣大讀者批評指正，並給予諒解。
　　

作者

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