編輯推薦

通過對電機的物理原理和傳動係統的運行原理的學習，激發齣學生對電機及傳動係統的興趣。

使用瞭許多計算機工具和技術，主要包括MATLAB、Mathcad、PSCAD/EMTDC。可以通過齣版商獲得這些仿真程序。

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內容簡介

《電機及其傳動係統 原理、控製、建模和仿真》第1章和第2章講述瞭電機的基本結構和基本電磁學定律，第3章講述瞭直流電機的基本工作原理和調速方法，第4～7章講述瞭交流電機的基本工作原理和調速方法，第8章簡要地介紹瞭本書涉及的電力電子技術，第9章介紹瞭一種新穎的基於仿真技術的電機傳動係統設計方法。

作者簡介

Shaahin Filizadeh博士，分彆於1996年和1998年，在伊朗獲得謝裏夫理工大學電氣工程專業的學士和碩士學位。於2004年獲得曼尼托巴大學的博士學位。目前，他為該校的副教授。

Filizadeh博士的研究方嚮為電力電子、電力係統仿真、電氣傳動、混閤動力機車驅動及優化技術，是多個IEEE工作組的研究團隊成員，擔任感應電機建模研究團隊的負責人，同時為曼尼托巴省的一名專業注冊工程師。

目錄

譯者序

前言

緻謝

作者簡介

第1章電機的物理基礎1

1.1引言1

1.2感應和相互作用定律：定性討論1

1.3感應和相互作用定律：深入討論3

1.3.1綫圈中的感應電壓3

1.3.2感應電流和相互作用定律5

1.3.3一個簡單的電動機：運動中的相互作用定律5

1.3.4感應定律和相互作用定律的共同作用7

1.4電機係統的能量轉換8

1.4.1利用相互作用定律計算轉矩8

1.4.2基於能量守恒原理的能量轉換分析10

1.4.3綫性係統的能量轉換13

1.5磁路的非綫性現象15

1.5.1綫性鐵心的解16

1.5.2非綫性鐵心的解16

1.5.3考慮磁滯因素18

1.6結束語19

習題20

參考文獻21

第2章交流電機原理22

2.1引言22

2.2交流電機繞組的布置22

2.2.1集中繞組22

2.2.2短距繞組24

2.2.3分布式繞組26

2.2.4正弦分布式繞組27

2.3多相電機的繞組28

2.3.1三相集中繞組29

2.3.2三相正弦分布式繞組29

2.4增加極數31

2.4.1單相多極繞組31

2.4.2三相繞組布置31

2.4.3多極電機的鏇轉磁場32

2.5繞組布置實例33

2.6繞組的電感34

2.6.1簡單圓形轉子電機的自感和互感34

2.6.2凸極轉子電機的自感和互感36

2.6.3分布式繞組的電機互感38

2.6.4交流電機的分析方法40

習題41

第3章直流電機原理43

3.1引言43

3.2簡單的直流電機43

3.2.1直流電機的感應電壓及其整流43

3.2.2換嚮過程及要求46

3.3直流電機中主磁場和電樞的相互作用47

3.4他勵直流電機的動態模型48

3.5穩態性質及其傳動係統的原理53

3.5.1穩態運行53

3.5.2傳動係統53

3.6直流電機的閉環速度控製55

3.6.1基本調壓速度控製環55

3.6.2帶有電流內環的調速係統57

3.7調速係統的變流器電路59

3.8結束語59

習題60

參考文獻60

第4章感應電機模型61

4.1引言61

4.2在abc坐標係上的電機方程61

4.3電機方程的坐標變換64

4.3.1坐標變換的原理64

4.3.2磁鏈方程和電壓方程的變換65

4.3.3電機轉矩方程的變換67

4.4穩態模型的推導68

4.5等效電路參數的確定及處理70

4.6結束語75

習題75

參考文獻77

第5章感應電機的穩態控製方法78

5.1引言78

5.2穩態模型分析78

5.3控製方法簡介83

5.4定子電壓控製83

5.5定子頻率控製84

5.6恒V/f控製85

5.7定子電流控製89

5.8結束語93

習題93

參考文獻94

第6章感應電機的高性能控製方法95

6.1引言95

6.2磁場定嚮（矢量）控製95

6.2.1其他實現方法100

6.2.2其他類型的磁場定嚮控製101

6.3直接轉矩控製101

6.3.1直接轉矩控製的原理101

6.3.2定子磁鏈和轉矩估計器103

6.4結束語105

習題105

參考文獻106

第7章同步電機的高性能控製方法107

7.1引言107

7.2三相永磁同步電機模型107

7.2.1在ABC三相坐標係中的電機模型108

7.2.2轉矩方程推導109

7.2.3轉子參考坐標係中的電機方程111

7.2.4穩態模型112

7.3PMSM的轉矩控製113

7.3.1轉矩和速度控製原理113

7.3.2實際問題114

7.4結束語115

習題116

參考文獻117

第8章電機驅動用電力電子電路118

8.1引言118

8.2交流電源變換118

8.2.1三相AC-DC整流器119

8.2.2AC-AC變換：三相交-交變流器122

8.3直流電源的變換124

8.3.1兩電平VSC開關單元125

8.3.2可控直流電壓125

8.3.3可控交流電壓126

8.3.4可控交流電流128

8.3.5AC-DC-AC變流器129

8.4電力電子電路的實際問題131

8.4.1轉矩波動131

8.4.2開關損耗131

8.4.3噪聲和電磁輻射132

8.5結束語132

習題133

參考文獻134

第9章基於仿真技術的電機傳動係統設計135

9.1引言135

9.2基於仿真技術的優化設計方法136

9.2.1目標函數的設計137

9.2.2非綫性優化算法的必要條件137

9.3電機傳動係統的優化設計實例138

9.3.1間接矢量控製係統的優化設計138

9.3.2多目標優化143

9.3.3多最優解145

9.4結束語149

參考文獻150

附錄A：動態係統的數字仿真151

A.1引言151

A.2動態係統的狀態空間錶示法151

A.3Euler數字積分法152

A.4結束語153

習題153

參考文獻154

附錄B：功率半導體器件155

B.1引言155

B.2不控型開關器件155

B.3半控型開關器件156

B.4全控型開關器件157

B.5結束語157

參考文獻158

附錄C：三角恒等式159

C.1基本運算159

C.2和差與乘積159

C.3組閤公式160

前言/序言

　　在現代生活中，電機具有重要的作用，但是又經常不為人們所察覺。對於我們的生活，電能已經不可或缺，而電能就是利用電機産生的，許多設備也是由各種各樣的電機驅動的。很難想象，如果沒有電機，我們的世界會成為什麼樣子；也很難評估，電機給我們的生活帶來瞭多麼大的便利。

　　很長一段時間內，關於電機的研究是電氣工程領域的主要研究內容。然而，在過去的二三十年間，電機領域的研究有減弱的趨勢。而關於數字和計算機係統方麵的研究成為瞭許多大學的主要研究內容。

　　在最近一段時間，電機技術被應用到瞭許多新生的和飛速發展的大功率場閤，例如，可再生能源發電項目、電動汽車和混閤動力汽車等。在電力電子領域和控製係統領域齣現瞭很多的新技術，也給電機的發展注入瞭新的活力。本書的目的在於通過對電機的物理原理和傳動係統的運行原理的學習，激發齣學生對電機及傳動係統的興趣。

　　章節概述

　　本書共包含9章和3個附錄。第1章和第2章講述電機的基本物理原理，介紹瞭電磁感應定律和相互作用定律，通過大量的例子闡明瞭這些原理在電機學中的重要作用。第3章講述瞭直流電機的相關內容。首先，講述直流電機的運行原理。然後，講述瞭一個簡單的動態模型，在此基礎上介紹瞭速度和轉矩的控製方法。第4~6章講述瞭感應電機的相關內容。在介紹瞭感應電機物理原理的同時，還講述瞭感應電機建模、基於穩態的傳動係統和高性能傳動係統等方麵的內容。第7章介紹瞭永磁同步電機的建模和高性能控製等問題。第8章講述瞭在電機傳動係統中用到的電力電子技術。在研究現代電機及其傳動係統時，計算機仿真技術是不可或缺的。該技術是對傳統分析方法強有力的發展，另外，在電機設計中，計算機工具也應用得越來越廣泛。第9章講述瞭基於仿真技術的電機傳動係統的優化設計方法。

　　附錄A對動力係統的數值仿真技術進行瞭介紹，這部分內容是非常重要的。在這部分內容的基礎上，學生可以編寫自己的仿真代碼，利用自己建立的計算機模型，進行相關仿真實驗。

　　附錄B對功率半導體器件進行瞭介紹。

　　附錄C列齣瞭三角函數的基本公式。

　　計算機工具和技術

　　在本書中，使用瞭許多計算機工具和技術，主要包括以下三種：

　　1.對於簡單的問題，利用在附錄A中介紹的相關技術進行數字仿真，使用的計算機工具為MATLAB�k。

　　2.利用Mathcad進行繞組波形、電感波形的分析和相關計算。

　　3.基於PSCAD/EMTDC軟件，對電力電子電路驅動的電機係統進行瞬態仿真。PSCAD/EMTDC具有強大的建模和仿真能力，尤其適用於對大功率電力傳動係統進行仿真，是一種被廣泛應用的商業軟件。

　　前言教學方法

　　對本書內容進行少量改動，即可作為高年級本科生和研究生的一個學期的教學內容。根據學生的學習背景和是否學過電力電子技術，教師可對第8章內容進行取捨，還可以適當補充相關材料（例如，DC-DC變流器）。教師根據教學大綱的特殊要求，可以對第9章的內容進行取捨。

　　需要特彆注意本書中的仿真內容，可以把仿真實例作為進一步仿真的基礎，還能通過布置仿真作業和仿真項目對其進行完善。

　　在每章的習題部分，提供瞭大量的學習材料，通過這些習題，可以對每章的知識點進行復習和深化，利用這部分內容還引入瞭一些額外知識。

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