電機及其傳動係統 原理、控製、建模和仿真 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 沙欣.費利紮德 著，楊立永 譯

圖書標籤:

• 電機
• 傳動係統
• 電力電子
• 控製工程
• 建模
• 仿真
• 電氣工程
• 自動化
• 驅動技術
• 電機學

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111515203

版次：1

商品編碼：11821014

品牌：機工齣版

包裝：平裝

叢書名： 國際電氣工程先進技術譯叢

開本：16開

齣版時間：2017-12-01

用紙：膠版紙

頁數：159

編輯推薦

適讀人群 ：電氣工程、機電工程、自動化、新能源等相關專業的本科生以及相關技術人員

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。

可以在WWW PSCAD COM網站免費下載學生版的PSCAD/EMTDC軟件。

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。

好的，以下是根據您的要求，為您精心撰寫的一份圖書簡介，字數約1500字，內容涵蓋瞭電氣工程領域但避開瞭您提供書名中包含的具體主題（電機及其傳動係統、原理、控製、建模與仿真）。 --- 圖書簡介： 《現代電力電子技術與智能電網應用》 作者： [此處可填寫作者姓名或機構] 齣版社： [此處可填寫齣版社名稱] ISBN： [此處可填寫ISBN] 內容提要： 本書深度聚焦於電力電子技術在現代能源係統中的關鍵作用，並係統闡述瞭其與智能電網架構的融閤與發展。全書旨在為電氣工程、能源科學以及相關領域的專業人士和高年級學生提供一份全麵、深入且具有前瞻性的技術參考。我們摒棄瞭對具體機電設備的傳統講解模式，轉而將研究的焦點置於能量變換的底層邏輯、拓撲結構創新及其在宏觀電網層麵的集成應用。 第一部分：電力電子基礎與前沿器件 本部分奠定瞭理解現代電力轉換係統的理論基礎，重點關注瞭半導體器件的發展及其對係統性能的決定性影響。 第一章：電力電子的演進與基本拓撲 本章首先梳理瞭電力電子技術從早期晶閘管時代到當前基於IGBT、SiC、GaN器件的演變曆程。我們詳細分析瞭不同開關器件的特性麯綫、損耗模型及散熱設計考量。隨後，對核心的DC/DC、AC/DC、DC/AC、AC/AC四種基本轉換拓撲進行瞭深入剖析。內容著重於非隔離和隔離型拓撲的結構差異、電壓增益方程的推導及其在不同應用場景下的適用性判斷。特彆探討瞭多電平變換器，如中點鉗位（NPC）、飛跨電容（Flying Capacitor）以及級聯H橋（CHB）的拓撲結構優勢與控製挑戰。 第二章：寬禁帶半導體器件的物理特性與應用 本章是全書的技術前沿之一，聚焦於碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）MOSFET及肖特基二極管。我們不僅從材料學角度解釋瞭它們為何能實現更高的耐壓、更低的導通電阻和更快的開關速度，還詳細對比瞭其在高溫工作、抗輻射能力和可靠性方麵的錶現。實際應用方麵，本章提供瞭基於SiC器件的高頻、高功率密度DC/DC變換器的設計實例，討論瞭高頻開關帶來的EMI/EMC挑戰及對應的布局優化策略。 第二部分：先進電源變換器的設計與優化 本部分從係統級效率和功率密度優化的角度，深入探討瞭具有代錶性的新型變換器結構及其脈衝寬度調製（PWM）策略。 第三章：高效率DC/DC變換器拓撲精選 本章摒棄瞭傳統的Buck、Boost結構，轉而重點分析瞭諧振式轉換器（LLC、LCC）和多相並聯技術。LLC諧振變換器作為高效率、軟開關實現的主流方案，我們詳細闡述瞭其工作模態分析，包括臨界導通、零電壓開關（ZVS）區域的界定，並給齣瞭基於頻率調製策略的動態響應設計流程。對於多相並聯技術，我們側重於分析電流均流的挑戰及無源/有源均流控製方法，以實現更高的總輸齣功率和更低的輸齣紋波。 第四章：隔離式AC/DC與矩陣變換器 在AC/DC領域，本章深入研究瞭功率因數校正（PFC）技術，從傳統的單級電路到先進的有源緩衝電路（Active Buffer Circuits）。對於隔離變換，重點闡述瞭高頻磁性元件（變壓器）的設計，包括磁芯材料的選擇、繞組寄生參數的建模，以及如何通過集成化設計提升功率密度。矩陣變換器作為無直流環節的AC/AC轉換器，其工作原理和調製策略（如六步調製、空間矢量調製）得到瞭詳盡的數學描述，突齣瞭其在替代傳統變頻器方麵的潛力。 第三部分：智能電網中的電力電子係統集成 本部分將電力電子技術提升到係統和電網層麵，探討其在可再生能源並網、電能質量治理和微電網構建中的核心地位。 第五章：可再生能源接入與並網逆變器的關鍵技術 本章是連接電力電子與可再生能源（光伏、風電）的關鍵橋梁。詳細分析瞭並網逆變器的有功/無功功率解耦控製結構，以及在電網故障穿越（LVRT/HVRT）標準下的控製參數整定。特彆關注瞭虛擬同步發電機（VSG）技術，闡釋瞭如何通過在並網逆變器中模仿傳統同步發電機的慣量和阻尼特性，以增強電網的動態穩定性，這是應對大規模可再生能源接入的有效手段。 第六章：電能質量控製與先進濾波技術 本章專注於電網側的擾動抑製。詳細介紹瞭有源電力濾波器（APF）的結構設計和並聯/串聯拓撲的選擇。內容深入到諧波檢測算法，對比瞭基於FFT、SOGI（Second Order Generalized Integrator）和同步鏇轉坐標係（dq模型）的檢測精度和實時性。此外，還探討瞭動態電壓修復器（DVR）和靜態同步補償器（STATCOM）在電壓暫降和閃變治理中的應用原理和控製邏輯。 第七章：微電網架構與能量管理係統 微電網是未來分布式能源係統的核心載體。本章係統性地描述瞭微電網的並網和孤島運行模式切換機製。重點講解瞭基於下垂控製（Droop Control）的無功/有功功率分配策略，包括電壓和頻率的穩定協調。本章還引入瞭多能源協同調度的概念，探討瞭如何結閤先進的優化算法（如模型預測控製、強化學習基礎模型）來構建高效、可靠的能源管理係統（EMS），以平衡分布式電源、儲能係統和負荷需求。 結語 本書力求在理論深度與工程實踐之間架起一座堅實的橋梁。通過對電力電子核心技術的高階抽象和在能源係統中的具體落地分析，讀者將不僅掌握變換器層麵的設計方法，更能在係統集成和電網層麵進行高屋建瓴的思考。本書的讀者群涵蓋瞭緻力於提升係統效率、追求功率密度極限以及探索未來電網穩定運行機製的工程師和研究人員。 ---

評分☆☆☆☆☆

作為一本涵蓋麵如此廣的專業書籍，我對於其在“建模與仿真”方麵的具體實踐內容非常關注。理論知識的學習，最終需要通過仿真來驗證其有效性並預測真實世界中的行為。我期望這本書不僅僅是羅列齣理論模型，而是能提供一套清晰的、可復現的仿真流程。比如，針對一個特定的電機類型，它應該指導讀者如何快速搭建起一個包含電磁模型、機械摩擦模型和外部負載模型的完整仿真環境。更進一步，如果能討論不同建模精度對仿真結果影響的敏感性分析，將非常有價值。因為在實際工程中，過度精確的建模會帶來巨大的計算負擔，而過於簡化的模型又會損失關鍵的動態信息。如何找到這個“甜點”，書中是否有作者基於豐富經驗得齣的最佳實踐建議？這本書的仿真部分如果能體現齣這種對工程實踐的深刻理解，而非僅僅停留在教科書式的公式轉換，那麼它將成為我工具箱裏不可替代的利器。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量非常齣色，紙張光滑，字體清晰銳利，長時間閱讀眼睛也不會感到特彆疲勞，這一點對於需要長時間鑽研技術書籍的工程師來說至關重要。談到內容本身，我留意到它在“傳動係統”這一部分的著墨頗多，這錶明作者對整個機電一體化係統的整體觀有深刻的認識。很多教材側重於電機本身，而忽略瞭與其配閤的機械結構和反饋係統。這本書似乎試圖打破這種局限，將電機視為整個傳動鏈中的一個環節來分析。我特彆感興趣的是它如何處理不同負載工況下的動態響應問題。例如，在衝擊負載或快速啓停的場景下，控製策略需要如何調整？這本書是否提供瞭具體的參數整定方法或優化流程？如果能提供一些實際工程項目中遇到的典型問題及對應的解決方案模闆，那就太棒瞭。這種以問題為導嚮的知識呈現方式，遠比純粹的原理堆砌更具實用價值，能直接指導我們解決工作中的實際難題。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實吸引人，封麵色彩搭配沉穩又不失科技感，拿在手裏分量十足，給人一種內容紮實的預感。我翻閱瞭目錄，初步印象是它覆蓋的領域相當廣泛，從基礎的電機原理到復雜的傳動係統控製，再到高階的建模與仿真技術，似乎想構建一個完整的知識體係。尤其讓我眼前一亮的是“建模與仿真”這一塊，這在很多傳統教材中往往隻是蜻蜓點水，而這本書似乎給予瞭足夠的篇幅，這對於希望將理論應用於實踐，或者從事相關研發工作的讀者來說，無疑是個巨大的加分項。我特彆期待看到它在仿真工具的應用上能有什麼獨到的見解，比如是否會深入講解MATLAB/Simulink或其他專業軟件的具體操作流程和模型搭建技巧。如果能提供一些經典的案例分析，那就更好瞭，這樣理論和實踐的結閤會更加緊密，能幫助我們更好地理解那些抽象的數學公式是如何在實際工程中運作的。總體而言，從這本書的體量和結構來看，它更像是一本麵嚮專業人士或高年級學生的參考手冊，而非入門級讀物，其深度和廣度都預示著需要讀者具備一定的先備知識纔能完全消化。

評分☆☆☆☆☆

初拿到這本書時，我最關心的是其敘述的邏輯性和清晰度。電機和傳動係統的知識點眾多且相互關聯，如果組織不當，很容易讓初學者迷失在公式和概念的海洋裏。這本書的章節過渡似乎經過瞭深思熟慮，它沒有急於跳入復雜的控製算法，而是花瞭大量篇幅來夯實基礎理論，這讓我感到安心。例如，對不同類型電機的物理特性描述，圖文並茂，即便是初次接觸感應電機或永磁同步電機的讀者，也能較快地建立起直觀認知。不過，我在閱讀過程中注意到，某些關鍵概念的推導過程略顯跳躍，特彆是涉及到一些高階的電磁學和電力電子學背景知識時，如果能增加一些中間步驟的詳細解釋，對於自學讀者會更加友好。我希望作者能在後續的版本中，考慮加入一些“知識點迴顧”或者“難點解析”的小節，用更生活化、工程化的語言來輔助闡述那些拗口的理論，這樣能夠極大地降低學習麯綫的陡峭程度，讓理論知識的吸收過程變得更為平滑和順暢。

評分☆☆☆☆☆

這本書的篇幅相當可觀，這讓我對它內容的深度抱有極高的期待。我注意到它在“控製”這一章節中，似乎囊括瞭從經典的PID控製到現代的矢量控製（FOC）等多種技術路綫。對於讀者來說，瞭解不同控製方法的優缺點以及它們適用的具體場景是非常必要的。我特彆希望作者能夠深入探討在實際應用中，選擇特定控製策略背後的決策邏輯是什麼？比如，為什麼在某些高精度場閤必須采用傳感器輔助的閉環控製，而在對成本敏感的場閤，開環控製又如何通過巧妙的參數補償來實現可接受的性能？此外，如果書中能提供一些關於控製係統魯棒性分析的介紹，討論外部乾擾（如電源波動、溫度變化）對係統性能的影響，並給齣相應的抗乾擾設計原則，那麼這本書的理論深度和工程實用性就會得到進一步的提升。這種對“為什麼”和“怎麼辦”的深入剖析，纔是區分一本優秀技術著作和普通參考書的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

書剛收到，隨便看瞭看，還可以

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