Essentials of Electric Motors and Controls pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Jones & Bartlett Pub

作者:Trout, Charles M.

出品人:

页数:120

译者:

出版时间:2009-9

价格:$ 57.57

装帧:Pap

isbn号码:9780763751135

丛书系列:

图书标签:

• Electric Motors
• Motor Controls
• Electrical Engineering
• Power Electronics
• Industrial Automation
• HVAC
• Renewable Energy
• Troubleshooting
• Maintenance
• Electrical Systems

磁场中的动力学：现代电机系统与驱动技术前沿探索 本书深入剖析了当代电力驱动系统的核心——交流与直流电机技术，并全面覆盖了先进的控制策略与系统集成。我们着眼于从基础原理到前沿应用的完整链条，旨在为工程师、研究人员及高阶学生提供一个全面、实用的参考框架。 第一部分：电机理论的精深解析 本部分首先对电磁感应、磁路的分析方法进行了严谨的数学构建，这是理解所有旋转电机工作机制的基石。我们详细探讨了电机中耦合的电磁、机械和热力学现象，强调了非线性效应在实际运行中的重要性。 1.1 经典电机结构的再审视 我们不仅回顾了传统的感应电机（IM）、同步电机（SM）和直流电机（DC），更侧重于现代高效率、高功率密度设计的优化路径。针对感应电机，重点分析了等效电路模型的局限性，并引入了基于有限元分析（FEA）的转矩脉动与损耗预测模型。对于同步电机，详细阐述了永磁同步电机（PMSM）和磁阻同步电机（Switched Reluctance Motors, SRM）的结构优势、制造挑战及其在不同负载条件下的性能差异。 1.2 磁路与材料科学的交汇 本章深入探讨了磁性材料的选择对电机性能的决定性影响。从硅钢片中的涡流损耗机理到稀土永磁体（如NdFeB）的退磁风险分析，我们提供了材料特性与电机设计参数之间的量化关系。特别关注了高频工作下趋肤效应导致的有效磁导率变化，以及如何通过叠片优化和绝缘处理来减轻这些影响。 1.3 瞬态分析与故障诊断 电机启动、制动和负载突变是系统中最具挑战性的工况。我们引入了d-q 轴变换理论的严格推导，用于分析电机在非稳态条件下的动态响应。此外，系统地介绍了基于电流、电压谐波分析的电机故障早期预警技术，如轴承磨损、绕组短路和转子断条的信号特征识别方法。 第二部分：电力电子驱动器的架构与设计 电力电子是实现先进电机控制的“心脏”。本部分将重点放在现代变频器（Inverter）的拓扑结构、开关技术和热管理策略。 2.1 功率半导体器件的选择与应用 我们全面比较了IGBT、MOSFET和下一代SiC（碳化硅）及GaN（氮化镓）器件在高频、高压应用中的适用性。详细分析了开关损耗、导通损耗与热阻抗的相互制约关系。针对中高压应用，深入探讨了多电平变流器（如T型、飞跨电容式）的调制策略，以降低输出谐波并提升电压利用率。 2.2 变流器调制技术 从基础的六步方波控制到先进的脉冲宽度调制（PWM）技术，本章进行了系统梳理。核心内容聚焦于空间矢量调制（SVM）的原理及其在三相系统中的最优应用。此外，我们探讨了无传感器控制下，如何通过高频注入法进行转子位置估计，从而简化驱动系统的硬件需求。 2.3 驱动系统热力学与封装 功率密度提升带来了严峻的散热挑战。本节详细阐述了散热路径分析（从芯片结温到环境温度），讨论了液冷、直接水冷等先进冷却方案在电动汽车和工业机器人中的实施细节。同时，评估了功率模块封装材料（如键合线、灌封胶）的热循环老化机制。 第三部分：先进电机控制策略与系统集成 本部分是本书的实践核心，专注于如何通过复杂的算法，实现电机系统的精确、高效和鲁棒运行。 3.1 磁场定向控制（FOC）的深入应用 FOC作为高性能控制的基础，需要精确的电流和磁链控制。我们详细解析了基于观测器的磁链估计算法，包括Luenberger观测器和卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）在噪声环境下的性能对比。针对永磁同步电机，我们引入了死区补偿（Dead Time Compensation）和电压前馈技术，以提升中低速区控制的动态性能。 3.2 高性能伺服与力矩控制 在精密运动控制领域，对力矩的瞬时响应要求极高。本章介绍了多轴联动系统中的坐标系解耦技术，以及如何利用先进的PID（比例-积分-微分）控制器设计方法，如IMC（Internal Model Control）和Smith预估器，来应对系统延迟和不确定性。针对对精度要求苛刻的应用，探讨了基于滑模控制（SMC）的鲁棒性优势。 3.3 新型驱动拓扑与能源管理 面向新能源领域，本书介绍了双馈异步发电机（DFIG）在风力发电中的接入控制策略，以及应用于电动汽车的集成驱动单元（EDU）中的系统架构。重点分析了电池管理系统（BMS）与电机驱动器之间的协同工作模式，特别是能量回收（Regenerative Braking）过程中的系统级优化。 3.4 数字化与工业4.0下的电机系统 最后，我们探讨了现代电机系统在数字化工厂中的地位。这包括：基于EtherCAT/Profinet的实时数据通信协议在运动控制网络中的应用；利用数字孪生技术对电机运行状态进行在线预测性维护；以及嵌入式系统（如DSP/FPGA）中控制算法的硬件加速实现路径。 通过这些深入的章节，本书构建了一个从基础物理到尖端工程应用的知识体系，确保读者能够驾驭下一代高能效、高精度的电机驱动解决方案。

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