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

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出版者:Thomson Learning

作者:Keljik, Jeff

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:2006-6

价格:1591.59元

装帧:HRD

isbn号码:9781401898410

丛书系列:

图书标签:

• 电机
• 电动机
• 电机控制
• 电力电子
• 工业控制
• 电气工程
• 自动化
• 变频器
• 伺服电机
• 电机驱动

工业自动化与现代电力驱动系统：从理论基础到前沿应用 第一部分：现代电力驱动系统的基石 本卷深入探讨了驱动现代工业和商业基础设施的核心技术——电力驱动系统。我们将首先建立坚实的理论基础，涵盖电磁学、电路理论在电机驱动中的实际应用，并详细分析不同类型电机的基本原理与性能特点。 第一章：电磁场与电机工作原理的统一视角 本章从麦克斯韦方程组出发，系统性地梳理了电磁场理论如何直接转化为电机内部的力矩产生机制。我们将重点分析磁路设计对电机效率和功率密度的影响，特别是如何在实际制造中平衡磁芯损耗与磁通量分布。内容将包括： 磁路分析与等效电路模型： 如何将复杂的物理结构简化为可用于计算的电路模型，并探讨漏磁对系统动态响应的制约。 电磁感应与能量转换效率： 详细解析交流和直流电机中能量转换的物理过程，并对各种损耗（铜耗、铁耗、机械损耗）进行量化分析。 永磁材料的革命： 深入研究钕铁硼（NdFeB）和钐钴（SmCo）等高性能永磁体在现代高功率密度电机中的应用及其温度稳定性挑战。 第二章：交流电机家族的精细剖析 交流电机是当前工业应用的主流，本章将聚焦于异步电机（感应电机）和同步电机（包括永磁同步电机PMSM）的结构、运行特性及控制策略。 2.1 异步电机：可靠性与经济性的权衡 双馈理论与旋转磁场： 深入理解定子绕组如何产生旋转磁场，以及转子电流的感应机制。 等效电路参数的精确辨识： 介绍如何通过实验方法（如空载试验、堵转试验）精确确定电阻、电抗参数，这对后续的精确控制至关重要。 变频驱动下的性能衰减分析： 探讨在低频或高频运行时，由于饱和效应和风扇冷却不足导致的性能下降问题。 2.2 同步电机与永磁驱动的前沿 永磁同步电机（PMSM）的优势： 阐述高功率密度、高效率的来源，并对比表贴式（SPMSM）和内置式（IPMSM）的转矩特性差异。 磁阻扭矩与磁阻电机（SynRM）： 分析通过优化转子几何结构产生纯磁阻转矩的原理，及其在无稀土应用中的前景。 电机设计中的热管理： 讨论高功率密度下绕组温升的限制因素，以及油冷、水冷技术在提高电机持续输出功率中的作用。 第二部分：驱动电子与功率变换技术 高效可靠的驱动系统依赖于先进的功率电子技术。本部分将详细介绍从电网到电机驱动所需的关键电力电子器件、拓扑结构和控制方法。 第三章：功率半导体器件与驱动电路设计 本章聚焦于驱动电机所需的“心脏”——电力电子开关器件。 IGBT、MOSFET与SiC技术的比较： 详细对比在电压等级、开关速度和导通损耗方面的特性，特别强调碳化硅（SiC）MOSFET在电动汽车和高速列车应用中的颠覆性影响。 逆变器拓扑结构的选择： 分析三相电压源逆变器（VSI）的经典结构，并探讨多电平逆变器（如T型、NPC结构）如何降低输出谐波和电磁干扰（EMI）。 栅极驱动与保护： 探讨安全可靠地驱动高功率开关所需的隔离驱动电路设计、短路保护逻辑及死区时间优化。 第四章：脉冲宽度调制（PWM）策略的精进 PWM是实现对电机精确控制的核心手段。本章将超越基础的六步方波控制，深入研究高级调制技术。 空间矢量调制（SVM）： 详尽解析如何利用复平面矢量合成技术，最大化电压利用率并最小化输出电流谐波。 电流谐波与共模噪声： 分析不同PWM策略对电机绕组电流波形的影响，并探讨如何通过优化开关模式来抑制共模电压尖峰，减少对轴承和电缆的损害。 无源/有源滤波器在谐波抑制中的作用： 介绍如何设计附加电路来吸收高频开关噪声，确保系统符合严格的EMC标准。 第三部分：先进控制算法与系统集成 现代电机驱动系统的核心竞争力在于其控制算法。本部分将集中于高精度、高动态性能的反馈控制技术。 第五章：电机状态观测与精确控制 要实现精确的力矩和速度控制，必须实时、准确地获取电机的内部状态（如转子位置、电流、磁链）。 经典控制：FOC与Clark/Park变换： 详细讲解磁场定向控制（FOC）的数学基础，包括坐标变换在解耦控制中的关键作用。 高性能电流环设计： 探讨PI调节器在电流环中的应用，以及如何通过调整比例增益和积分时间常数来平衡带宽和系统的稳定性。 无传感器控制的突破： 深入研究基于高频注入法、滑模观测器（SMO）和扩展卡尔曼滤波器（EKF）的无位置传感器技术，特别是在低速和零速条件下的鲁棒性实现。 第六章：速度与位置控制的动态优化 速度和位置控制是实现复杂运动轨迹规划的基础。 先进的速度控制结构： 分析串联级联控制结构（内电流环、外速度环）的设计原则，并引入预测控制（MPC）在速度环中的应用潜力，以提高超调抑制能力。 运动控制中的摩擦力矩补偿： 详细分析库仑摩擦、静摩擦和粘滞摩擦模型，并探讨如何利用在线辨识技术实时补偿这些非线性负载，以提高跟踪精度。 系统集成与调试： 介绍如何将硬件驱动、控制器算法与上位机（如PLC或运动控制器）进行通信集成，并讨论系统调试中的鲁棒性测试与故障诊断流程。 第四部分：特定应用中的驱动系统 本部分将探讨电力驱动技术在几个关键工业和交通领域中的专业化应用与挑战。 第七章：工业机器人与高精度伺服系统 多轴协调控制： 分析机器人关节驱动中的刚性耦合与柔性耦合问题，以及如何通过运动学和动力学解耦实现精确同步。 高频动态响应： 讨论伺服系统对快速加减速的响应要求，以及如何利用高带宽电流环和低惯量电机来满足这些需求。 第八章：电动交通工具的电力驱动挑战 牵引系统中的热负荷管理： 探讨在重载爬坡和频繁启停工况下，如何平衡电机与功率器件的热安全边界。 能量回收与制动策略： 详细分析再生制动原理，以及如何安全有效地将能量反馈给电网或电池储能单元，同时避免系统过压。 本卷旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的电力驱动技术参考，涵盖从基础物理到尖端控制算法的整个技术栈，为设计、优化和实施下一代高效率、高动态性能的电力驱动系统提供坚实的知识框架。

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