電機(jī)及其傳動(dòng)系統(tǒng)——原理、控制、建模和仿真

譯者序

前言

致謝

作者簡(jiǎn)介

第1章電機(jī)的物理基礎(chǔ)1

1.1引言1

1.2感應(yīng)和相互作用定律：定性討論1

1.3感應(yīng)和相互作用定律：深入討論3

1.3.1線圈中的感應(yīng)電壓3

1.3.2感應(yīng)電流和相互作用定律5

1.3.3一個(gè)簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)：運(yùn)動(dòng)中的相互作用定律5

1.3.4感應(yīng)定律和相互作用定律的共同作用7

1.4電機(jī)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換8

1.4.1利用相互作用定律計(jì)算轉(zhuǎn)矩8

1.4.2基于能量守恒原理的能量轉(zhuǎn)換分析10

1.4.3線性系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換13

1.5磁路的非線性現(xiàn)象15

1.5.1線性鐵心的解16

1.5.2非線性鐵心的解16

1.5.3考慮磁滯因素18

1.6結(jié)束語(yǔ)19

習(xí)題20

參考文獻(xiàn)21

第2章交流電機(jī)原理22

2.1引言22

2.2交流電機(jī)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(jī)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(shù)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(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)32

2.5繞組布置實(shí)例33

2.6繞組的電感34

2.6.1簡(jiǎn)單圓形轉(zhuǎn)子電機(jī)的自感和互感34

2.6.2凸極轉(zhuǎn)子電機(jī)的自感和互感36

2.6.3分布式繞組的電機(jī)互感38

2.6.4交流電機(jī)的分析方法40

習(xí)題41

第3章直流電機(jī)原理43

3.1引言43

3.2簡(jiǎn)單的直流電機(jī)43

3.2.1直流電機(jī)的感應(yīng)電壓及其整流43

3.2.2換向過(guò)程及要求46

3.3直流電機(jī)中主磁場(chǎng)和電樞的相互作用47

3.4他勵(lì)直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)模型48

3.5穩(wěn)態(tài)性質(zhì)及其傳動(dòng)系統(tǒng)的原理53

3.5.1穩(wěn)態(tài)運(yùn)行53

3.5.2傳動(dòng)系統(tǒng)53

3.6直流電機(jī)的閉環(huán)速度控制55

3.6.1基本調(diào)壓速度控制環(huán)55

3.6.2帶有電流內(nèi)環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)57

3.7調(diào)速系統(tǒng)的變流器電路59

3.8結(jié)束語(yǔ)59

習(xí)題60

參考文獻(xiàn)60

第4章感應(yīng)電機(jī)模型61

4.1引言61

4.2在abc坐標(biāo)系上的電機(jī)方程61

4.3電機(jī)方程的坐標(biāo)變換64

4.3.1坐標(biāo)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(jī)轉(zhuǎn)矩方程的變換67

4.4穩(wěn)態(tài)模型的推導(dǎo)68

4.5等效電路參數(shù)的確定及處理70

4.6結(jié)束語(yǔ)75

習(xí)題75

參考文獻(xiàn)77

第5章感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)控制方法78

5.1引言78

5.2穩(wěn)態(tài)模型分析78

5.3控制方法簡(jiǎn)介83

5.4定子電壓控制83

5.5定子頻率控制84

5.6恒V/f控制85

5.7定子電流控制89

5.8結(jié)束語(yǔ)93

習(xí)題93

參考文獻(xiàn)94

第6章感應(yīng)電機(jī)的高性能控制方法95

6.1引言95

6.2磁場(chǎng)定向（矢量）控制95

6.2.1其他實(shí)現(xiàn)方法100

6.2.2其他類型的磁場(chǎng)定向控制101

6.3直接轉(zhuǎn)矩控制101

6.3.1直接轉(zhuǎn)矩控制的原理101

6.3.2定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩估計(jì)器103

6.4結(jié)束語(yǔ)105

習(xí)題105

參考文獻(xiàn)106

第7章同步電機(jī)的高性能控制方法107

7.1引言107

7.2三相永磁同步電機(jī)模型107

7.2.1在ABC三相坐標(biāo)系中的電機(jī)模型108

7.2.2轉(zhuǎn)矩方程推導(dǎo)109

7.2.3轉(zhuǎn)子參考坐標(biāo)系中的電機(jī)方程111

7.2.4穩(wěn)態(tài)模型112

7.3PMSM的轉(zhuǎn)矩控制113

7.3.1轉(zhuǎn)矩和速度控制原理113

7.3.2實(shí)際問(wèn)題114

7.4結(jié)束語(yǔ)115

習(xí)題116

參考文獻(xiàn)117

第8章電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)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(shí)際問(wèn)題131

8.4.1轉(zhuǎn)矩波動(dòng)131

8.4.2開(kāi)關(guān)損耗131

8.4.3噪聲和電磁輻射132

8.5結(jié)束語(yǔ)132

習(xí)題133

參考文獻(xiàn)134

第9章基于仿真技術(shù)的電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)135

9.1引言135

9.2基于仿真技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法136

9.2.1目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)137

9.2.2非線性優(yōu)化算法的必要條件137

9.3電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例138

9.3.1間接矢量控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)138

9.3.2多目標(biāo)優(yōu)化143

9.3.3多最優(yōu)解145

9.4結(jié)束語(yǔ)149

參考文獻(xiàn)150

附錄A：動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的數(shù)字仿真151

A.1引言151

A.2動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表示法151

A.3Euler數(shù)字積分法152

A.4結(jié)束語(yǔ)153

習(xí)題153

參考文獻(xiàn)154

附錄B：功率半導(dǎo)體器件155

B.1引言155

B.2不控型開(kāi)關(guān)器件155

B.3半控型開(kāi)關(guān)器件156

B.4全控型開(kāi)關(guān)器件157

B.5結(jié)束語(yǔ)157

參考文獻(xiàn)158

附錄C：三角恒等式159

C.1基本運(yùn)算159

C.2和差與乘積159

C.3組合公式1602100433B

本書(shū)第1章和第2章講述了電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和基本電磁學(xué)定律，第3章講述了直流電機(jī)的基本工作原理和調(diào)速方法，第4～7章講述了交流電機(jī)的基本工作原理和調(diào)速方法，第8章簡(jiǎn)要地介紹了本書(shū)涉及的電力電子技術(shù)，第9章介紹了一種新穎的基于仿真技術(shù)的電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

為了適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字化控制系統(tǒng)的發(fā)展，《電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真》在連續(xù)系統(tǒng)的建模仿真外，還介紹了采樣離散系統(tǒng)的建模和仿真方法?！峨娏﹄娮印㈦姍C(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真》附有仿真模型光盤(pán)，最大限度地為讀者學(xué)習(xí)提供了方便。

《電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真》可用于高等學(xué)校電類專業(yè)的選修課教材，也可供研究生和技術(shù)研究人員參考和使用。

《新能源發(fā)電過(guò)程的動(dòng)態(tài)建模、仿真和控制》討論了對(duì)一系列能源系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模、仿真和控制的核心問(wèn)題，包括燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力機(jī)、燃料電池和電池等。這些建模和控制原理也同樣適用于其他非常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)，如太陽(yáng)能和波浪能發(fā)電。本書(shū)的主要特點(diǎn)在于，涉及了熱力學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電化學(xué)、電網(wǎng)和電機(jī)等主題，并著重討論了它們?cè)诎l(fā)電、控制和調(diào)節(jié)等領(lǐng)域的應(yīng)用。本書(shū)將幫助讀者理解能源系統(tǒng)的建模方法以應(yīng)用于控制器的設(shè)計(jì)，并掌握控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的基本設(shè)計(jì)過(guò)程。它也將對(duì)能源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供有益的指導(dǎo)。通過(guò)對(duì)可觀測(cè)系統(tǒng)變量的量測(cè)來(lái)估計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部變量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。對(duì)于混合發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者們而言，本書(shū)也將提供有效的幫助。本書(shū)介紹了混合發(fā)電系統(tǒng)中涉及的先進(jìn)技術(shù)，例如浮動(dòng)或近海風(fēng)力機(jī)以及燃料電池等。本書(shū)通過(guò)真實(shí)案例分析介紹了基于非線性動(dòng)態(tài)模型的各種發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際控制規(guī)則，在這些控制規(guī)則中并不需要對(duì)非線性動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行線性化。同時(shí)，本書(shū)還向讀者介紹了基于非線性模型的估計(jì)方法及其在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

《物流系統(tǒng)建模與仿真》一書(shū)的主要目的是介紹如何使用Arena仿真軟件來(lái)研究物流系統(tǒng)問(wèn)題。本書(shū)首先介紹了仿真的概念及仿真技術(shù)的發(fā)展過(guò)程；接著論述了隨機(jī)離散系統(tǒng)仿真及其相關(guān)概念；隨后解釋了如何使用Arena軟件對(duì)庫(kù)存系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真；還介紹了如何將VBA技術(shù)和Arena集成，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的模型邏輯；最后論述了如何使用OptQuest等工具進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化以及如何創(chuàng)建Arena仿真模型動(dòng)畫(huà)等內(nèi)容。 本書(shū)可作為物流管理或相關(guān)專業(yè)本科生及研究生教材，也可供Arena仿真建模研究者閱讀參考。