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内容大纲
本书系统地介绍了车用交流驱动电机的工作原理和控制理论基础,本书的主体内容编撰自车用电驱动技术、电机学、交流电机控制等,内容组织上共分为3部分:驱动电机的电磁学基础、交流电机的基本工作原理、车用交流电机矢量控制理论基础和系统集成。
本书在内容编排上充分考虑与非自动化类专业的课程体系衔接,力求体系完整;数学分析方法和物理表征尽可能前后一致,主要采用了空间矢量和能量法表述电机的机电能量转换过程。此外,针对运动参考系引入后电压方程的建立,本书还引入了“牵连运动电动势”,并在此基础上引入四线圈原型电机模型,以此统一描述交流电机的机电能量变换过程。
本书可以用作非自动化专业的本科生或研究生教材,也可供相关技术领域从事交流电机及其控制相关工作的工程师参考。 -
作者介绍
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目录
第1章 绪论
1.1 电机的发展简史
1.2 车用驱动电机的特点和常用类型
1.2.1 车用驱动电机的基本构成和主要技术特点
1.2.2 车用驱动电机的主要类型
1.3 车用驱动电机的典型应用
1.3.1 ISG与P2电机
1.3.2 电机与变速器的集成
1.3.3 三合一电驱动总成
1.3.4 轮毂电机
小结
第2章 磁场与磁路
2.1 磁场的产生和度量
2.1.1 磁场及其度量
2.1.2 电流的磁效应
2.1.3 (电)磁力
2.2 电磁感应
2.2.1 法拉第电磁感应定律/楞次定律
2.2.2 动生电动势
2.2.3 感生电动势
2.3 磁介质
2.3.1 磁介质和磁化强度
2.3.2 磁介质中的安培环路定理
2.3.3 铁磁材料、硬(永)磁材料
2.3.4 磁场的储能
2.4 磁路及其基本定律
2.4.1 磁路的基本定律
2.4.2 磁路的并联和串联
2.5 典型直流磁路
2.5.1 双线圈励磁、磁链
2.5.2 永磁磁路的计算特点
小结
习题
第3章 机电能量转换与电磁转矩的生成
3.1 具有机械端口的电磁系统/直线电机模型
3.2 电磁系统的储能——磁能与磁共能
3.2.1 电机内部的能量转换过程概述
3.2.2 磁路的磁能与磁共能
3.3 电磁转矩的生成和统一表达式
3.3.1 电磁转矩的生成
3.3.2 机电能量转换过程
3.3.3 磁阻转矩
3.4 空间矢量的定义
3.4.1 单轴线圈的励磁磁动势
3.4.2 正交双轴线圈的合成磁动势波
3.4.3 空间矢量及其复数表征
3.5 转矩的空间矢量表示
3.6 电机的电磁负荷
小结
习题
第4章 牵连运动电动势与原型电机模型
4.1 运动参考系及其牵连运动电动势
4.1.1 运动参考系及矢量变换
4.1.2 牵连运动诱导的动生电动势
4.2 四线圈原型电机模型
4.2.1 拓展四线圈原型电机模型
4.2.2 磁链矢量表达式、同步电感
4.2.3 转子固结DQ坐标系下的电压方程
4.2.4 任意旋转MT坐标系下的电压方程
4.2.5 转矩方程
4.3 四线圈原型电机的输入、输出特性
4.3.1 输入端口电流、电压约束
4.3.2 不同磁场定向方式下的MTPA运行
4.3.3 功率特性
4.4 基于原型电机分析直流电机和变压器
4.4.1 直流电机
4.4.2 两相正交变压器
小结
习题
第5章 三相交流绕组及其磁场
5.1 三相交流电路基础
5.2 典型交流绕组结构
5.2.1 交流绕组的分类和主要设计参数
5.2.2 典型三相分布绕组
5.3 余弦电流激励单相绕组的磁动势
5.3.1 单相绕组的磁动势
5.3.2 余弦电流激励下单相绕组的(脉振)磁动势
5.4 对称三相电流激励三相绕组的磁动势
5.4.1 三相绕组的基波合成磁动势
5.4.2 平面旋转磁动势的空间矢量表达
5.5 定子电压、电流及磁链矢量
5.5.1 定子电流矢量和电压矢量
5.5.2 定子磁链矢量
5.6 空间矢量在对称三相与正交两相之间的变换
5.6.1 矢量变换与坐标变换
5.6.2 等幅值线性变换前后的磁共能计算
5.6.3 等幅值线性变换前后的功率换算
5.6.4 三相电感矩阵及其坐标变换
小结
习题
第6章 永磁同步电机的空间矢量分析
6.1 永磁同步电机转子结构及物理模型
6.1.1 面装式永磁同步电机物理模型
6.1.2 内置式永磁同步电机物理模型
6.1.3 PMSM物理模型的原型电机等效
6.2 定子磁链和电压方程
6.2.1 定子磁链矢量
6.2.2 定子电压方程
6.2.3 电压矢量方程在同步坐标系下的分解
6.3 永磁同步电机转矩方程
6.3.1 转矩方程
6.3.2 恒转矩曲线和MTPA曲线
6.4 永磁同步电机的磁场定向控制原理
6.4.1 电压极限椭圆、转折速度
6.4.2 弱磁控制
6.4.3 永磁同步电机制动的基本原理
小结
习题
第7章 感应电机的空间矢量分析和磁场定向控制
7.1 感应电机的转子结构和工作原理
7.1.1 三相感应电机的转子结构
7.1.2 三相感应电机的工作原理
7.1.3 定子坐标系、转子坐标系和磁场同步坐标系
7.2 感应电机的矢量方程
7.2.1 感应电机定、转子的电感与磁链
7.2.2 静止坐标系下的空间矢量方程
7.2.3 转子固结abc坐标系矢量方程
7.2.4 任意磁场同步旋转MT坐标系矢量方程
7.3 转子磁场的建立过程及其定向
7.3.1 动生电动势诱导的转子t轴电流
7.3.2 感生电动势诱导的转子m轴电流
7.3.3 转子磁场定向坐标系的定义和特征
7.3.4 定、转子磁链方程
7.3.5 定、转子电压方程
7.3.6 定、转子电流方程
7.3.7 转矩方程
7.4 基于电流相平面的矢量控制原理
7.4.1 电流相平面的控制约束条件
7.4.2 电流相平面下的弱磁控制过程
7.5 基于电压相平面的矢量控制原理
7.5.1 电压相平面的控制约束条件
7.5.2 电压相平面下的弱磁控制过程
小结
习题
第8章 车用电机控制方法及其实现
8.1 磁场定向控制(FOC)原理
8.2 脉宽调制逆变器和空间矢量调制原理
8.2.1 定子电压基矢量
8.2.2 伏秒等效原理和SVPWM
8.3 直接转矩控制(DTC)原理
8.3.1 DTC控制的基本原理
8.3.2 DTC定子磁链扇区判断及电压矢量选择
8.4 功率半导体器件
8.4.1 功率半导体器件概述
8.4.2 (车用)绝缘栅双极晶体管(IGBT)
8.4.3 第三代宽禁带半导体技术概述
8.5 电机控制器集成技术
8.5.1 控制器的基本硬件构成和关键器件选型
8.5.2 控制器的软件架构
8.6 交流电机的转子磁场位置测量与估计
8.6.1 典型电机位置和转速测量传感器
8.6.2 PMSM位置传感器初始角的标定原理
8.6.3 PMSM的无位置传感器估计原理
8.6.4 感应电机的转子磁链估计
小结
习题
第9章 车用电驱动系统的集成
9.1 车用电驱动系统的负载平衡
9.1.1 车用电驱动力与行驶阻力的平衡
9.1.2 车用电驱动系统的外特性
9.1.3 车用电驱动系统的功率和效率特性
9.2 车载电源对电驱动系统的影响
小结
习题
附录
附录A 机电能量转换的一般原理
A.1 机电系统拉格朗日麦克斯韦方程
A.2 电磁铁的电磁力
附录B 四线圈原型电机的电感与磁链矢量表示
B.1 复数电感
B.2 四线圈原型电机的电感矩阵及其变换
附录C 三相永磁同步电机和感应电机的电感矩阵与磁链
C.1 永磁同步电机的电感矩阵与磁链
C.2 感应电机定、转子的电感与磁链
C.3 定、转子任意相数情况下的多相绕组等效实现
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