《電機及其傳動系統 原理、控制、建模和仿真》第1章和第2章講述了電機的基本結構和基本電磁學定律,第3章講述了直流電機的基本工作原理和調速方法,第4~7章講述了交流電機的基本工作原理和調速方法,第8章簡要地介紹了本書涉及的電力電子技術,第9章介紹了一種新穎的基于仿真技術的電機傳動系統設計方法。
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。對于我們的生活,電能已經不可或缺,而電能就是利用電機產生的,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么樣子;也很難評估,電機給我們的生活帶來了多么大的便利。
很長一段時間內,關于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。而關于數字和計算機系統方面的研究成為了許多大學的主要研究內容。
在最近一段時間,電機技術被應用到了許多新生的和飛速發展的大功率場合,例如,可再生能源發電項目、電動汽車和混合動力汽車等。在電力電子領域和控制系統領域出現了很多的新技術,也給電機的發展注入了新的活力。本書的目的在于通過對電機的物理原理和傳動系統的運行原理的學習,激發出學生對電機及傳動系統的興趣。
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,介紹了電磁感應定律和相互作用定律,通過大量的例子闡明了這些原理在電機學中的重要作用。第3章講述了直流電機的相關內容。首先,講述直流電機的運行原理。然后,講述了一個簡單的動態模型,在此基礎上介紹了速度和轉矩的控制方法。第4~6章講述了感應電機的相關內容。在介紹了感應電機物理原理的同時,還講述了感應電機建模、基于穩態的傳動系統和高性能傳動系統等方面的內容。第7章介紹了永磁同步電機的建模和高性能控制等問題。第8章講述了在電機傳動系統中用到的電力電子技術。在研究現代電機及其傳動系統時,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章講述了基于仿真技術的電機傳動系統的優化設計方法。
附錄A對動力系統的數值仿真技術進行了介紹,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了介紹。
附錄C列出了三角函數的基本公式。
計算機工具和技術
在本書中,使用了許多計算機工具和技術,主要包括以下三種:
1.對于簡單的問題,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。
2.利用Mathcad進行繞組波形、電感波形的分析和相關計算。
3.基于PSCAD/EMTDC軟件,對電力電子電路驅動的電機系統進行瞬態仿真。PSCAD/EMTDC具有強大的建模和仿真能力,尤其適用于對大功率電力傳動系統進行仿真,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章內容進行取舍,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章的內容進行取舍。
需要特別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,提供了大量的學習材料,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了一些額外知識。