永磁同步电动机变频调速系统及其控制
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作者袁登科 等 编著
出版社机械工业出版社
ISBN9787111502289
出版时间2015-06
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开本其他
定价79元
货号1201111981
上书时间2024-05-28
商品详情
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目录
前言
1绪论
1.1电机类型
1.2电机应用概述
1.3电机控制策略
1.4电机调速系统的构成及其研究方法
2PMSM结构与基本工作原理
2.1PMSM结构
2.1.1定子
2.1.2转子
2.2旋转变压器
2.2.1工作原理
2.2.2解码电路
2.3PMSM加工流程
2.4PMSM工作原理
2.4.1定子绕组与永磁转子的作用力
2.4.2定子绕组与凸极转子的作用力
2.4.3电机的控制模式
3PMSM动态数学模型
3.1PMSM的物理模型
3.2三相静止坐标系的PMSM数学模型
3.2.1定子电压方程
3.2.2定子磁链方程
3.2.3电机转矩方程
3.2.4运动方程
3.2.5基于MATLAB的转矩公式分析
3.3坐标变换
3.4dq转子坐标系的PMSM动态数学模型
3.4.1dq坐标系PMSM动态数学模型推导
3.4.2基于MATLAB的PMSM数学模型化简
3.4.3PMSM等效电路图
3.5电机矢量图
4PMSM的MATLAB仿真建模
4.1MATLAB/SIMULINK简介
4.2基于分立模块的PMSM仿真建模
4.3基于S-FUNCTION的PMSM仿真建模
4.4基于SimPower Systems的PMSM仿真建模
4.5仿真对比分析
4.5.1正弦电压供电PMSM直接起动的仿真对比
4.5.2不同模型仿真效率比较
4.5.3不同变换矩阵系数的影响
5PMSM的JMAG有限元分析模型
5.1JMAG的功能与特点
5.2有限元分析的主要步骤与分析功能简介
6PMSM稳态工作特性
6.1电流极限圆
6.2电压特性
6.2.1电压极限椭圆
6.2.2电压控制下的电机电流
6.3转矩特性
6.3.1转矩与电流幅值及相角的关系
6.3.2转矩与ID和IQ的关系
6.3.3恒转矩曲线
6.3.4优选转矩/电流曲线
6.3.5电压下的电机转矩
6.4机械特性
6.5功率因数
6.6参数变化对电机的影响
7理想正弦交流电压源供电PMSM工作特性
7.1恒定电压恒定频率正弦交流电压源供电PMSM工作特性
7.1.1稳态工作特性分析
7.1.2起动过程分析
7.1.3运行稳定性分析
7.2额定频率以下变频正弦交流电源供电PMSM工作特性
7.2.1恒定频率下的PMSM工作特性
7.2.2不同频率下的PMSM工作特性
7.3额定频率以上变频正弦交流电源供电PMSM工作特性
8三相电压型逆变器构成与工作原理
8.1三相电压型逆变器构成
8.1.1功率二极管
8.1.2绝缘栅双极型晶体管
8.1.3金属氧化物半导体场效应晶体管
8.1.4功率母排
8.1.5吸收电路
8.1.6电容器
8.1.7电压电流检测电路
8.1.8典型驱动模块
8.2三相电压型逆变器工作模式
8.2.1能量传递的三种方式
8.2.2三相电压型逆变器的两种导通模式
8.2.3输出相电压特点
8.3三相电压型逆变器MATLAB仿真建模
8.3.1基于SIMULINK分立模块的逆变器建模
8.3.2基于SimPower Systems库的逆变器模型
8.3.3基于Simscape库的逆变器物理建模
9电压型逆变器控制技术
9.1方波运行模式及仿真建模
9.1.1方波运行模式
9.1.2方波运行模式的电压型逆变器仿真建模
9.2SPWM技术及仿真建模
9.2.1SPWM技术原理
9.2.2载波比与调制比
9.2.3输出电压基波幅值特点
9.2.4仿真建模
9.3SVPWM技术及仿真建模
9.3.1两电平电压型逆变器电压空间矢量
9.3.2SVPWM线性组合算法
9.3.3SVPWM几何特征
9.3.4SVPWM技术特点
9.3.5SVPWM算法的仿真建模
9.4CHBPWM技术及仿真建模
9.4.1CHBPWM技术原理
9.4.2CHBPWM技术特点
9.4.3CHBPWM仿真建模
10电压型逆变器供电变压变频调速系统特殊问题
10.1主电路结构
10.2整流电路
10.2.1PWM整流器结构
10.2.2电压型PWM整流器工作原理
10.2.3电压型PWM整流器工作方式
10.3VSI输入侧滤波器
10.4VSI输入侧电流谐波
10.4.1VSI直流输入侧电流谐波来源
10.4.2LC滤波器对输入侧谐波电流的抑制作用
10.4.3方波工况下输入侧电流的仿真分析
10.5VSI输出滤波
10.6EMI滤波器
10.6.1EMC与EMI简介
10.6.2VSI逆变器中的EMI
10.7VSI的输出
10.8VSI的工作效率
11电机控制用数字微控制器
11.1概述
11.2TMS320F24X
11.2.1TMS320F24X性能特点
11.2.2SVPWM算法实现
11.3TMS320F2812
11.3.1性能特点
11.3.2基于SIMULINK的DSP中SVPWM程序开发
11.4其他几种典型的DSP芯片
12PMSM的矢量控制变频调速系统
12.1PMSM转子磁场定向矢量控制技术概念
12.2典型的转子磁场定向FOC控制PMSM变频调速系统
12.2.1dq坐标系电流闭环PI调节FOC控制系统
12.2.2三相静止坐标系定子电流滞环控制FOC控制系统
12.2.3转矩控制的FOC控制系统
12.2.4电压解耦型FOC控制系统
12.2.5含逆变器直流电压闭环的FOC控制系统
12.3PMSM矢量控制变频调速系统建模与仿真分析
12.3.1FOC控制变频调速系统仿真建模
12.3.2FOC控制变频调速系统仿真结果与分析
13PMSM的直接转矩控制变频调速系统
13.1直接转矩控制技术原理
13.1.1定子磁链控制原理
13.1.2电机转矩控制原理
13.1.3PMSM转矩增量分析
13.1.4两种磁链轨迹控制方案
13.1.5定子磁链观测器
13.2传统直接转矩控制中PMSM转矩脉动分析
13.3PMSM直接转矩控制变频调速系统性能改善方案
13.3.1基于扩充电压矢量表的改进方案
13.3.2基于调节电压空间矢量占空比的改进方案
13.4PMSM直接转矩控制变频调速系统仿真建模与分析
13.5DTC与FOC的对比
14PMSM变频调速系统应用实例
14.1PMSM在国内电动汽车中的应用
14.1.1国内的燃料电池电动汽车
14.1.2PMSM电机及控制器性能指标
14.1.3电动汽车控制系统实例分析
14.2PMSM变频调速系统在城市轨道交通中的应用
14.2.1列车概况
14.2.2牵引电气系统
15PMSM无位置传感器控制技术
15.1电机模型直接计算法
15.2模型参考自适应法
15.3扩展卡尔曼滤波器
15.4无位置传感器控制芯片IRMCK20X
16智能控制技术在PMSM变频调速系统中的应用
16.1模糊控制技术及其应用
16.2神经网络控制技术及其应用
16.3专家系统控制技术及其应用
附录A：两相静止坐标系中PMSM数学模型
附录B：SIMULINK分立模块搭建出PMSM仿真模型
附录C：S-Function实现PMSM仿真建模的程序
附录D：采用类似SPWM方式实现SVPWM的仿真模型
附录E：命令文件
附录F：中断向量文件
附录G：硬件法实现SVPWM算法的程序代码
附录H：基于MATLAB/SIMULINK的DSP程序开发
附录I：SIMULINK模块使用注意事项与常见问题调试
附录J：国内外相关标准的标准号及名称
参考文献
内容摘要
《永磁同步电机变频调速系统及其控制》内容共分为基础篇、控制篇、应用篇和进阶篇四篇，从数学模型、仿真建模和应用实例三个层面，从简单实用的角度，较为全面地介绍了永磁同步电动机变频调速系统的主要构成部分的工作原理与控制技术。
《永磁同步电机变频调速系统及其控制》讲述的具体内容包括：永磁同步电机的结构与基本工作原理、数学模型、仿真模型以及有限元建模分析；电压型逆变器的工作原理、仿真建模与PWM控制技术；永磁同步电机工作特性及其在正弦交流电压源、电压型逆变器供电下的工作特性；用于电机控制的常见数字微控制器及PWM算法实例；永磁同步电动机的磁场定向矢量控制技术和直接转矩控制技术；永磁同步电动机变频调速系统实例；无位置传感器以及智能控制技术在永磁同步电动机调速系统中的应用；附录提供了部分MATLAB仿真模型、部分源代码、与电机调速系统相关的一些标准目录。
《永磁同步电机变频调速系统及其控制》适于高等院校电气工程及其自动化专业高年级本科生、电力电子与电力传动方向研究生作为教材，也可供从事电动汽车等交流电机调速的科技人员阅读。
精彩内容
前言电机调速系统的作用是通过各类电动机将电能转换成机械能，为机械负载提供原动力。电机调速系统应用非常广泛，无论在电动汽车、城市地铁、干线铁路等交通工具中，还是在冶金、纺织等工业生产线上，甚至在空调、冰箱等家用电器里，电机调速系统都发挥着不可替代的作用。
交流电机调速系统采用交流电动机提供负载所需原动力，它是电机学、交流电机调速理论、自动控制理论、电力电子技术、微电子技术等学科的有机结合与交叉应用。自20世纪70年代以来，随着上述学科日渐成熟，加之交流电机在体积、重量、维修、可靠性、效率等方面优于直流电机，目前电机调速系统已经从直流电机调速系统转为交流电机调速系统，并处于从传统电机向新型电机过渡阶段。
近些年来，随着永磁材料性能的不断提升和成本的降低，采用永磁材料的各类电机(特别是永磁同步电动机)已经在广受瞩目的电动汽车中得到了较多的应用，并且在新能源风能开发与利用、铁道与城市轨道交通等领域崭露头角。由于在体积、重量、效率等方面有较大优势，永磁同步电动机的应用将会更加普及。
为顺应永磁同步电动机应用发展趋势以及便于读者理解，本书围绕永磁同步电动机变频调速系统及其控制技术，从数学模型、仿真分析和应用实例三个层面，力争做到将理论分析与简单实用、仿真运用、调速应用相结合，从构成调速系统的各基本单元入手编写了四篇内容。
第1章绪论，简要介绍了电机的分类、应用场合与研究方法。
第2～5章是基础篇。其中第2章介绍了永磁同步电动机的结构及其基本工作原理；第3章推导了永磁同步电动机的动态数学模型并对其进行简化；第4章以MATLAB/SIMULINK为仿真平台介绍了永磁同步电动机的仿真建模；第5章介绍了JMAG有限元分析软件在永磁同步电动机电磁分析与仿真建模中的应用。
第6～11章是控制篇。第6章分析了永磁同步电动机的基本工作特性；第7章分析了在理想正弦交流电压源供电情况下永磁同步电动机的工作特性；第8章分析了两电平电压型逆变器的结构与工作原理；第9章讲解了电压型逆变器的PWM控制技术；第10章分析了在电压型逆变器供电情况下，永磁同步电动机调速系统的一些特殊问题；第11章介绍了目前用于调速系统电机控制的数字微控制器。
第12～14章是应用篇。第12章阐述了永磁同步电动机的矢量控制变频调速系统；第13章分析了永磁同步电动机的直接转矩控制变频调速系统；第14章举例介绍了永磁同步电动机调速系统在电动汽车与城市轨道交通轻轨列车中的应用。
第15～16章是进阶篇。第15章介绍了几种典型的永磁同步电动机无位置传感器控制技术；第16章介绍了几种常见智能控制技术在永磁同步电动机变频调速系统中的应用。
书后的附录提供了SIMULINK仿真模型、TMS320LF2407 DSP中SVPWM算例汇编程序、基于MATLAB/SIMULINK模型文件的DSP程序开发实例、与电机及电机调速系统相关的各类标准目录等内容，供读者参考。
结合目前社会对人才多方面素质需求的现状，编者特地找到一些充满正能量的文字附在每章小结处，与读者共享。
本书由袁登科、徐延东、李秀涛编著，陶生桂教授进行审定。徐延东编写了第14章，李秀涛编写了第11章，袁登科编写了其余各章节并负责全书的统稿。
感谢上海电驱动有限公司高级工程师张舟云、艾迪捷信息科技(上海)有限公司高级工程师姚海兰、罗姆半导体(上海)有限公司周劲先生、三菱电机机电(上海)有限公司龚熙国先生等，他们为本书内容的编写提出了宝贵的意见。
在本书的编写工作中，得到了同济大学电信学院的陈最、寿利宾、胡展敏、武凯迪、高喆、康婷、薛梦觉、宋力、魏天力、杨守建等同学的热心帮助，在此表示衷心感谢。
众多读者就《交流永磁电机变频调速系统》一书的内容与作者进行过交流，提出了许多宝贵意见，在此也一并表示衷心的感谢！
非常感谢机械工业出版社的林春泉编审及其同事们，他们为本书的出版提供了大力支持与帮助。
作者对家人及同事所给予的支持与关怀表示深深的感谢。
本书适合高等院校电气工程及其自动化专业高年级本科生、电力电子与电力传动方向研究生以及从事交流电机调速领域的科技人员参考使用。
由于学识、经验和水平有限，书中难免出现不当之处，敬请广大读者批评指正，并给予谅解。电子邮箱：YWZDK@163COM。
作者
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