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| 內容簡介： |
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本书的主要内容有：①机电能量转换以及磁路的基本原理及数学模型；②典型负载特性和机电系统稳定条件；③典型直流电机和三相交流电机基本原理及数学模型；④直流电动机、三相异步电动机和三相同步电动机的典型调速系统原理和设计；⑤与调速系统相关的典型实验方法和典型保护方法介绍。在内容的编排上力图体现内容的系统性、理论性、工程性和易读性。对于书中的难点或重点内容，本书配置了二维码。其所含的彩图以及视频讲解可方便读者理解这些内容。本书是在普通高等教育“十一五”规划教材《电机与运动控制系统》第2版基础上修订完成的，可作为自动化专业和电气自动化专业的本科生教材，或相关领域技术人员的参考书。
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前言第1章绪论11.1教材背景11.2教材的内容体系和教学建议3参考文献6第2章机电能量转换基础72.1电机中的能量转换与磁路72.1.1电机中能量转换的两个实例72.1.2能量转换装置中的磁场与磁路82.2磁场的建立92.2.1安培环路定律及其简化形式92.2.2磁路欧姆定律102.2.3铁心的作用和铁心磁路的磁化特性122.3电磁感应定律与两种电动势172.3.1电磁感应定律172.3.2变压器电动势与运动电动势182.4磁场能量与电感212.4.1磁场能量与磁共能212.4.2用电感表示磁场能量222.5机电能量转换与电磁转矩242.5.1典型的机电能量转换装置252.5.2电磁力和电磁转矩262.6稳态交流磁路和电力变压器模型292.6.1稳态交流磁路分析292.6.2电力变压器的建模32本章习题40参考文献43第3章直流电机原理和工作特性443.1直流电机原理443.1.1直流电机的用途、主要结构和额定值443.1.2感应电动势和电磁转矩453.1.3直流电机的磁路和电枢绕组473.1.4电枢电动势与电磁转矩的数学模型503.1.5*直流电机的其他知识523.2电动机与拖动负载543.2.1单轴电力拖动系统以及运动方程553.2.2常见负载的特性563.2.3电力拖动系统稳定的必要条件593.3他励直流电机的稳态方程和外特性613.3.1他励直流电机的稳态方程613.3.2他励直流电机的机械特性633.3.3他励直流电机的功率关系663.4他励直流电动机系统的运行693.4.1电动机系统的起动和调速703.4.2电动机系统的典型运行723.5*电动机机械特性与负载转矩特性的配合80本章习题82参考文献85第4章直流电动机调速系统864.1可控直流电源及其数学模型864.1.1直流调速系统常用的可控直流电源864.1.2可控直流电源的数学模型894.2对调速系统的要求和开环系统的问题914.2.1对调速系统的要求914.2.2开环调速系统的性能和存在的问题944.3转速负反馈单闭环直流调速系统954.3.1单闭环调速系统的组成及其静特性954.3.2单闭环调速系统动态特性的分析和校正994.3.3功率系统的保护要点和单闭环系统的过电流保护1054.4转速、电流双闭环调速系统1084.4.1双闭环调速系统的组成及其静特性1084.4.2双闭环系统起动和抗扰性能的定性分析1124.5双闭环系统动态参数工程设计方法1154.5.1基本思路1154.5.2典型系统及其参数与性能指标的关系1164.5.3典型化方法：模型简化和调节器设计1234.5.4工程设计方法在双闭环调速系统调节器设计中的应用1264.5.5*具有输出饱和环节的调节器设计1334.6抗负载扰动控制1364.6.1转速微分负反馈控制1364.6.2基于扰动计算器的负载转矩抑制138本章习题142参考文献145第5章三相交流电机原理1465.1交流电机的基本问题以及基本结构1465.1.1电机原理的基本问题以及本章展开方法1465.1.2交流电机的主要类型及基本结构1485.2交流电机的磁动势与感应电动势1545.2.1电枢电流建立的磁场和磁动势1555.2.2电枢绕组的感应电动势1665.2.3分布绕组的磁动势和电动势1745.2.4*三相交流电动机建模方法讨论1795.3异步电动机的稳态模型与机械特性1825.3.1异步电动机的单相稳态电路模型1835.3.2异步电动机的功率与转矩1955.3.3异步电动机的机械特性198本章习题203参考文献205第6章交流异步电动机恒压频比控制系统2066.1交流调速系统的特点和类型2066.1.1交流、直流调速系统的比较2066.1.2*交流调速系统的分类2076.2电压源型PWM变频电源及控制方法2116.2.1变频电源主电路的基本结构2116.2.2正弦波脉宽调制2136.2.3*空间电压矢量调制2156.3异步电动机V/F控制系统2246.3.1系统模型与控制思路2246.3.2额定频率以下的电压频率协调控制2266.3.3*额定频率以上的恒压变频控制2316.3.4系统构成与动、静态特性2326.4*变频电源供电的一些实际问题2366.4.1与变频电源相关的问题汇总2366.4.2谐波引发的电磁转矩波动237本章习题240参考文献242第7章具有转矩闭环的异步电动机调速系统2437.1坐标变换2437.1.1三相静止坐标系两相正交静止坐标系变换2437.1.2静止坐标系旋转坐标系变换2467.2异步电动机系统的动态数学模型2497.2.1基本动态模型及其性质2497.2.2两相正交静止坐标系上的数学模型2547.2.3两相正交旋转坐标系上的数学模型2607.3异步电动机系统的矢量控制2627.3.1基本原理2627.3.2间接型矢量控制系统2687.3.3*直接型矢量控制系统2727.4异步电动机系统的直接转矩控制2767.4.1基本原理2767.4.2一种基本的系统实现方法2797.4.3*双磁链轴模型和DTC稳定性分析284本章习题286参考文献288第8章同步电机的模型和调速系统2908.1同步电机的基本原理和结构2908.1.1同步电机的基本原理2908.1.2同步电机的典型结构2928.2同步电机的稳态模型和特性2948.2.1电磁子系统的稳态模型2958.2.2三种运行状态3038.2.3功率、转矩和功（矩）角特性3048.2.4同步电机系统稳定运行的必要条件3078.3同步电机的动态模型和典型调速系统3098.3.1励磁同步电机的动态模型3098.3.2一种基于定子磁链定向的励磁同步电机调速系统3128.3.3永磁电机的动态模型以及一种调速系统3158.4梯形波永磁同步电动机的变频调速系统318本章习题322参考文献324附录325附录A专业术语中英文对照325附录B本书所用符号一览329
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本书是在普通高等教育“十一五”规划教材《电机与运动控制系统》第2版基础上修订完成的，主要用于自动化、电气自动化等专业与电机原理、电力拖动、电力拖动控制系统相关的本科课程的教材，也可供研究生和相关工程技术人员参考。电机与电机控制系统是为典型的机电装备与系统。在数字化、全电化/多电化以及新能源普及的今天，与之相关的知识体系对电气自动化人才培养显得更为重要。本书面向人才培养的需求，力图融入“价值塑造、能力培养、知识传授” 三位一体的教育理念；力求传统知识体系和现代知识体系核心内容的明晰和相互融合，以及作为教材的易读易懂设计；体现“少学时、重机理、强系统、求创新”的教材特色。本书知识体系的主线是：①以典型电机为代表的机电能量变换装置原理及外特性；②典型电机控制的原理和系统。与这两条主线相关的内容安排详见第1章绪论。以下从三个方面说明对本书内容的设计。1内容的体系性和典型性全书按以下顺序介绍了三大内容：1）作为基础的第2章讨论了机电变换的基本原理。2）第3 ～ 4章讨论了直流电机原理、常见负载特性及系统稳定的必要条件，以及典型的直流电机控制系统。这些内容具有线性系统和标量控制的特征。3）第5 ～ 8章讨论了交流异步及同步电机的原理和建模、典型的交流电机控制系统。这些内容具有多变量和非线性的特征。上述内容安排有助于学习两类系统各自的物理机理和建模方法。2内容安排力图“强筋健骨、删繁就简” “强筋健骨”表现为：1）突出物理本质和系统概念。例如，将电机模型分为“电磁子系统”和“机电子系统”强调了单边/双边励磁原理在建模中的应用；强调系统分析中负载特性的重要性；强调稳定性分析及其条件等内容。2）明晰概念和理论。例如，在52节明确定义了时间相量概念，据此明晰了交流电机“时空图”的作用，也建立了电机稳态模型和动态模型的内在联系；在V/F系统建模中建立了“异步电机+负载”系统的动态模型；分析了间接矢量控制中“转差频率的算法问题”，使得理论更为清晰；引入DTC系统“双坐标模型”，从而使得系统分析等更为简洁清晰；明确了交流电机动态模型中频率的变量属性及其表示。3）加强理论联系实际。例如，第2章的物理知识与其他章的电机建模内容前后呼应；增加了“车体车轮的运动特性模型”“带饱和的数字式PI调节器”“系统的过电流保护和过载保护”“交流变频电源引发的系统问题”等内容。书中还设计了典型例题和典型系统仿真框图。“删繁就简”表现为：1）明显简化的内容有：大量减少电机绕组和电机各种运行工况的内容；电力电子变换器内容仅限于数学模型和控制方法；删除了基于晶闸管变换器驱动的系统内容；只讲述抗扰控制的基本内容；删除了有参考书可循的证明内容；没有展开数字控制技术的内容。2）注释了选学内容，其标题前标注“*”号。内容如交流电机绕组的详细知识、空间电压矢量调制方法、变频电源驱动电机系统的时间谐波和EMI问题等。3 难点及重点的展开和图片或短视频的设计以下是一些例子：1）难点和重点展开的设计。例如，对于“空间矢量”概念，分层次地在交流电机稳态模型（52节）、空间电压矢量调制（623节）、交流电机动态模型（72节和73节）中分别讨论；对于异步电机转子磁链定向控制的思想，则分别基于电机的稳态模型和动态模型进行了讨论；对于异步电机矢量控制的实现方法，先假定“转子磁链可测”以便分析原理，然后给出了两种工程实现方法。2）各章开始时对要点及其相互关系采用图文说明；对系统尽可能采用框图表示。3）多处设置二维码。读者扫描二维码可以获得相关的彩色插图和动画，或者讲解难点/要点的短视频。作者在教学实践中体会到，对于由两个课程组成的教学体系（如课程分别为“电机原理与拖动”（48学时）和“电力拖动控制系统”（48学时）），本书的内容和深度比较合适；对于由一个课程构成的教学体系（如64学时的“电机原理与电力拖动系统”），可在讲述第2～5章之后再选择讲述第6、7章或者第8章的内容。当然，也可以根据所服务的后续课程的需要裁剪内容。本书由清华大学杨耕教授、华北电力大学罗应立教授编著，由哈尔滨工业大学徐殿国教授主审。在本书编著过程中，得到了许多国内外同行和读者的指教和帮助。其中，国内的上海大学陈伯时教授、清华大学黄立培教授、天津大学马小亮教授、冶金自动化研究设计院李崇坚教授，清华大学王善铭研究员、孙旭东副教授和耿华副教授，合肥工业大学张兴教授，山东大学刘锦波教授和李柯副教授，北京理工大学冬雷教授，中国科学院电工研究所温旭辉教授及其团队，西安理工大学尹忠钢教授，北方工业大学陈亚爱教授和张永昌教授，北京工业大学许家群教授等给予了具体指导；日本的金东海教授、松濑贡规教授等多年来也给予了许多指导意见。作者借此机会向他们表示诚挚的感谢。由于作者水平有限，书中难免存有不妥甚至谬误之处，恳请读者予以批评指正。作者2021年3月
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