Analysis of Electric Machinery and Drive Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Krause, Paul C./ Wasynczuk, Oleg/ Sudhoff, Scott D.

出品人:

页数:632

译者:

出版时间:2002-3

价格:1505.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9780471143260

丛书系列:

图书标签:

• 电力机械
• 电机分析
• 驱动系统
• 电力电子
• 电气工程
• 控制系统
• 电力驱动
• 电机控制
• 电力系统
• 电气设备

电力电子学与现代电机驱动系统：从原理到实践的全面指南 本书聚焦于电力电子技术在现代电机驱动系统中的核心作用，旨在为工程师、研究人员以及高级学生提供一个深入且实用的知识框架。 本书全面覆盖了从基础电力电子器件到复杂电机控制策略的各个层面，强调理论分析与实际工程应用的紧密结合。 第一部分：电力电子基础与器件 本书首先系统地回顾了电力电子学的基本概念，为后续深入学习打下坚实的基础。我们详细阐述了功率半导体器件的物理特性、工作原理及其在开关操作中的关键考量。 开关器件的深入分析： 重点剖析了功率 MOSFET、IGBT、GTO 以及新型的 SiC（碳化硅）和 GaN（氮化镓）器件的性能指标，包括导通损耗、开关速度、热管理挑战及耐压能力。我们不仅描述了这些器件的静态特性，更着重分析了其在实际工作环境下的动态行为，例如结温变化对可靠性的影响。针对高频应用，我们探讨了栅极驱动电路的设计，确保器件能够快速、可靠地切换，最大限度地减少开关损耗。 拓扑结构的选择与分析： 传统和现代的电力电子变换器拓扑结构被置于核心地位。书中详细分析了单相和三相的 AC-DC 变换器（如：有源整流器、PWM 整流器），DC-DC 变换器（如：Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、SEPIC 及其隔离型拓扑），以及 DC-AC 逆变器（如：H桥、多电平逆变器，特别关注于中点钳位和飞跨 H 拓扑）。每种拓扑的分析都包含了开关频率下的纹波分析、效率评估以及对输入输出电流谐波特性的量化描述。对于高功率应用，我们引入了模块化多电平变换器（MMC）的概念，探讨其在柔性交流输电（FACTS）和高压直流输电（HVDC）中的潜力。 第二部分：电机理论与建模基础 要实现高效的电机驱动，精确的电机数学模型是不可或缺的。本部分致力于提供详尽的电机建模方法，涵盖主流的交流和直流电机类型。 三相交流电机建模： 深入解析了旋转电机（同步机和异步机）的 d-q 轴同步旋转坐标系变换。我们详细推导了电压方程、磁链方程和转矩方程，并讨论了如何根据实验数据或有限元分析（FEA）结果来辨识模型参数。特别关注了瞬态分析中包含电枢饱和和温度依赖性的高级模型。 永磁同步电机 (PMSM) 与开关磁阻电机 (SRM) 专题： 针对当前工业界应用最为广泛的 PMSM，我们详细讨论了其结构特性、绕组配置对电磁转矩的影响，以及如何通过分析磁化曲线来精确建模其非线性特性。对于 SRM，则侧重于分析其固有的磁路耦合和转矩脉动问题，并介绍了基于查找表（Look-up Table）的建模方法在快速控制中的应用。 电机参数辨识： 探讨了离线和在线参数辨识技术。对于离线辨识，讨论了标准直流/交流注入测试步骤及其误差来源。对于在线辨识，介绍了基于最小二乘法、递推最小二乘法（RLS）以及基于扰动观测器（DOB）的参数估计策略，以适应运行工况的变化。 第三部分：高级电机控制策略 本部分是全书的核心，系统地介绍了实现高性能电机驱动所必需的控制算法，从基础的解耦控制到先进的无传感器技术。 经典控制与解耦技术： 对基于电压空间矢量调制的电流环控制进行了详尽的讲解，包括 SFPWM 和 SVPWM 的实现细节及其对谐波含量的影响。接着，我们深入探讨了 矢量控制 (FOC) 的理论基础，包括磁场定向、转矩环与磁链环的级联结构、PI 调节器的设计与饱和处理。本书提供了一套完整的基于 d-q 坐标系的解耦控制实现流程图。 直接转矩控制 (DTC) 与磁链脉动控制： 详细分析了 DTC 的快速动态响应特性，并讨论了其主要的缺点——转矩和磁链的纹波问题。在此基础上，我们引入了磁链脉动控制 (SSC)，这是一种优化 DTC 性能的关键技术，它通过调整开关频率和选择合适的扇区来平滑转矩输出。 无传感器控制技术： 鉴于传感器成本和可靠性的限制，无传感器方法成为现代驱动系统的关键方向。我们全面覆盖了基于观测器的技术，包括 Luenberger 观测器、卡尔曼滤波（EKF/UKF）在状态估计中的应用，以及基于高频信号注入的低速/零速估计方法。对于永磁同步电机，我们着重讨论了如何利用电机的非线性特性（如凸极效应）来实现准确的速度和位置估计。 高性能控制与优化： 引入了更先进的控制范式，如模型预测控制 (MPC)。我们将 MPC 的核心思想——滚动优化和约束处理——应用于电流和速度控制中。同时，书中也探讨了如何通过 鲁棒控制 技术（如 $mathcal{H}_{infty}$ 控制）来应对模型不确定性和外部扰动，从而提高驱动系统的抗干扰能力。 第四部分：驱动系统集成与应用 本部分将理论与工程实践相结合，讨论了驱动系统在实际应用中必须面对的设计挑战。 驱动器的热管理与可靠性： 对功率半导体器件和电感器、电容器的热建模进行了详细分析。我们探讨了散热器设计、热电耦合分析，以及如何通过优化驱动器布局来延长系统寿命。 电磁兼容性 (EMC) 设计： 详细分析了高频开关操作产生的 EMI 源，并提出了滤波、屏蔽和接地设计规范，以确保驱动系统符合工业 EMC 标准。 特定领域的驱动应用： 书末通过案例研究展示了本书所学知识的应用，包括：电动汽车的牵引驱动系统设计、高精度伺服系统在机器人中的实现、以及大功率风力发电变流器的电网侧连接技术。 本书特色： 深度融合理论与仿真/实验： 每一章的关键控制算法都配有详细的 MATLAB/Simulink 仿真模型示例和关键实验结果验证。 面向工程实践的语言： 避免过度抽象的数学推导，侧重于工程参数的选择和算法的实际部署考量。 前沿技术覆盖： 确保对 SiC/GaN 器件的集成、多电平技术和先进状态估计方法的介绍与时俱进。 本书是电力电子、电气工程、控制科学等领域专业人士提升技能、深入理解现代电机驱动系统复杂性的理想参考资料。

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In this book, the qd0 reference frame is defined as q-axis parallel to phase A.

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