异步起动永磁同步电动机 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:218

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出版时间:2009-8

价格:33.00元

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isbn号码:9787111273400

丛书系列:

图书标签:

• motor
• 永磁同步电动机
• 异步起动
• 电机控制
• 电力电子
• 驱动技术
• 变频器
• 电能转换
• 自动化
• 工业控制
• 电机学

永磁同步电机驱动系统：从理论基础到前沿应用 内容提要 本书系统而深入地探讨了永磁同步电机（PMSM）驱动技术，旨在为电机控制工程师、电气工程研究人员及相关专业学生提供一本全面且具有实践指导意义的参考书。全书结构严谨，逻辑清晰，从电机基本原理出发，逐步深入到复杂的控制策略与系统实现，内容涵盖了永磁同步电机驱动技术的各个关键方面。 第一部分：永磁同步电机基础理论 本部分是理解复杂控制系统的基石，详尽阐述了永磁同步电机的物理结构、电磁特性与数学建模。 第一章 永磁同步电机概述与结构 本章首先介绍了永磁同步电机在现代工业中的重要地位及其相较于传统交流电机（如异步电机、开关磁阻电机）的显著优势，如高功率密度、高效率和精确的动态响应能力。接着，详细剖析了不同类型的永磁同步电机结构，重点比较了表面式永磁同步电机（SPMSM）和内置式永磁同步电机（IPMSM）的磁路结构、磁场分布特点及其对转矩脉动和磁阻转矩特性的影响。深入讲解了永磁体的选择、排列方式（如V型、内嵌式）对电机性能指标（如矫顽力、剩磁、居里温度）的影响。最后，阐述了电机设计中的关键考量因素，包括定子绕组形式（集中绕组与分布式绕组）、槽极配合设计及其对谐波电动势和噪音的影响。 第二章 永磁同步电机的磁路分析与参数辨识 本章聚焦于电机的电磁性能分析。首先，采用等效磁路法对电机进行初步分析，推导出绕组磁动势与磁通的相互关系。随后，引入有限元分析（FEA）方法，用于精确模拟电机在不同负载和速度下的磁场分布、漏磁路径以及磁饱和现象。在参数辨识方面，本书详细介绍了定子电阻、同步电感（$L_d$, $L_q$）和永磁体磁链（$Psi_f$）的精确测量与计算方法。特别强调了IPMSM中，由于磁阻转矩的存在，准确获取$L_d$和$L_q$的差异性对高性能控制至关重要。此外，还讨论了温度变化对电机参数漂移的影响及补偿策略。 第三章 永磁同步电机的数学模型与坐标变换 建立精确的数学模型是实现高性能控制的前提。本章首先推导了基于三相静止坐标系（$abc$系）的电压方程和磁链方程。随后，详细阐述了Clarke（$alphaeta$系）和Park（$dq$系）坐标变换的数学原理、物理意义及其在控制系统中的作用。Park变换使得电磁转矩和磁链与转子位置角精确解耦，是实现矢量控制（FOC）的核心。本章还包括了对电机模型进行线性化处理的方法，并讨论了在低速和零速区域，由于霍尔效应和反电动势减小，Park变换的局限性及解决方案。 第二部分：永磁同步电机控制策略 本部分是全书的核心，系统介绍和分析了永磁同步电机的主流控制算法，从基础的解耦控制到先进的低速及无传感器技术。 第四章 磁场定向控制（FOC）的基础 磁场定向控制（Field-Oriented Control, FOC）是现代永磁同步电机驱动技术的主流。本章深入讲解了FOC的理论基础，包括如何通过$dq$坐标系下的解耦控制实现对转矩电流（$i_q$）和励磁电流（$i_d$）的独立控制。详细介绍了电流环、磁链环和速度环的经典级联PI控制结构及其参数整定方法，特别是针对不同工况下系统动态响应的要求。 第五章 PWM调制技术与电压空间矢量 PWM（脉冲宽度调制）是实现电压指令到实际电压输出的关键技术。本章详细介绍了正弦PWM（SPWM）和空间矢量调制（SVPWM）的原理。重点分析了SVPWM相比SPWM的优势，例如更高的直流电压利用率和更小的电压谐波分量。此外，还探讨了不同开关频率对系统谐波电流、转矩脉动和开关损耗的影响，并简要介绍了死区时间对SVPWM波形的影响及补偿技术。 第六章 磁链定向与弱磁控制策略 对于需要超速运行的应用场景，必须引入弱磁控制技术来限制反电动势，确保驱动器输出电压在直流母线电压范围内。本章首先解释了磁链定向控制（Flux-Weakening Control, FWC）的基本原理，即通过注入负的$d$轴电流来削弱永磁体磁链。接着，详细推导并比较了两种主要的FWC实现方式：恒转矩区域的电流轨迹优化与超速区域的电压限制驱动策略。讨论了如何平衡最大转矩输出与功耗限制，以在宽广的速度范围内维持最优运行状态。 第七章 低速与零速运行控制 在低速和零速启动阶段，由于转子位置传感器的精度下降或反电动势过小，传统的FOC性能会显著恶化。本章专门针对这一难点进行深入探讨。详细阐述了低速运行下精确估计转子位置的挑战。介绍了基于凸极性（利用IPMSM的磁阻差异）的低速转矩控制方法，以及如何通过注入特定频率的测试信号并分析响应来辅助进行零速位置捕获（Initialization）。 第三部分：高性能驱动系统实现与前沿研究 本部分关注于驱动系统的集成、鲁棒性提升以及面向未来的先进控制技术。 第八章 传感器技术与位置反馈 永磁同步电机控制的精度高度依赖于转子位置和速度的准确反馈。本章全面评估了各类传感器：高分辨率光电编码器、绝对值编码器在精度和抗干扰性方面的表现。同时，详细讲解了霍尔传感器在低成本应用中的局限性。对于依赖传感器反馈的系统，本章还讨论了传感器故障检测和容错机制的设计。 第九章 无传感器技术（观测器方法） 无传感器控制是实现电机驱动器高可靠性、低成本结构的关键方向。本章系统地介绍了主流的无传感器观测器技术。重点讲解了基于模型参考的观测器（MRO）和滑模观测器（SMO）在反电动势估计中的应用。详细分析了SMO如何通过高频注入和超扭矩项来估计反电动势，并讨论了滑模控制器面对电机参数变化和负载扰动时的鲁棒性。此外，也涉及了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的观测器在状态估计中的优势与计算复杂度。 第十章 驱动系统集成与保护 本章从工程实践角度出发，探讨了功率电子变流器在PMSM驱动系统中的设计与应用。内容涵盖了IGBT/MOSFET的选择、驱动电路的设计、直流母线环节的滤波与储能设计。重点讲解了电流采样电路的精度要求、过流保护、过压保护、过温保护等关键保护机制的逻辑设计，确保系统在各种非正常工况下能够安全可靠地运行。 第十一章 进阶控制：脉振与鲁棒性 为了应对电机参数的在线变化和外部负载的冲击，本章介绍了更先进的控制方法。深入探讨了磁链观测器在识别参数变化中的作用。详细解析了模型预测控制（MPC）在PMSM驱动中的应用，MPC如何通过滚动优化来同时处理约束和多目标优化问题。此外，还介绍了鲁棒控制（如$mathcal{H}_infty$控制）的基本概念及其在提高系统对模型不确定性抵抗力方面的优势。 总结与展望 全书以严谨的学术态度和清晰的工程视野，构建了永磁同步电机驱动技术的完整知识体系，从基础原理到前沿算法，均给予了详尽的阐述与分析，是工程师和研究人员深入掌握永磁同步电机驱动技术的必备参考书。

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