永磁无刷电机及其驱动技术作 者: (美)克里斯南 著,柴凤 等译出版时间:2013内容简介 《国际电气工程先进技术译丛:永磁无刷电机及其驱动技术》共分14章,全面阐述了现代永磁交流电机系统的设计及驱动控制思想。本书从永磁材料的基本特性讲起,详细介绍了永磁交流电机的常规结构和近年来兴起的特殊结构及其设计分析方法;对正弦波永磁同步电机和方波无刷直流电机的驱动控制策略都进行了详尽描述,总结了功率器件的开关特性和损耗,整流器及逆变器的拓扑;并且从控制器的成本和可靠性的角度给予了具体设计指导。《国际电气工程先进技术译丛:永磁无刷电机及其驱动技术》构思继承了国外高水平著作的一贯特色,内容由浅入深,理论翔实,分析透彻,并且引用大量高水平参考文献,能够最大程度地反映近20年国际上永磁交流电机的发展和最新成果。《国际电气工程先进技术译丛:永磁无刷电机及其驱动技术》适宜于从事电机及其控制、电力电子技术和机电一体化的工程技术人员阅读,也可作为大专院校相关教师、研究生和高年级本科学生的参考书。目录译者序前言致谢作者简介符号表第一部分 永磁材料、永磁电机、逆变器及其控制的基本知识第1章 永磁材料与永磁电机1.1 永磁材料1.1.1 退磁曲线1.1.2 工作点和气隙线1.1.3 磁能积1.1.4 永磁体存储的能量1.1.5 永磁体体积1.1.6 外加磁场的影响1.1.6.1 解析法1.1.6.2 图解法1.2 永磁体的布置方式1.3 永磁体的充磁方式1.3.1 径向和平行充磁1.3.2 Halbach阵列1.4 永磁交流电机1.4.1 电机结构1.4.2 永磁转子结构1.4.2.1 表贴式永磁同步电机1.4.2.2 表面嵌入式永磁同步电机1.4.2.3 内置式永磁同步电机1.4.2.4 异步起动永磁同步电机1.4.3 混合励磁电机1.4.3.1 磁通反向永磁同步电机1.4.3.2 开关磁链电机1.4.3.3 永磁开关磁阻电机或双凸极永磁电机1.4.4 集中绕组永磁同步电机1.4.5 永磁同步电机的分类1.5 同步电机的基本理论1.5.1 工作原理1.5.2 单匝线圈的磁动势1.5.3 正弦磁动势分布1.5.3.1 同心绕组1.5.3.2 分布绕组1.5.4 感应电动势1.5.4.1 绕组的分布因数1.5.4.2 绕组的节距因数1.5.4.3 绕组的斜槽因数1.5.4.4 绕组因数1.5.5 绕组形式1.5.5.1 单层绕组1.5.5.2 双层绕组1.5.6 旋转磁场1.5.6.1 正弦磁动势分布1.5.6.2 方波磁动势分布1.6 同步电机的基本关系1.6.1 有效气隙1.6.2 永磁体对感应电动势的作用1.6.3 电磁功率和电磁转矩1.6.4 电磁转矩的基本表达式1.6.5 电机输出方程1.6.6 永磁体的面电流等效1.6.7 定子电流阈值1.6.8 电感1.6.8.1 每相自感1.6.8.2 励磁电感1.6.8.3 同步电感1.6.8.4 直、交轴电感1.6.9 定子励磁对气隙磁通密度的影响1.7 铁心损耗1.7.1 定子铁心损耗1.7.2 涡流损耗1.7.2.1 齿部涡流损耗1.7.2.2 轭部涡流损耗1.7.3 齿部和轭部的磁通密度幅值1.7.4 磁滞损耗1.7.5 电机中铁心损耗的测量1.8 电阻损耗1.9 电机的初步设计1.10 齿槽转矩1.10.1 齿槽转矩成因及幅值1.10.2 齿槽转矩的基本理论1.10.3 分析和计算1.10.4 影响齿槽转矩的因素1.10.5 削弱方法1.10.5.1 斜槽1.10.5.2 改变永磁体宽度1.10.5.3 改变槽宽1.10.5.4 采用不同的极弧系数1.10.5.5 齿顶开辅助槽1.11 永磁同步电机基于磁通路径的分类1.12 振动与噪声参考文献第2章 逆变器及其控制导论2.1 功率器件2.1.1 功率器件与开关电源2.1.1.1 电力二极管2.1.1.2 MOSFET2.1.1.3 绝缘栅双极型晶体管2.1.2 功率器件的开关2.1.3 器件损耗2.1.3.1 通态损耗2.1.3.2 开关损耗2.2 直流输入电源2.3 直流到交流的功率变换2.3.1 单相半波逆变器2.3.2 单相全波逆变器2.3.3 三相逆变器2.4 有功功率2.5 无功功率2.6 逆变器控制的必要性2.7 脉冲宽度调制技术2.8 滞环电流控制2.9 空间矢量调制技术2.9.1 逆变器的开关状态2.9.2 空间矢量调制的原理2.9.3 空间矢量调制的实现2.9.4 空间矢量调制的开关纹波2.10 逆变器的开关延时2.11 输入功率因数校正电路2.11.1 单相功率因数校正电路2.11.2 三相功率因数校正电路2.12 四象限运行2.13 变换器的要求参考文献第二部分 永磁同步电机及其控制第3章 永磁同步电机的动态模型3.1 两相永磁同步电机的实时模型3.2 静止坐标系到转子参考坐标系的变换3.3 三相坐标系到两相坐标系的变换3.4 零序电感的推导3.5 功率等效3.6 电磁转矩3.7 稳态转矩特性3.8 磁链模型3.9 等效电路3.1 0归一化模型3.11 动态仿真3.12 永磁同步电机的小信号方程3.13 永磁同步电机的控制特性3.14 时间响应的计算3.15 空间相量模型3.15.1 原理3.15.2 模型的推导参考文献第4章 永磁同步电机的控制策略4.1 矢量控制4.2 矢量控制的推导4.2.1 电磁转矩4.2.2 定子参考坐标系下d轴与q轴电流4.2.3 共磁链4.2.4 转矩角在电机运行中的作用4.2.5 关键的结论4.3 驱动系统原理图4.3.1 转矩控制型驱动系统4.3.2 转矩控制型驱动系统的仿真及结果4.3.3 速度控制型驱动系统4.3.3.1 共磁链的控制原则4.3.3.2 弱磁区域的转矩控制原则4.3.4 速度控制型驱动系统的仿真及结果4.4 控制策略4.4.1 恒转矩角(δ=90°)控制4.4.2 单位功率因数控制4.4.3 恒共磁链控制4.4.4 气隙磁通与电流相量角控制4.4.5 单位电流最优转矩控制4.4.6 恒功率损耗控制4.4.7 最大效率控制参考文献第5章 弱磁控制5.1 最大转速5.2 弱磁算法5.2.1 间接控制策略5.2.2 恒转矩模式控制器5.2.3 弱磁控制器5.2.4 系统性能5.3 直接弱磁5.3.1 最大容许转矩限制5.3.2 转速控制方案5.3.3 实施策略5.3.4 系统性能5.4 参数敏感性5.4.1 定子绕组电阻变化5.4.2 转子磁链变化5.4.3 q轴电感变化5.5 无模型(参数不敏感)弱磁方法5.6 永磁同步电机的六步电压和恒反电动势控制策略5.6.1 恒反电动势控制策略5.6.1.1 基本原理5.6.1.2 弱磁区域内的最大电流5.6.1.3 运行边界5.6.1.4 弱磁区域内的最大转速5.6.2 六步电压控制策略5.6.2.1 基本原理分析5.6.2.2 SSV模式下的稳态电流5.6.2.3 SSV控制策略的运行边界5.6.2.4 比较5.7 直接稳态评价5.7.1 输入电压5.7.2 状态空间形式的电机方程5.7.3 边界匹配条件及方程解5.7.4 MATLAB程序5.8 表面式与内置式永磁同步电机的弱磁控制参考文献第6章 电流和转速控制器的设计6.1 电流控制器6.1.1 基于转子参考坐标系的电流控制器6.1.2 基于定子参考坐标系的电流控制器6.1.3 最小拍电流控制器6.1.3.1 最小拍控制器6.1.3.2 最小拍预测控制器6.1.3.3 改进的最小拍预测控制器6.2 转速控制器6.2.1 原理框图的推导6.2.2 简化的电流环传递函数6.2.3 转速控制器参考文献第7章 参数敏感性及补偿7.1 引言7.1.1 转矩与其参考值之比7.1.2 共磁链与其参考值之比7.2 基于电磁功率反馈控制的参数补偿7.2.1 补偿算法7.2.2 性能仿真7.3 基于无功功率反馈控制的参数补偿7.3.1 无功功率反馈补偿策略的原理7.3.2 驱动器的原理7.3.3 仿真结果7.3.4 与电磁功率反馈控制的比较参考文献第8章 转子位置估算及无位置传感器控制8.1 电流模型自适应策略8.2 外加信号注入法8.2.1 旋转电压相量注入策略8.2.2 在旋转的q轴上注入磁链8.2.2.1 算法8.2.2.2 解调8.2.2.3 观测器8.2.2.4 实施8.2.2.5 策略的优缺点8.2.3 交流电压相量注入法8.2.3.1 无传感器算法8.2.3.2 实施8.3 基于电流模型的注入策略8.4 基于PWM载波成分的位置估算8.4.1 谐波电压和电流矢量8.4.2 转子位置估算8.4.3 性能参考文献第三部分 永磁无刷直流电机及其控制第9章 永磁无刷直流电机9.1 永磁无刷直流电机的数学模型9.2 归一化的系统方程9.3 永磁无刷直流电机驱动系统框图9.4 动态模拟参考文献第10章 换相转矩脉动和相位超前10.1 换相转矩脉动10.2 相位超前10.3 动态模型参考文献第11章 永磁无刷直流电机的半波驱动11.1 分裂式电源变换器拓扑结构11.1.1 永磁无刷直流电机在分裂式电源变换器下的运行11.1.2 变换器的工作模式11.1.3 采用分裂式电源变换器拓扑的永磁无刷直流电机驱动器的优缺点11.1.4 永磁无刷直流电机的设计要点11.1.5 电机电感对动态性能的影响11.1.6 绕组连接11.1.7 驱动系统描述11.1.8 永磁无刷直流电机驱动系统的建模、仿真和分析11.1.8.1 永磁无刷直流电机在不同变换器模式下的建模11.1.8.2 转速控制器的建模11.1.8.3 控制电路11.1.8.4 电流环的建模11.1.8.5 仿真与分析11.1.8.6 电流换相角11.1.8.7 半桥整流和全桥整流永磁无刷直流电机驱动器的比较11.2 C-dump变换器拓扑结构11.2.1 基于C-dump变换器的永磁无刷直流电机驱动系统的运行原理11.2.1.1 电动运行11.2.1.2 再生制动运行11.2.2 C-dump变换器的永磁无刷直流电机驱动系统分析11.2.2.1 最大转速11.2.2.2 反向峰值电流11.2.2.3 储能电容11.2.2.4 能量释放斩波器11.2.3 与基于全波逆变器控制的永磁无刷直流电机驱动系统的比较11.2.4 建模、仿真及动态性能11.2.4.1 建模11.2.4.2 系统性能11.3 可变直流母线变换器拓扑结构11.3.1 工作原理11.3.2 电动运行11.3.3 系统性能11.3.3.1 转矩驱动器特性11.3.3.2 速度控制型驱动器性能11.3.4 优缺点11.4 前端buck-boost可变电压变换器拓扑结构11.4.1 变换器电路11.4.2 永磁无刷直流电机驱动系统的运行模式和建模11.4.3 优缺点11.4.4 与全桥逆变驱动的比较11.4.5 前端buck-boost电路电感和输出电容的设计11.4.6 控制策略及性能11.4.6.1 策略Ⅰ——电压开环控制11.4.6.2 策略Ⅱ——电压闭环控制11.4.6.3 策略Ⅲ——直接相电流控制参考文献第12章 电流和转速控制器的设计12.1 电机和负载的传递函数12.2 逆变器的传递函数12.3 电流和转速控制器的传递函数12.4 电流反馈12.5 转速反馈12.6 控制器的设计12.6.1 电流控制器12.6.2 电流内环的一阶近似12.6.3 转速控制器参考文献第13章 永磁无刷直流电机驱动的无传感器控制13.1 电流检测13.2 位置估计参考文献第14章 特殊问题14.1 转矩平滑14.2 永磁无刷直流电机驱动的参数敏感性14.3 故障和诊断14.4 振动和噪声参考文献 上一篇: 电机原理及驱动:电机学基础(英文 第五版) 下一篇: 制冷与空气调节电气技术