本书是作者在多年从事电力电子与电机集成系统的教学、科研的基础上,结合近年来科技的发展和应用著写而成,主要研究电力电子与无刷直流电动机集成系统和电力电子与开关磁阻电动机集成系统,着重分析控制理论方法应用、硬件系统设计、实验性能研究,并针对具体实例进行解析。
全书共8章,第1章对电力电子与电机集成系统的发展历史、现状、典型结构进行概述,第2章从电磁理论基础出发,分析位置传感器、电动机本体及电力电子拓扑结构,第3章对无刷直流电动机的结构、磁场、绕组进行分析,第4章着重分析电力电子与无刷直流电动机集成系统的综合应用,含四开关拓扑及控制、无位置传感器控制、减小转矩脉动控制,第5章阐述集成系统硬件设计与实现,含主电路和控制电路设计、FPGA架构及DSP架构,第6章阐述电力电子与开关磁阻电动机集成系统的结构和原理,其控制方法及分析在第7章,最z后,第8章分析电力电子与开关磁阻电动机集成系统的综合应用,面向减小电动机转矩脉动、新型无轴承电动机结构及电力电子电路结构。
本书可供电气、自动化领域的研究生作为教材,并供有关专业科技人员与高校师生参考之用。
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 电力电子与电动机集成系统的发展历史 2
1.2 电力电子与电动机集成系统的国内外研究现状 5
1.2.1 无刷直流电动机转矩脉动抑制的研究现状 5
1.2.2 无刷直流电动机无位置传感器控制的研究现状 9
1.2.3 开关磁阻电动机转矩脉动以及噪声振动抑制的研究现状 21
1.2.4 开关磁阻电动机无位置传感器控制的研究现状 24
1.3 电力电子与电动机集成系统的典型结构 36
1.3.1 无刷直流电动机典型结构 36
1.3.2 开关磁阻电动机典型结构 37
第2章 电力电子与无刷直流电动机集成系统基本工作原理 41
2.1 无刷直流电动机电磁理论基础及基本结构 41
2.1.1 无刷直流电动机的基本电磁理论 41
2.1.2 无刷直流电动机的基本结构及工作原理 43
2.2 无刷直流电动机转子位置传感器和运行实例分析 47
2.2.1 电磁式位置传感器 47
2.2.2 光电式位置传感器 49
2.2.3 磁敏式位置传感器 49
第3章 无刷直流电动机的磁场和绕组结构 56
3.1 无刷直流电动机的磁场分布 56
3.1.1 有关磁的基本知识 56
3.1.2 去磁现象及其防止措施 61
3.1.3 磁路及其基本定律 63
3.2 无刷直流电动机的绕组结构 70
3.2.1 无刷直流电动机磁场的简化 71
3.2.2 绕组的构成及基本要求 73
3.2.3 整数槽绕组 75
3.2.4 分数槽绕组 91
3.3 多种无刷直流电动机绕组实例分析 96
3.3.1 三相二级内转子无刷直流电动机 96
3.3.2 三相多绕组多级内转子电动机 98
3.3.3 外转子无刷直流电动机 100
第4章 电力电子与无刷直流电动机集成系统综合应用 102
4.1 主电路结构及电动机合成转矩 102
4.1.1 三相半控电路 102
4.1.2 三相Y联结全控电路 104
4.1.3 三相联结全控电路 107
4.2 基于74HCT238译码器的无刷直流电动机设计 109
4.2.1 无刷直流电动机的拓扑结构 109
4.2.2 无刷直流电动机驱动电路的设计 110
4.2.3 无刷直流电动机驱动实验系统的实现与系统测试 115
4.3 四开关BLDCM电路拓扑及控制方法 120
4.3.1 四开关BLDCM电路拓扑结构 120
4.3.2 四开关BLDCM控制方法 124
4.3.3 仿真实验分析 128
4.4 基于无位置传感器的无刷直流电动机转矩脉动抑制 130
4.4.1 无位置传感器的无刷直流电动机控制 130
4.4.2 换相转矩脉动抑制策略 142
4.4.3 仿真实验分析 164
第5章 电力电子与电动机集成系统硬件设计与实现 182
5.1 系统硬件电路平台总体结构 182
5.1.1 基于FPGA的系统硬件电路平台总体结构 182
5.1.2 基于DSP的系统硬件电路平台总体结构 183
5.2 FPGA的系统硬件设计 184
5.2.1 基于FPGA的系统硬件电路平台总体结构 185
5.2.2 驱动系统模块设计 190
5.2.3 系统软件设计 202
5.3 基于DSP的系统硬件设计 219
5.3.1 无刷直流电动机控制系统硬件设计 219
5.3.2 无刷直流电动机控制系统软件设计 222
5.4 系统实验 229
5.4.1 基于FPGA的系统硬件电路平台实验结果 229
5.4.2 基于DSP的系统硬件电路平台实验结果 232
第6章 电力电子与开关磁阻电动机集成系统基本原理 236
6.1 开关磁阻电动机结构类型及其工作原理 237
6.1.1 传统的SR电动机 237
6.1.2 短磁路SR电动机 238
6.1.3 双馈型SR电动机 238
6.1.4 永磁式SR电动机 238
6.1.5 带辅助绕组的SR电动机 239
6.1.6 两相同时励磁的SR电动机 239
6.2 单相开关磁阻电动机 240
6.3 多相开关磁阻电动机 241
6.3.1 开关磁阻电动机的基本原理 242
6.3.2 开关磁阻电动机的基本方程 243
6.3.3 电路方程 244
6.3.4 机械方程 244
6.3.5 机电联系方程 245
6.3.6 开关磁阻电动机数学模型 246
第7章 开关磁阻电动机控制方法 250
7.1 理想线性模型下开关磁阻电动机转矩特性分析 250
7.1.1 一般转矩计算 250
7.1.2 磁储能计算 251
7.1.3 理想电感计算 252
7.1.4 基本转矩计算 254
7.2 理想线性模型下开关磁阻电动机电流特性分析 255
7.3 开关磁阻电动机控制方法分析 263
7.3.1 开关磁阻电动机基本控制方法 263
7.3.2 开关磁阻电动机双闭环控制系统仿真分析 266
7.3.3 直接转矩控制的理论分析与仿真研究 270
7.3.4 控制方法对比仿真分析 277
第8章 电力电子与开关磁阻电动机集成系统综合应用 281
8.1 减小转矩脉动方法 281
8.1.1 直接瞬时转矩控制 281
8.1.2 转矩分配函数 290
8.1.3 电流特性分析 310
8.2 新型无轴承电动机集成系统结构及原理 322
8.2.1 无轴承电动机的研究概况 324
8.2.2 无轴承开关磁阻电动机的研究概况 324
8.2.3 无轴承开关磁阻电动机结构及原理 325
8.2.4 无轴承开关磁阻电动机的关键技术 328
8.2.5 控制策略 333
8.2.6 麦克斯韦应力法 339
8.2.7 气隙磁密计算 340
8.2.8 转矩和悬浮力计算 341
8.2.9 电感矩阵 342
8.2.10 无轴承开关磁阻电动机研究展望 344
参考文献 346
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