车用电机原理及应用 第2版

本书立足于电磁学的基本物理概念，通过理论和实践相结合的方式，重点介绍直流电机、永磁同步电机和感应电机的原理、设计及控制方法。在直流电机相关章节中，面向电机的建模与转矩控制，建立基本的电机系统控制的概念，同时辅以电力电子基础知识的介绍，使读者可以掌握电机控制系统的基本框架，满足汽车专业相关人员对电机系统了解的需求。在交流电机相关章节中，本书则详细地分析了现代交流电机的磁场、特性及控制原理，为从事电机系统开发或电动汽车相关开发的人员提供实用的技术支撑。本次修订增加了电机参数辨识方法和电流调节器设计及更多的电机控制系统开发实例，并更新了车用电机的标准及测试方法，便于读者更好地理解相关理论在实践中的应用。 本书可作为车辆工程、新能源汽车相关专业教材，也可供相关汽车技术研发人员学习参考。

袁新枚，博士，教授，博士生导师，IEEE高级会员，IEEE PES 储能市场与规划分委会理事。分别于2004年和2010年获清华大学电机工程专业工学学士和工学博士学位，于2008-2009年访问美国威斯康星大学WEMPEC，自2010年起就职于吉林大学汽车工程学院，2019-2020年访问美国肯塔基大学。发表学术论文40余篇，授权发明专利10余个，其学术兴趣主要集中于能源及动力系统的建模、控制与优化，包括：电动汽车与车网互动、电力电子与电机、发动机后处理系统建模与控制等。

序１ 序２ 第2版前言 第1版前言 第1章导论1 1.1电机发展简史1 1.2电机的基本概念及分类3 1.3电机在汽车中的应用4 第2章直流电机概述5 2.1直流电机及其用途5 2.2电、磁、力与速度6 2.3直流电机的工作原理8 第3章直流电机的建模与控制11 ３.１等效电路与励磁分类11 3.2数学模型12 ３.３转矩控制14 3.4速度/位置控制18 3.5状态反馈控制21 第4章车用直流电机实例23 4.1起动机建模与特性分析23 4.2电子节气门建模26 第5章PWM技术30 5.1PWM原理30 5.2将模拟信号转化为PWM的方法32 5.3PWM的实现33 5.4PWM在直流调制中的应用35 第6章电力电子技术38 6.1电力电子技术概述38 6.2典型的电力电子器件40 6.2.1二极管41 6.2.2MOSFET41 6.2.3IGBT42 6.2.4宽禁带半导体器件43 6.2.5小结44 6.3单极双掷开关的实现45 6.4整流电路与逆变电路47 6.4.1整流电路47 6.4.2逆变电路49 6.5电力电子器件的损耗与散热50 第7章交流电机概述52 7.1交流电机的概念及其用途52 7.2交流电机的工作原理53 7.3交流电机的结构及分类55 7.3.1交流电机的结构55 7.3.2交流电机的分类58 第8章永磁同步电机分析60 8.1永磁同步电机的模型观60 8.2永磁同步电机的磁路分析61 8.2.1简单磁路分析61 8.2.2电机磁路分析63 8.3永磁同步电机的电路分析72 8.3.1电机电感模型72 8.3.2电机相量模型73 8.3.3电机转矩模型77 8.4永磁同步电机的效率特性与外特性78 8.4.1永磁同步电机的效率特性78 8.4.2永磁同步电机的外特性80 第9章面向控制的永磁同步电机的建模82 9.1自然坐标系下的电机电压方程82 9.2正交坐标系与旋转坐标系的变换84 9.3旋转坐标系下的电机模型88 9.4基于全磁链的电机模型91 9.5多项式磁链模型及其参数辨识方法92 第10章永磁同步电机的控制95 10.1永磁同步电机矢量控制原理95 10.1.1直流电机的转矩控制与永磁同步电机的转矩控制95 10.1.2永磁同步电机的矢量控制方法96 10.2永磁同步电机磁场的控制98 10.2.1最大转矩电流比控制98 10.2.2弱磁控制99 10.3永磁同步电机电流控制器设计102 10.3.1永磁同步电机控制结构102 10.3.2基于PI控制的控制率设计103 10.3.3基于模型预测控制的控制率设计106 10.4交流电机控制的功率电路与SPWM109 10.4.1三相逆变电路拓扑109 10.4.2三相逆变电路的实现109 10.4.3三相逆变电路的六阶梯波调制110 10.4.4三相逆变电路的PWM112 10.5空间矢量PWM技术113 10.5.1电压空间矢量原理114 10.5.2电压空间矢量PWM原理115 10.5.3SVPWM与SPWM116 10.5.4电压空间矢量PWM的常见软件实现算法118 第11章感应电机的建模与控制121 11.1传统感应电机的描述及控制方法121 11.1.1感应电机的稳态等效电路121 11.1.2感应电机的机械特性曲线122 11.1.3传统感应电机的调速方法124 11.2感应电机的矢量控制原理126 11.2.1感应电机与永磁同步电机控制上的区别126 11.2.2感应电机在同步旋转坐标系下的等效电路与数学模型127 11.2.3感应电机的直接矢量控制原理130 11.2.4感应电机的间接矢量控制原理132 11.3感应电机的直接转矩控制原理133 第12章车用交流电机实例136 12.1车用永磁同步电机参数辨识算法136 12.1.1基于自动化设备的辨识流程136 12.1.2仿真与试验验证141 １２.2车用永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真147 12.2.1电机系统及模型框架147 12.2.2派克变换与克拉克变换148 12.2.3电机模型149 12.2.4逆变器模型150 12.2.5控制器模型151 12.2.6模型的初始化与仿真结果的处理154 12.2.7仿真结果154 12.2.8硬件在环测试156 12.3逆变器死区及其补偿161 12.3.1逆变器死区的原理和零电流钳位效应162 12.3.2逆变器死区特性的估计与补偿163 12.3.3逆变器死区影响仿真分析167 12.4纯电动汽车纵向动力学模型171 12.4.1纯电动汽车系统及模型框架171 12.4.2电池模型172 12.4.3电机系统模型173 12.4.4传动系统模型174 12.4.5整车动力学模型175 12.4.6驾驶员模型175 12.4.7仿真结果177 第13章车用电机测试及标准179 13.1车用电机测试方法179 13.1.1电机测试台架的基本组成179 13.1.2车用电机的技术要求及试验方法180 13.2车用电机标准184 13.2.1标准组织简介184 13.2.2电动汽车电机系统标准汇总186 参考文献189