车用电机原理及应用

本书具有以下特点：1.立足现代车用电机系统及汽车专业所需的电机基础知识，尽可能简化传统电机学复杂的电磁场路理论；2.介绍了电力电子基本原理，从变频的角度展开交流电机系统的讨论，符合现代交流传动系统的技术趋势；3.强调电机、控制、电力电子学科交叉应用中的相互关系，从电机的角度理解控制原理与电力电子技术，有利于加深读者对交叉学科技术理论和物理背景的理解；4.从汽车应用角度出发，尽可能搭建“完整的电机“系统”知识框架”，并介绍其中的核心技术；5.附带工程实际案例，模型完整详细，可提升对理论知识的应用能力，也可直接用于工程和科研实践。

本教材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，重点介绍直流电机及永磁同步电机的原理、设计及控制方法。其中，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，同时辅以后续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，本教材则详细的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。为了与汽车应用相结合，本教材在后的章节中还介绍了车用电机的标准及测试方法，以供相关人员参考。

师从邱阿瑞教授，获清华大学电机系工学博士学位。曾作为访问学生，师从R.D.Lorenz教授（WEMPEC，University of Wisconsin-Madison）。现在吉林大学汽车工程学院，为副教授硕士生导师。研究领域：电力电子与交流电机控制、电动汽车及混合动力汽车系统建模与控制、发动机尾气后处理系统控制。

序１
序２
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2
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13
3.4速度/位置控制18
3.5状态反馈控制20
第4章车用直流电机实例22
4.1起动机建模与特性分析22
4.2电子节气门建模25
第5章PWM技术28
5.1PWM原理28
5.2将模拟信号转化为PWM的方法30
5.3PWM的实现31
5.4PWM在直流调制中的应用33
第6章电力电子技术36
6.1电力电子技术概述36
6.2典型的电力电子器件38
6.2.1二极管38
6.2.2MOSFET39
6.2.3IGBT40
6.2.4小结41
6.3单极双掷开关的实现42
6.4整流电路与逆变电路43
6.4.1整流电路44
6.4.2逆变电路45
6.5电力电子器件的损耗与散热46
第7章交流电机概述49
7.1交流电机的概念及其用途49
7.2交流电机的工作原理50
7.3交流电机的结构及分类52
7.3.1交流电机的结构52
7.3.2交流电机的分类54
第8章永磁同步电机分析56
8.1永磁同步电机的模型观56
8.2永磁同步电机的磁路分析56
8.2.1简单磁路分析56
8.2.2电机磁路分析59
8.3永磁同步电机的电路分析68
8.3.1电机电感模型68
8.3.2电机相量模型68
8.3.3电机转矩模型73
8.4永磁同步电机的效率特性与外特性74
8.4.1永磁同步电机的效率特性74
8.4.2永磁同步电机的外特性76
车用电机原理及应用目录第9章面向控制的永磁同步电机的建模78
9.1自然坐标系下的电机电压方程78
9.2正交坐标系与旋转坐标系的变换80
9.3旋转坐标系下的电机模型84
第10章永磁同步电机的控制87
10.1永磁同步电机矢量控制原理87
10.1.1直流电机的转矩控制与永磁同步电机的转矩控制87
10.1.2永磁同步电机的矢量控制方法88
10.2永磁同步电机磁场的控制89
10.2.1优选转矩电流比控制90
10.2.2弱磁控制90
10.3交流电机控制的功率电路与SPWM93
10.3.1三相逆变电路拓扑93
10.3.2三相逆变电路的实现94
10.3.3三相逆变电路的六阶梯波调制94
10.3.4三相逆变电路的PWM97
10.4空间矢量PWM技术98
10.4.1电压空间矢量原理98
10.4.2电压空间矢量PWM原理99
10.4.3SVPWM与SPWM101
10.4.4电压空间矢量PWM的常见软件实现算法102
第11章感应电机的建模与控制105
11.1传统感应电机的描述及控制方法105
11.1.1感应电机的稳态等效电路105
11.1.2感应电机的机械特性曲线106
11.1.3传统感应电机的调速方法108
11.2感应电机的矢量控制原理110
11.2.1感应电机与永磁同步电机控制上的区别110
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111
11.2.3感应电机的直接矢量控制原理114
11.2.4感应电机的间接矢量控制原理116
11.3感应电机的直接转矩控制原理117
第12章车用交流电机应用实例120
１２.1车用永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真120
12.1.1电机系统及模型框架120
12.1.2派克变换与克拉克变换121
12.1.3电机模型122
12.1.4逆变器模型123
12.1.5控制器模型124
12.1.6模型的初始化与仿真结果的处理127
12.1.7仿真结果127
12.2纯电动汽车纵向动力学模型129
12.2.1纯电动汽车系统及模型框架130
12.2.2电池模型130
12.2.3电机系统模型131
12.2.4传动系统模型133
12.2.5整车动力学模型133
12.2.6驾驶员模型134
12.2.7仿真结果134
第13章车用电机测试及标准137
13.1车用电机测试方法137
13.1.1电机测试台架的基本组成137
13.1.2车用电机的技术要求及试验方法138
13.2车用电机标准142
13.2.1标准组织简介142
13.2.2电动汽车电机系统标准汇总144
参考文献146