电机与MATLAB（第2版） [Electrical Machines with MATLAB Second Edition] pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　《电机与MATLAB（第2版）》已经进行了彻底的复查，以确保它没有任何错误。例如，所有的例题和章末的习题都已经通过手动和使用MATLAB程序的方式进行了重新计算，以确保不会出现任何可能的错误。此外，为使读者与电机应用领域和电力系统领域中的新进展保持同步，在附加的五章中介绍了新的现代话题，包括可再生能源、风能和风能转换系统、太阳能系统、储能系统和智能电网。

内页插图

目录

第1章 基本概念
1．1 引言
1．2 配电系统
1．3 分散式储能和发电系统
1．4 普通电机概述
1．5 单相交流电路中的有功和无功
习题

第2章 三相电路
2．1 引言
2．2 三相系统
2．2．1 理想三相电源
2．2．2 对称（平衡）三相负载
2．3 不平衡三相负载
2．4 三相电路中平均功率的测量
2．5 功率因数校正
习题

第3章 磁路
3．1 引言
3．2 载流导体的磁场
3．3 安培磁路定律
3．4 磁路
3．5 含气隙的磁路
3．6 铁磁性概述
3．7 磁芯损耗
3．7．1 磁滞损耗
3．7．2 涡流损耗
3．8 求给定磁动势的磁通
3．8．1 试探法
3．8．2 图解法
3．8．3 磁化曲线法
3．9 永久磁铁
习题

第4章 变压器
4．1 引言
4．2 变压器结构
4．3 法拉第与楞次定律的简要回顾
4．4 理想变压器
4．4．1 变压器中的极性规定
4．4．2 变压器中的阻抗转移
4．4．3 理想变压器中输入功率和输出功率之间的关系
4．5 实际变压器
4．6 实际变压器的近似等效电路
4．7 等效电路的参数测定
4．7．1 开路测试
4．7．2 短路测试
4．8 变压器铭牌及额定参数
4．9 变压器的运行特性
4．9．1 变压器的电压调整率
4．9．2 变压器的效率
4．1 0三相变压器
4．1 1三相变压器的连接方式
4．1 2自耦变压器
4．1 3三绕组变压器
4．1 4仪表互感器
4．1 5浪涌电流
习题

第5章 机电能量转换原理
5．1 引言
5．2 基本概念
5．3 机电能量转换
5．3．1 场能量
5．3．2 磁力
5．3．3 能量和辅能
5．3．4 饱和系统中的磁力
5．4 旋转电机的研究
5．5 单边励磁的旋转系统
5．6 多边励磁的旋转系统
5．7 圆筒型电机
5．7．1 单相同步电机
5．7．2 单相感应电机
5．8 导体上产生的力
5．9 磁场中运动导体的感应电压
习题

第6章 （电磁）感应电机
6．1 引言
6．2 感应电机的结构
6．3 旋转磁场的概念
6．3．1 图像法
6．3．2 分析法
6．4 感应电动势
6．5 转差率的概念
6．6 转差率对转子感应电动势频率及大小的影响
6．7 感应电机的等效电路
6．7．1 定子电路模型
6．7．2 转子电路模型
6．7．3 完整等效电路
6．7．4 近似等效电路
6．8 工作计算
6．9 启动时的等效电路
6．10 使用戴维南等效电路确定功率及转矩
6．11 运行特征
6．12 通过鼠笼型转子设计来改善电机特征参数
6．13 感应电机的启动
6．13．1 直接启动
6．13．2 降压启动
6．13．3 通过连续电阻或阻抗限制电流
6．14 转速控制
6．15 确定等效电路参数的测试
6．15．1 空载试验
6．15．2 直流实验
6．15．3 堵转实验
习题

第7章 同步电机
7．1 引言
7．2 同步电机的结构
7．3 同步电机的磁场激励
7．4 同步转速
7．5 同步发电机的工作原理
7．6 等效电路
7．7 同步电动机的运行
7．8 功率与转矩特性
7．9 同步电机的硬度
7．10 激励改变的影响
7．10．1 连接至一个无限大的母线的同步发电机
7．10．2 单独运转的同步发电机
7．11 使用阻尼绕组克服机械摆动
7．12 同步电动机的启动
7．13 同步电动机作为同步电容器运行
7．14 同步电动机作为同步电抗器运行
7．15 确定等效电路参数的实验
7．15．1 开路实验
7．15．2 短路实验
7．15．3 直流实验
7．15．4 不饱和同步电抗
7．15．5 饱和的同步电抗
7．15．6 短路比
7．16 同步电机的性能曲线
7．17 同步发电机的并联工作
习题

第8章 直流电机
8．1 介绍
8．2 结构特点
8．3 电枢绕组概述
8．4 直流电机基础
8．5 电枢电压
8．6 励磁方式
8．7 电枢反应
8．8 换向整流
8．9 补偿绕组
8．10 磁化曲线
8．11 直流发电机
8．12 他励发电机
8．13 自励并励发电机
8．14 串励发电机
8．15 复励发电机
8．16 电压调整
8．17 输出功率
8．18 输出转矩
8．19 功率流和效率
8．20 直流电动机特性
8．20．1 调速
8．20．2 转速-电流特性
8．20．3 速度-转矩特性
8．20．4 转矩-电流特性
8．20．5 内部感应电势-电流特性
8．21 直流电动机控制
8．22 直流电动机启动
8．23 直流电动机制动
习题
……

第9章 单相和专用电动机
第10章 电机的暂态与动态
第11章 可再生能源
第12章 风能与风能转换系统（WECS）
第13章 太阳能系统
第14章 储能系统
第15章 智能电网

附录A 相量的简要回顾
附录B 标幺制
附录C 凸极同步电机
附录D 英制到国际单位制的单位转换
附录E 国际单位制到英制的单位转换
附录F 定子绕组

参考答案
参考文献

前言/序言

　　由于电气工程类专业的各种课程造成的负担过重，因此很多大学已经开始只提供一门“电机”课程。写这本书的主要目的是为课时为三个学分的入门级“电机”课程提供一本有意义且易于阅读的教材。这本书的意图并不是介绍电机的设计，而是旨在让电气和其他工程学科的学生自学之用。在学习这本书之前，假设学生已经学完“电路分析”课程，并且熟悉电磁场。
　　本书是由我在加州州立大学萨克拉门托分校、密苏里大学哥伦比亚分校、俄克拉荷马大学、佛罗里达国际大学以及爱荷华州立大学开设的课程内容演变而来的，它是为大三本科生和在职工程师编写的。本书适用于电气和非电气工程类专业的学生或者需要自学的在职工程师。
　　本书对基本概念详加解释，并且用许多例子进行了说明。本书的特点包括充足的示例，以及需要利用各章节中提供的信息来解决的习题。每个新术语在文中首次引入时，都有明确的定义，并且尽力使读者熟悉行业中所用的词汇和符号。此外，本书的编写符合现代惯例，全书采用国际单位制（SI）。
　　对于每一个电气工程专业的学生而言，不管他或她的特定专业领域是什么，熟悉交流电路中涉及的三相电路、功率和功率测量的基本概念都是非常重要的。然而，根据我在长期教学生涯中的经验和观察，在基本电路分析的课程结束后，对于这些知识点的回顾往往不充分，或者在某些情况下由于缺少时间，未做任何回顾。因此，作为补救，对于这些知识点的简要回顾包含在本书的前两章中。当然，教师可以根据需要自行决定是否要详细介绍。
　　此外，实际上大多数选修基本“电机”课程的学生并不是专门研究电力工程的。而且，他们也不会在自己的职业生涯中设计任何电机，即使是那些专门研究电力工程的学生，可能也不需要去做相关工作。因此，基于同IEEE电力工程学会一样的原因，在本书中使用了一种更加普遍的方式来介绍电机。
　　为使读者与电机应用领域和电力系统领域中的新进展保持同步，在附加的五章中介绍了新的现代话题，包括可再生能源、风能和风能转换系统、太阳能系统、储能系统和智能电网。
　　同时，在这个版本中包含了几个新的附录，还包含了一个扩展词汇表，用于定义电机中使用的术语。
　　希望学习本书的学生有复代数、正弦分析、相量图、相量分析和其他基本概念的知识基础。在阅读后续章节之前，先简要回顾前面两章，建立知识背景，这不失为一个好方法。在一个学期的课程中，根据课程目标，建议内容应至少涵盖磁路、变压器、感应电机、同步电机和直流电机等章节。教师可以向出版商索要一本完整的解题手册。

《电力电子变换器与控制系统设计：理论、仿真与实践》 本书旨在为读者提供一个全面深入的电力电子变换器设计与控制系统实现的学习路径。全书围绕着现代电力电子技术的核心——变换器拓扑、器件选择、控制策略以及系统集成与应用展开，力求在理论深度与实践指导之间取得平衡。 第一部分：电力电子变换器的基础理论与核心拓扑 本部分首先建立读者对电力电子变换器基本工作原理的深刻理解。我们将从半导体开关器件的特性及其在电路中的应用入手，详细阐述二极管、MOSFET、IGBT等关键器件的导通、关断过程、损耗机制以及选型原则。 接着，我们将系统性地梳理和分析各类基础变换器拓扑，包括： DC-DC变换器： 升压（Boost）、降压（Buck）、升降压（Buck-Boost）、Cuk、SEPIC、Zeta等拓扑的电路结构、电压/电流关系、工作模式分析。我们将重点探讨其能量转换过程、输出电压纹波、输入电流特性以及在不同负载下的表现。 DC-AC变换器（逆变器）： 单相和三相逆变器的基本结构，如半桥、全桥逆变器。我们将深入分析其载波调制技术，包括PWM（脉冲宽度调制）的各种类型（SPWM、SVM等）及其原理，以及如何通过调制实现对输出电压幅值和频率的精确控制。 AC-DC变换器（整流器）： 无控整流、半控整流（带晶闸管）和全控整流（带IGBT、MOSFET）的原理与特点。重点分析其输入电流谐波、功率因数以及输出电压纹波等关键性能指标。 AC-AC变换器： 交流斩波器和交流变压器的基本原理与应用，分析其对交流电压和频率的变换能力。 在每一类拓扑的讲解中，我们都将强调其优缺点、适用场景以及在实际应用中可能遇到的挑战。 第二部分：控制系统的设计与实现 强大的控制系统是实现电力电子变换器高性能运行的关键。本部分将聚焦于控制策略的设计与实现： 控制器设计基础： 回顾PID（比例-积分-微分）控制器的工作原理、设计方法（时域、频域）及其在电力电子系统中的应用。我们将分析PID控制器的局限性，并介绍如何进行参数整定以优化动态响应和稳态精度。 先进控制策略： 深入探讨更复杂的控制方法，如： 滞环控制： 分析其简洁的实现方式和优缺点。 滑模控制： 介绍其鲁棒性优势以及在抑制扰动方面的能力。 模型预测控制（MPC）： 阐述其基于系统模型进行未来输出预测并优化控制输入的设计思想，以及其在多目标优化和处理约束条件方面的强大潜力。 数字控制与离散化： 讲解如何将连续时间域的控制算法转换为数字域的离散化算法，以及采样周期选择对系统性能的影响。 状态观测器设计： 介绍如何利用状态观测器（如卡尔曼滤波器）来估计系统状态变量，特别是在某些状态变量无法直接测量时，如何通过观测器来获得这些信息，以实现更精确的控制。 第三部分：仿真建模与工具链应用 理论与仿真模型的构建紧密结合，是验证设计和优化参数的必不可少环节。本部分将指导读者如何利用专业仿真软件进行电力电子系统的建模与分析。 仿真软件介绍： 重点介绍主流的电力电子仿真软件（如MATLAB/Simulink的Simscape Electrical、PLECS、PSIM等）的特点、界面和基本操作。 建模技术： 教授如何根据变换器拓扑和控制算法，在仿真环境中搭建准确的模型。这包括： 器件模型： 如何选择和配置功率器件、无源元件（电感、电容、电阻）的模型。 控制模型： 如何在仿真环境中实现PID、MPC等控制算法的模型。 系统集成： 如何将变换器模型与控制模型进行连接，构成完整的闭环系统。 仿真分析与调试： 指导读者如何进行仿真设置（步长、仿真时间、激励源等），以及如何分析仿真结果（电压、电流波形、谐波频谱、瞬态响应等），并根据仿真结果对设计进行调试和优化。 第四部分：实际应用案例与工程实践 理论学习与仿真分析最终需要回归到实际应用。本部分将通过具体的工程案例，展示电力电子变换器在不同领域的应用，以及设计中需要注意的工程细节。 典型应用场景分析： 新能源发电（光伏、风电）： 介绍并网逆变器、MPPT（最大功率点跟踪）控制器的设计原理与关键技术。 电动汽车： 讲解车载充电机、DC-DC变换器、驱动电机控制器等核心电力电子系统的设计要点。 工业驱动： 分析变频器在电机调速控制中的应用，以及软启动器等设备的设计。 储能系统： 阐述储能变换器（PCS）在能量管理和功率调节中的作用。 PCB设计与散热考虑： 探讨功率器件的PCB布局、走线、接地以及关键的散热设计，以保证系统稳定可靠运行。 电磁兼容性（EMC）： 介绍电力电子系统产生电磁干扰的来源，以及降低干扰的设计原则和常用抑制技术。 安全性与保护： 讨论过电压、过电流、短路等故障保护策略，以及隔离技术的应用。 本书的特色： 理论与实践并重： 深入浅出的理论讲解与贴合实际的仿真和工程案例相结合。 循序渐进的学习路径： 从基础概念到高级技术，逐步引导读者掌握复杂的设计与控制方法。 强调系统性思维： 将变换器、控制、仿真和应用作为一个整体进行分析和设计。 面向工程师与研究人员： 为电力电子领域的工程师、研究生以及对该领域感兴趣的读者提供一份宝贵的参考资料。 通过阅读本书，读者将能够掌握设计和分析各类电力电子变换器及其控制系统的能力，为实现高效、可靠、智能的电力电子解决方案奠定坚实的基础。