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特种电机及其控制

中国水利水电出版社
    【作 者】孙建忠 白凤仙 编著 【I S B N 】978-7-5084-2869-2 【责任编辑】张玉玲 【适用读者群】本科 【出版时间】2006-06-01 【开 本】16开本 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版 【页 数】224 【千字数】 【印 张】 【定 价】22 【丛 书】21世纪机械制造及其自动化系列 【备注信息】
图书详情

    现代特种电机技术是一门集电机技术、材料科学、计算机技术、现代控制理论、微电子技术和电力电子技术等现代科学技术于一体的新型技术。本书主要介绍一些正在兴起和已经取得广泛应用的特种电机的原理、分析及其控制方法。

    全书共7章,绪论部分介绍了特种电机的分类、应用及发展趋势。第1章介绍无刷直流电动机的结构、原理、主要特性和驱动控制系统。第2章介绍开关磁阻电动机的工作原理、分析方法、控制策略和驱动控制系统。第3章介绍步进电动机的工作原理、静动态特性和驱动控制方法。第4章和第5章分别介绍直线电机和盘式电机的原理及结构特点。第6章介绍超声波电机的原理、结构和控制及其发展概况。

    本书适合作为高等院校电气工程及其自动化专业和机电一体化专业的教学用书,也可作为相关领域的研究生和工程技术人员的参考书。

    尝试将特种电机本体及其驱动控制系统作为一个整体来讲解,以适应特种电机的发展趋势,力求贯彻理论联系实际的原则;既讲清基本原理和基本概念,又注重解决问题的方法

    微电子技术、电子计算机技术、电力电子技术和材料科学的飞速发展推动了特种电机的

    发展。电机技术所依托的理论和技术基础已远不限于电磁理论,还包括控制理论、系统理

    论、计算机技术、信号处理技术、电力电子技术等,形成了各学科互相渗透、互相交叉,甚至互

    相融合的现象。可以说,现代特种电机技术是集电机技术、材料科学、计算机技术、现代控制

    理论、微电子技术和电力电子技术等现代科学技术于一体的新技术。

    《特种电机及其控制》教材在编写时,尝试将特种电机本体及其驱动控制系统作为一个

    整体来讲解,以适应特种电机的发展趋势,并力求贯彻理论联系实际的原则,既讲清基本原

    理和基本概念,又注重解决问题的方法。希望学生能够从中领会各类知识的综合应用技巧,

    培养分析问题和解决问题的能力。

    本书主要介绍了无刷直流电动机、开关磁阻电动机、步进电动机和超声波电动机这些新

    型的机电一体化电机的原理、分析与控制方法,并介绍了直线电机和盘式电机的原理及其结

    构特殊性。为了便于教学,在保持全书系统性和完整性的基础上,各章自成体系,各院校可

    以根据具体需要有选择地讲授其中一种或几种电机。

    本书由大连理工大学孙建忠教授和白凤仙老师共同编写。太原理工大学张春镐教授担

    任本书主审,张春镐教授和大连理工大学杨振强副教授对教材内容的取舍和写法提出了许

    多宝贵意见,并对全书进行了仔细审阅;大连理工大学刘凤春副教授、董恩源博士和武汉工

    业学院秦士宏博士、周龙博士、李智博士参加了本书内容的讨论,并对部分章节的修改提出

    了宝贵意见;研究生宋伟官、邵长久、盛瑞明、李丹等参与了本书的资料收集与整理、文字输

    入、图形绘制和校对工作,在此表示深切的谢意。本书在编写中参考了国内外有关的研究成

    果和文献,对这些文献的作者也一并致谢。

    编者学识有限,难免存在失误或不当之处,恳请广大读者不吝批评指教。

    编 者

    2005年1月

    目 录
    前言
    绪论…………………………………………………………………………………………(1)
    O.1特种电机的定义与类型……………………………………………………………(1)
    0.2特种电机的应用……………………………………………………………………(2)
    0.3特种电机的发展方向………………………………………………………………(3)
    0.4本课程的内容简介和使用说明……………………………………………………(5)
    参考文献…………………………………………………………………………………(5)
    第1章无刷直流电动机及其控制系统…………………………………………………(6)
    1.1无刷直流电动机系统………………………………………………………………(6)
    · 1.1.1无刷直流电动机的组成………………………………………………………(6)
    1.1.2无刷直流电动机的基本工作原理…………………………………………(11)
    1.1.3无刷直流电动机与永磁同步电动机………………………………………(12)
    1.1.4无刷直流电动机的特点……………………………………………………(14)
    1.1.5无刷直流电动机的发展概况………………………………………………(15)
    1.1.6无刷直流电动机的应用与研究动向………………………………………(15)
    1.2三相无刷直流电动机的主电路及其工作方式…………………………………(16)
    1.2.1星形连接三相半桥主电路…………………………………………………(17)
    1.2.2星形连接三相桥式主电路…………………………………………………(18)
    1.2.3角形连接三相桥式主电路…………………………………………………(20)
    1.3无刷直流电动机的电枢反应……………………………………………………(22)
    1.4无刷直流电动机的基本公式……………………………………………………(23)
    1.4.1无刷直流电动机的数学模型………………………………………………(23)
    1.4.2无刷直流电动机的反电动势………………………………………………(24)
    1.4.3无刷直流电动机稳态性能的动态模拟……………………………………(25)
    1.4.4无刷直流电动机稳态性能的简化分析……………………………………(26)
    1.5无刷直流电动机的运行特性……………………………………………………(28)
    1.5.1机械特性……………………………………………………………………(28)
    1.5.2调节特性……………………………………………………………………(28)
    1.5.3工作特性……………………………………………………………………(28)
    1.6无刷直流电动机的转矩脉动……………………………………………………(29)
    1.6.1 转矩脉动的定义及引起转矩脉动的原因…………………………………(29)
    1.6.2换相与转矩脉动……………………………………………………………(30)
    1.7无刷直流电动机转子位置信号的检测…………………………………………(34)
    1.7.1转子位置传感器……………………………………………………………(34)
    1.7.2常用的无位置传感器位置检测方法………………………………………(36)
    1.7.3利用反电动势检测转子位置………………………………………………(37)
    1.8无刷直流电动机的控制原理及其实现…………………………………………(41)
    1.8.1 无刷直流电动机控制系统原理……………………………………………(41)
    1.8.2数字控制系统中PID控制算法的实现……………………………………(41)
    1.8.3 PWM调制方式………………………………………………………………f42)
    1.8.4正反转运行控制……………………………………………………………(44)
    1.8.5控制系统的实现……………………………………………………………(47)
    1.9无刷直流电动机控制专用集成电路及其应用…………………………………(50)
    1.9.1无刷直流电动机专用集成电路……………………………………………(50)
    1.9.2无刷直流电动机控制器MC33033的应用…………………………………(52)
    1.9.3无位置传感器无刷直流电动机控制器ML,4428的应用……………………(54)
    1.10无刷直流电动机的单片机控制…………………………………………………(58)
    1.10.1 电机控制用单片机的选择…………………………………………………(58)
    1.10.2基于C8051单片机的无刷直流电动机控制………………………………(58)
    1.10.3基于MCS一96系列单片机的控制系统……………………………………(60)
    1.11 基于I)SP’的无刷直流电动机无位置传感器控制………………………………(67)
    1.11.1‘FMS320LF2407的事件管理器简介………………………………………(68)
    1.11.2反电动势过零点检测………………………………………………………(69)
    1.11.3无位置传感器控制中无刷直流电动机的起动……………………………(73)
    1.11.4电流信号的检测……………………………………………………………f74)
    1.11.5故障处理与保护电路………………………………………………………(75)
    1.11.6控制方法与软件、……………………………………………………………f76)
    本章小结……….………………………………………………………………………..r77、
    练习与思考………:……………………………………………………………………..f78)
    技能扩展…………………………………………………………………………………f78)
    参考文献…………………………………………………………………………………f781
    第2章开关磁阻电机及其控制系统……………………………………………………(80)
    2.1开关磁阻电动机传动系统………………………………………………………(80)
    2.1.1 开关磁阻电动机传动系统的组成…………………………………………(80)
    2.1.2开关磁阻电动机的工作原理………………………………………………(81)
    2.1.3开关磁阻电动机的相数与结构……………………………………………(83)
    2.1.4开关磁阻电动机传动系统的特点…………………………………………(86)
    2.1.5开关磁阻电动机的发展概况………………………………………………(87)
    2.1.6开关磁阻电机的应用与研究动向…………………………………………(88)
    2.2开关磁阻电机的基本方程与性能分析…………………………………………(89)
    2.2.1 SR电机的基本方程………………………………………….……………..(89)
    2.2.2基于理想线性模型的SR电动机分析………………………………………(91)
    2.2.3考虑磁路饱和时SR电动机的分析…………………………………………(95)
    2.3开关磁阻电动机的控制原理……………………………………………………f97)
    2.3.1 SR电动机的运行特性………………………………………………………(97)
    2.3.2 SR电动机的基本控制方式…………………………………………………f98)
    2.3.3 SR电动机的起动运行……………………………………………………(101)
    2.3.4 SR电动机的四象限运行控制……………………………………………(102)
    2.4开关磁阻电动机的功率变换器…………………………………………………f103)
    2.4.1功率变换器常见的主电路形式…………………..……………………….f104)
    2.4.2功率开关器件和续流二极管的选用………………………………………f107)
    2.4.3主电路设计实例……………………………………………………………f108)
    2.5开关磁阻电动机传动系统的反馈信号检测……………………………………(110)
    2.5.1位置信号检测………………………………………………………………fll0)
    2.5.2速度检测……………………………………………………………………f115)
    2.5.3电流检测……………………………………………………………………f118)
    2.6开关磁阻电动机的控制系统原理及其实现……………………………………f121)
    . 2.6.1 SRD控制系统原理图………………………………………………………f 121)
    2.6.2 SRD控制系统的实现方法…………………………………………………f1211
    2.6.3 SRD系统中的数字PID算法……………………………………..……….(122)
    2.7基于80C196单片机的开关磁阻电动机控制器………………………………(123)
    2.7.1 MCS一96系列单片机的特点………………………………………………f123)
    2.7.2基于80C196KC单片机的SRD控制系统硬件……………………………(124)
    2.7.3控制系统软件简介……………………………………………..………….f129)
    2.8基于’rMS320LF2407 DSF’的开关磁阻电动机控制器…………………………(132)
    2.8.1 TMS320x24x系列DSF’控制器的特点……………………………………(132)
    2.8.2基于‘rMS3201_。F2407:DSF’的SRD控制器硬件……………………………(133)
    2.8.3基于irMS320LF2407 I)St’的SRD控制策略实现…………………………(135)
    2.9开关磁阻发电机…………………………………………………………………f137)
    2.9.1开关磁阻发电机系统的组成………一……………………………………f137)
    2.9.2开关磁阻发电机的工作原理………………………………………………f139)
    2.9.3开关磁阻发电机的能量传递………………………………………………f140)
    2.9.4开关磁阻发电机的控制策略………………………………………………(142)
    本章小结………………………………………………………………………………f143)
    练习与思考……………………………………………………………………………f144)
    技能扩展………………………………………………………………………………f145)
    参考文献………………………………………………………………………………f1451
    第3章步进电动机及其控制…………………………………………………………(147)
    3.1步进电动机的结构与工作原理…………………………………………………(147)
    3.1.1步进电动机的工作原理……………………………………………………f147)
    3.1.2反应式步进电动机…………………………………………………………f149)
    3.1.3永磁式和混合式步进电动机………………………………………………f 151)
    3.1.4步进电动机的特点…………………………………………………………(153)
    3.2反应式步进电动机的特性………………………………………………………(153)
    3.2.1步进电动机的静态特性……………………………………………………(153)
    3.2.2步进电动机的单步运行……………………………………………………(156)
    3.2.3步进电动机的连续运行和动特性…………………………………………(157)
    3.3步进电动机驱动控制器的构成…………………………………………………f161)
    3.4步进电动机的功率驱动电路……………………………………………………(162)
    3.4.1单极性驱动电路……………………………………………………………(162)
    3.4.2双极性驱动电路……………………………………………………………(165)
    3.5步进电动机的角度细分控制……………………………………………………(167)
    3.5.1角度细分控制原理…………………………………………………………(167)
    3.5.2角度细分控制的电路实现…………………………………………………(169)
    3.5.3细分控制专用集成电路……………………………………………………(170)
    3.6步进电动机的单片机控制………………………………………………………(172)
    3.6.1脉冲分配……………………………………………………………………(172)
    3.6.2步进电动机的速度控制……………………………………………………(175)
    3.6.3步进电动机的加减速与定位控制…………………………………………(176)
    本章小结………………………………………………………………………………(178)
    练习与思考……………………………………………………………………………(178)
    参考文献………………………………………………………………………………f179)
    第4章直线电动机……………………………………………………………………(180)
    4.1直线电动机概述………………...………………………………………………(180)
    4.1.1直线电动机的原理与分类…………………………………………………(180)
    4.1.2直线电动机传动的特点……………………………………………………(182)
    4.1.3直线电动机的发展…………………………………………………………f182)
    4.2直线感应电动机…………………………………………………………………(183)
    4.2.1直线感应电动机的基本原理………………………………………………(183)
    4.2.2直线感应电动机的结构特点………………………………………………(184)
    4.3直线直流电动机…………………………………………………………………f185)
    4.3.1永磁式………………………………………………………………………(185)
    4.3.2电磁式………………………………………………………………………f186)
    本章小结…………………………………………..………………………………….f1871
    练习与思考……………………………………………………………………………(187)
    技能扩展………………………………………………………………………………(187)
    参考文献………………………………………………………………………………(188)
    第5章盘式电机………………………………………………………………………(189)
    5.1盘式电机概况……………………………………………………………………(189)
    5.2盘式直流电机……………………………………………………………………(190)
    5.2.1盘式直流电机的结构特点…………………………………………………(190)
    5.2.2盘式直流电机的基本电磁关系……………………………………………(192)
    5.3盘式永磁同步电机的结构和特点………………………………………………(193)
    5.3.1盘式永磁同步电机的常见结构……………………………………………(193)
    5.3.2盘式无刷直流电动机………………………………………………………(195)
    本章小结………………………………………………………………………………(196)
    练习与思考……………………………………………………………………………(196)
    技能扩展………………………………………………………………………………(196)
    参考文献………………………………………………………………………………(197)
    第6章超声波电动机…………………………………………………………………(198)
    6.1超声波电动机概况………………………………………………………………(198)
    6.1.1超声波电动机的基本原理…………………………………………………(198)
    6.1.2超声波电动机的发展………………………………………………………(199)
    6.1.3超声波电动机的优点及其应用……………………………………………(200)
    6.1.4超声波电机存在的问题及研究重点………………………………………(201)
    6.2超声波电动机的常见结构与分类………………………………………………(202)
    6.2.1超声波电动机的常见结构…………………………………………………(202)
    6.2.2超声波电动机的分类………………………………………………………(205)
    6.3行波型超声波电动机的运行机理………………………………………………(206)
    6.3.1行波的形成…………………………………………………………………(206)
    6.3.2超声波电动机的调速机理…………………………………………………(208)
    6.4行波型超声波电动机的驱动控制………………………………………………(209)
    6.4.1行波型超声波电动机的调速控制方法……………………………………(209)
    6.4.2逆变器主回路………………………………………………….-..…………(210)
    6.4.3频率跟踪技术………………………………………………………………(210)
    本章小结………………………………………………………………………………(212)
    练习与思考……………………………………………………………………………(212)
    技能扩展……………………………………………吖………………………………(212)
    参考文献………………………………………………………………………………(213)
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