特种电机原理及应用（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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唐任远 著

图书标签:

• 特种电机
• 电机原理
• 电机应用
• 电力电子
• 驱动控制
• 电磁场
• 高等教育
• 工程技术
• 工业自动化
• 电气工程

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111287964

版次：2

商品编码：10255202

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2010-08-01

页数：226

正文语种：中文

内容简介

　　 《特种电机原理及应用（第2版）》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。全书共分9章，包括具有一般用途的永磁直流电动机和永磁同步电动机（第1章）、伺服控制类电机（第2、3、6章）、开关磁阻类电机（第4、5章）、信号检测类电机（第7、8章）以及非传统电磁原理电机（第9章）等。
《特种电机原理及应用（第2版）》着重说明特种电机的基本理论及其典型应用，力求文字简练，尽量避免繁琐的论证和公式推导，力求反映当代特种电机发展的新成果。
《特种电机原理及应用（第2版）》可作为“电气工程及其自动化”、“自动化”、“机械电子工程”等专业以及其他相近专业讲授“特种电机及应用”课程的教材或教学参考书，也可作为有关科技人员的自学和参考用书。

内页插图

目录

前言
绪论
0.1 特种电机发展概况
0.2 永磁材料及其特性
0.2.1 永磁材料特性
0.2.2 几种常用的永磁材料
0.3 永磁磁路计算基础
0.3.1 永磁体等效成磁通源或磁动势源
0.3.2 空载和负载时的等效磁路
0.3 永磁体工作点的确定
0.3.4 永磁体的最佳工作点
0.4 本课程的性质与任务

第1章 永磁直流电动机与永磁同步电动机
1.1 概述
1.1.1 永磁同步发电机
1.1.2 高效永磁同步电动机
1.1.3 调速永磁同步电动机和永磁无刷电动机
1.1.4 永磁直流电动机
1.1.5 永磁特种电机
1.2 永磁直流电动机
1.2.1 基本结构
1.2.2 基本方程和运行特性
1.2.3 动态特性
1.3 永磁同步电动机
1.3.1 转子磁极结构
1.3.2 稳态运行分析
1.3.3 稳态运行特性
1.3.4 起动过程分析
思考题与习题

第2章 永磁无刷电动机
2.1 永磁无刷电动机的构成和工作原理
2.1.1 永磁无刷电动机的构成
2.1.2 空载气隙磁场
2.1.3 绕组与电动势
2.1.4 电磁力和电磁转矩
2.1 5永磁无刷电动机的工作原理
2.2 位置传感器
2.2.1 霍尔位置传感器
2.2.2 旋转变压器
2.2.3 光电编码器
2.2.4 磁性编码器
2.3 方波电压驱动永磁无刷电动机
——永磁无刷直流电动机
2.3.1 电压方程式和转矩公式
2.3.2 方波驱动和驱动模式
2.3.3 简化情况下方波驱动永磁无刷电动机的特性
2.3.4 方波驱动永磁无刷电动机的控制
2.4 正弦波电压驱动永磁无刷电动机
——永磁交流伺服电动机
2.4.1 电压方程式和转矩公式
2.4.2 驱动模式
2.4.3 正弦波电压驱动永磁无刷电动机的驱动控制
2.5 无独立位置传感器的永磁无刷电动机
2.5.1 引言
2.5.2 基于反电动势的位置预估
2.5.3 利用定子电压、电流估算转子位置
2.5.4 无独立位置传感器的永磁无刷电动机的矢量控制
2.5.5 无独立位置传感器的永磁无刷电动机的起动问题
2.6 永磁无刷电动机的定位力矩和波动力矩
2.6.1 定位力矩
2.6.2 波动力矩
思考题与习题

第3章 直直流服电动机与两相交流伺服电动机
3.1 概述
3.2 直流伺服电动机
3.2.1 工作原理与结构特点
3.2.2 控制方式
3.2.3 稳态特性
3.2.4 动态特性
3.3 两相交流伺服电动机
3.3.1 基本结构与工作原理
3.3.2 控制方式
3.3.3 稳态特性
3.3.4 动态特性
思考题与习题

第4章 步进电动机
4.1 概述
4.2 步进电动机的结构
4.2.1 反应式步进电动机的结构
4.2.2 永磁式步进电动机的结构
4.2.3 混合式步进电动机的结构
4.3 反应式(磁阻式)步进电动机的工作原理
4.3.1 三相单三拍通电方式
4.3.2 三相双三拍通电方式
4.3.3 三相单、双六拍通电方式
4.4 反应式步进电动机的运行特性
4.4.1 静态运行特性
4.4.2 单步运行状态
4.4.3 连续脉冲运行状态
4.5 驱动电源
4.5.1 对驱动电源的基本要求
4.5.2 驱动电源的构成
4.6 步进电动机的应用
思考题与习题

第5章 开关磁阻电机驱动系统
5.1 概述
5.1.1 开关磁阻电机驱动系统的基本构成
5.1.2 开关磁阻电机驱动系统的特点
5.2 开关磁阻电动机的基本工作原理和结构
5.2.1 工作原理
5.2.2 相数与定子、转子齿极数的关系
5.2.3 绕组的联结方式与极性分布
5.3 基本电磁关系
5.3.1 基本电路方程
5.3.2 相绕组电流
5.3.3 转矩、功率与能量传递
5.3.4 机械特性
5.4 功率变换器
5.4.1 主电路拓扑结构
5.4.2 功率变换器的容量
5.4.3 开关器件的选择
5.4.4 辅助电路
5.5 控制系统
5.5.1 电流斩波控制
5.5.2 角度位置控制
5.6 反馈信号检测
5.6.1 位置检测
5.6.2 相电流检测
5.6.3 转速检测
5.7 制动运行与发电运行
5.7.1 制动运行原理
5.7.2 发电运行
5.8 开关磁阻电机驱动系统的应用
思考题与习题

第6章 直线电动机
6.1 概述
6.2 直线感应电动机
6.2.1 基本结构
6.2.2 工作原理
6.2.3 运行特性
6.2.4 边端效应
6.3 永磁直线电动机
6.3.1 基本结构
6.3.2 工作原理与运行特性
6.3.3 齿槽推力
6.3.4 边端效应
6.4 直线电动机的应用
思考题与习题

第7章 角位传感电机
7.1 概述
7.2 自整角机
7.2.1 基本结构
7.2.2 工作原理
7.2.3 无接触式自整角机和双通道自整角机
7.3 旋转变压器
7.3.1 基本结构
7.3.2 工作原理
7.3.3 无接触式旋转变压器和双通道旋转变压器
7.4 固态角位传感电机
7.4.1 固态自整角变压器
7.4.2 固态自整角差动发送机
7.4.3 固态自整角发送机和数字自整角机(旋转变压器)转换器
7.5 角位传感电机的应用
思考题与习题

第8章 测速发电机
8.1 概述
8.2 直流测速发电机
8.2.1 基本结构与工作原理
8.2.2 输出特性分析
8.3 交流测速发电机
8.3.1 特点与分类
8.3.2 杯形转子异步测速发电机
8.4 其他类型测速发电机
8.4.1 永磁直流直线测速发电机
8.4.2 无刷直流测速发电机
8.4.3 脉冲测速发电机
8.5 测速发电机的应用
思考题与习题

第9章 超声波电机
9.1 概述
9.2 压电陶瓷的超声频振动机理
9.2.1 压电效应
9.2.2 机电耦合效应
9.2.3 振动模态
9.2.4 压电陶瓷的系统方程及等效电路
9.3 超声波电机的基本结构和工作原理
9.3.1 基本结构
9.3.2 工作原理
9.4 驱动控制技术
9.4.1 控制方式
9.4.2 控制技术
思考题与习题
参考文献

精彩书摘

属于磁阻类电机的还有低速同步电动机等多种特种电机。本书仅选择了步进电动机和开关磁阻电动机予以分析。
工农业生产和交通运输中有一部分机械是直线运动的。过去使用旋转电动机，再通过机械传动装置将旋转运动变为直线运动，使得整个装置体积庞大、成本较高而效率较低。如果采用直线电动机，就可能会很好地解决这些问题。对直线电动机的探索性研究最早可追溯到1840年，至今已有。160多年的历史，但由于技术和应用等方面的原因，始终没有突破性进展。近几十年来，人们对能够直接产生直线运动的直线电动机进行了深入研究，解决了其理论分析和计算中的许多难题，特别是高性能永磁材料的出现和应用，加快了直线电动机的发展。高性能永磁材料在许多领域获得了应用并取得了良好的效果。例如，在计算机装置中，永磁直线直流电动机（又称音圈电动机）在外围设备方面获得了极广泛的应用，并且促进了计算机外围设备的小型化。在交通运输领域，利用直线电动机制成了时速高达500kn/h的磁悬浮列车；在工业领域，直线电动机被用于生产输送线，以及需要进行各种横向或垂直运动的一些机械设备中（如数控机床的横向进给和电火花机床的垂直进给装置）；在军事领域，利用直线电动机制成各种电磁炮。除此之外.直线电机还被用于各种各样的民用装置，如电动门窗等。
直线电机不仅在结构上相当于从旋转电机演变而来，而且在工作原理上也与旋转电机相似，几乎每种旋转电机都有与之相对应的直线电机。因此，直线电机作为特种电机，其分类也与旋转的特种电机大致相同，可以说是多种多样的。本书重点介绍了基本的常用的直线感应电动机和永磁直线电动机。
信号检测与传感电机的主要功能是将转轴的速度或位置等机械信息转换成电信号，或者将输入的电信号转换成转子角位移，其特点是输入和输出具有严格的函数关系，或者输出能准确地反映输入。这类电机主要有测速发电机、自整角机、旋转变压器、转角编码器、旋转变压器／数字转换器、自整角机／数字转换器和电机扩大机等。它们广泛应用于人造卫星、宇宙飞船、飞机和舰船等航天、航空和航海领域。以及导弹、火箭、自动火炮和雷达战车等军事领域，用作各类自动化装置的定位与位置传感、坐标变换与解算、速度解算与反馈等；在工业自动化方面，这类电机用于自动控制、遥控、遥测和自动监控系统中的检测与解算。信号检测与传感电机种类繁多，本书着重介绍了自整角机、旋转变压器和测速发电机这3种特种电机。

前言/序言

　　本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，是根据教育部的相关要求和精神组织编写的。
　　与传统感应电机、同步电机和直流电机相比，在工作原理、励磁方式、技术性能或功能以及在结构上有较大特点的电机统称为特种电机。特种电机的种类繁多，而且发展很快。经过反复斟酌取舍，本书确定了以“反映当代新技术、应用广泛、兼顾传统”作为选材原则。全书共分9章，包括具有一般用途的永磁直流电动机和永磁同步电动机（第l章）、伺服控制类电机（第2、3、6章）、开关磁阻类电机（第4、5章）、信号检测类电机（第7、8章）以及非传统电磁原理电机（第9章）等。
　　本书虽作为1998年5月由机械工业出版社出版的普通高等教育机电类规划教材《特种电机》的第2版，但与原书相比已有很大不同。原书是为“电机及其控制”专业《特种电机》选修课而组织编写的，在介绍特种电机结构和工作原理的基础上，着重介绍了特种电机的设计技术。本书的适用专业则广泛得多，对于“电气工程及其自动化”、“自动化”、“机械电子工程”等专业以及其他相近专业，均可作为教材或教学参考书选用。本书内容主要包括特种电机的结构、原理、特性、控制及应用，基本上不涉及电机的设计制造。因此，与原书相比，无论是书名、适用专业，还是其内容和侧重点，都已经是一本全新的教材。
　　本书是在各位编者所在单位科研成果的基础上编写的，同时参考了国内外有关的最新科研成果和文献，反映了这几种电机国内外的最新科研成果和应用动态。
　　本书着重说明特种电机的基本理论及其典型应用，在编写中力求贯彻理论联系实际的原则，力求文字简练，尽量避免繁琐的论证和公式推导。
　　本书由沈阳工业大学唐任远院士担任主编并编写绪论和第1章，哈尔滨工业大学陆永平教授和杨贵杰教授编写第2章，沈阳工业大学王成元教授编写第3章和第6章，华中科技大学詹琼华教授编写第4章和第5章，沈阳工业大学王益全教授编写第7-9章。
　　本书由浙江大学陈永校教授和天津大学杨渝钦教授担任主审。两位教授对本书的结构和内容提出了很多宝贵意见，在此表示衷心感谢。
　　由于编著者水平有限，书中缺点和错误在所难免，欢迎读者批评指正。

现代电力电子技术与控制系统设计 本书聚焦于电力电子技术在现代工业控制与新能源领域中的前沿应用与核心理论，旨在为读者提供一套全面、深入且具有实践指导意义的知识体系。 本书并非传统意义上的电机学教材，而是紧密围绕现代电力电子变换器、先进控制策略以及系统集成展开论述。内容涵盖了从电力电子器件基础特性到复杂多电平变流器控制、从经典控制到现代智能控制算法在电力驱动中的应用，以及面向电网侧的柔性直流输电（HVDC）和微电网核心技术。 第一部分：电力电子变换器核心理论与拓扑结构 本部分深入剖析了当前工业界和学术界广泛应用的关键电力电子变换器的基本工作原理、数学模型及设计要点。 1. 功率半导体器件的深入分析： 详细阐述了IGBT、SiC MOSFET等第三代半导体器件的物理结构、导通损耗、开关特性与热管理挑战。着重分析了器件在不同工作模式下的损耗模型建立，以及如何通过优化开关频率和驱动电路来提升器件的可靠性和效率。探讨了它们在应对高电压、高频率应用场景时的优缺点对比。 2. 开关变换器拓扑的演进与优化： 系统梳理了直流-直流（DC-DC）变换器、单相/三相电压源逆变器（VSI）的经典结构。在此基础上，重点引入了高效率、高功率密度的新型拓扑，例如： 多电平变流器（MLI）技术： 详细对比了中点钳位（NPC）、飞跨电容（FSC）和级联H桥（CHB）的结构特点、谐波抑制能力和调制策略。特别关注了无源/有源平衡控制技术在确保各电平电压一致性中的作用。 高频隔离变换器： 针对通信电源和医疗设备应用，深入分析了LLC谐振变换器和多谐振串联（MTS）拓扑的工作状态图、软开关实现条件及其对EMI/EMC的影响。 3. 脉宽调制（PWM）与调制策略： 超越传统的正弦脉宽调制（SPWM），本书详细介绍了面向特定应用的高级调制技术： 空间矢量调制（SVM）： 针对三相变流器，从复平面角度推导了零矢量选择对输出谐波和直流电压利用率的影响。设计了针对低开关频率、高动态响应需求的优化SVM策略。 不规则采样与随机脉宽调制（RPWM）： 分析了RPWM在降低特定频率谐波峰值、分散噪声能量方面的优势，并讨论了其在声学噪音敏感系统中的应用。 第二部分：先进控制理论与电力驱动系统 本部分是全书的技术核心，聚焦于如何利用先进的控制方法实现对电力电子系统的高性能、高鲁棒性控制。 1. 经典控制器的设计与参数整定： 回顾了PI控制器的基本结构，详细阐述了如何利用Bode图、Nyquist图等频域分析工具对控制回路进行稳定裕度和带宽的精确设计。重点讨论了在电机驱动中，如何消除时滞对控制性能的影响，以及如何进行小信号模型线性化。 2. 基于模型的预测控制（MPC）： 系统介绍了MPC技术在电力电子领域的应用，包括： 无模型预测控制（NMPC）： 阐述了其利用系统数学模型在线预测未来状态的核心思想，并对比了不同成本函数的构建方式（如：电压/电流误差最小化、开关次数最小化）。 有限集模型预测控制（FSM-MPC）： 分析了其无需复杂的调制级即可直接输出开关信号的优势，特别是在多电平变流器和电机驱动中的快速响应特性。 3. 现代控制与鲁棒性设计： 引入了更复杂的控制框架以应对系统参数不确定性和外部扰动： 滑模控制（SMC）： 详细推导了滑模观测器在估计电机转矩和速度上的应用，并讨论了如何通过引入趋近律设计来有效抑制“抖振”现象。 自抗扰控制（ADRC）： 深入解析了ADRC中扩张状态观测器（ESO）的工作机制，展示了其如何实时估计并补偿未建模动态和外部干扰，实现对交流电机速度和位置的精确控制。 4. 电机驱动系统的动态控制： 重点讨论了永磁同步电机（PMSM）和异步电机（IM）的矢量控制（FOC）策略。详细分析了磁场定向控制中的坐标变换误差、电流环/速度环的解耦实现，以及在电容电压波动或系统故障条件下，如何设计鲁棒的转矩前馈控制。 第三部分：系统集成与新兴应用 本部分探讨了电力电子技术在大型电能变换和可持续能源系统中的集成应用。 1. 柔性直流输电（HVDC）与电网支撑： 详细分析了基于电压源换流器（VSC-HVDC）的并网技术。重点讨论了： 交直流系统并网控制： VSC与同步发电机之间的暂态稳定问题、锁相环（PLL）的设计及其在电网弱支撑条件下的稳定性挑战。 黑启动与电网故障穿越能力： 分析了变流器如何提供惯量支撑、阻尼支撑，以及在电压骤降事件中保持电流输出的控制策略。 2. 储能系统与微电网管理： 研究了多端口、多电压等级的储能变流器（PCS）设计。探讨了微电网中的“下垂控制”（Droop Control）原理，如何通过虚拟同步发电机（VSG）技术，使逆变器模拟传统同步发电机响应，实现并联运行下的功率均分和系统惯量支撑。 3. 智能制造中的应用： 讨论了高性能伺服驱动系统的最新发展，包括高带宽、低延迟的闭环控制架构，以及如何利用状态监测和在线诊断技术，预测伺服系统的退化趋势，提升工业自动化设备的可靠性。 本书特色： 本书理论深度足够支撑研究生阶段的学习，同时兼顾了工程实践的需求。书中所有关键理论推导均配有详细的数学步骤，并在关键章节后提供了基于MATLAB/Simulink和C2000系列DSP的仿真验证案例，帮助读者将抽象的控制算法转化为可执行的硬件代码和系统模型，是电力电子工程师、控制系统设计人员以及相关专业研究人员的实用参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这本《特种电机原理及应用（第2版）》真是一本让人眼前一亮的专业书籍，虽然我之前对电机理论有所涉猎，但这本书在深入浅出地阐述复杂概念方面做得非常出色。特别是对于那些非常规电机，比如永磁同步电机、开关磁阻电机以及一些特种伺服电机，作者不仅详细介绍了它们的结构特点和工作原理，还结合大量的工程实例进行了分析。书中的图示和仿真结果清晰直观，能让人快速把握理论与实践之间的联系。我尤其欣赏的是作者在分析电机控制系统时所展现出的严谨性，从磁场定向控制到先进的电流控制策略，都讲解得层次分明。对于正在进行电机设计或研发工作的工程师来说，这本书无疑是一本宝贵的参考资料，它提供了一个坚实的理论基础和丰富的应用视角，帮助我们解决实际工程中的难题。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，我对于专业书籍的“第二版”通常会持谨慎态度，总担心内容更新不及时或者只是小修小补。然而，《特种电机原理及应用（第2版）》完全打消了我的疑虑。它明显在现有基础上进行了大量的充实和现代化改造，尤其是在电力电子驱动方面的内容，紧跟了最新的功率器件发展趋势。比如，关于SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）在电机驱动中的应用潜力分析，就体现了作者与时俱进的学术视野。书中对建模和仿真的工具选择上也更加贴近现代工程软件的操作习惯，这对于提升读者的实际操作能力非常有帮助。这本书的质量，完全配得上“经典再升级”的评价。

评分☆☆☆☆☆

阅读《特种电机原理及应用（第2版）》的体验，更像是在和一位经验丰富的导师对话。我发现这本书的叙述风格非常注重逻辑性和连贯性，不同章节之间的衔接自然流畅，使得学习过程非常顺畅。它不仅仅停留在对基础理论的罗列，更深入地探讨了特种电机在不同运行工况下的动态性能和优化方法。比如，在讨论高精度定位和调速系统时，作者对各种传感器的选型和数据处理方法也进行了细致的剖析。对于初入该领域的学生或者希望拓展知识面的技术人员而言，这本书提供了非常全面的知识体系。它没有那种枯燥的教科书腔调，而是充满了对技术细节的执着和对工程实践的尊重，读完后感觉自己的知识结构得到了极大的完善和提升。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感受是“厚重而不失灵动”。结构上，它非常扎实，基础理论部分讲解得极其严密，每一步推导都逻辑清晰。但它的“灵动”之处在于，它能将这些复杂的理论与工程中的实际问题紧密结合起来。比如，在探讨电机散热设计时，不仅仅是给出了热模型，还结合了不同的冷却方式进行了对比分析，这种跨学科的视角让读者受益匪浅。我发现自己很多以前在实际工作中遇到的困惑，通过对照书中的讲解，都得到了豁然开朗的解答。这本书不仅仅是一本工具书，更是一部能够激发读者深入思考、勇于创新的优秀著作。

评分☆☆☆☆☆

这本书在特种电机领域的覆盖范围之广，确实令人印象深刻。我过去接触过的教材往往侧重于某一种或某几类电机，但这一版《特种电机原理及应用》似乎将当前主流和前沿的特种电机都囊括了进来。无论是用于新能源汽车的扁线电机，还是在航空航天领域有特殊要求的无刷直流电机，书中都给出了详尽的论述。我特别喜欢它对“应用”部分的重视，很多章节后面都附带了实际案例分析，这些案例不仅展示了理论的应用，还揭示了设计和制造过程中可能遇到的挑战与解决方案。这使得这本书的实用价值远超一般理论教材，对于想将理论知识转化为实际生产力的读者来说，简直是如虎添翼。

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