電動機及其計算機仿真

目 錄
第1章 緒論 1
1．1 電動機及電力傳動 1
1．2 負(fù)載特性及系統(tǒng)運動方程 4
1．2．1 生產(chǎn)機械的負(fù)載特性 4
1．2．2 電力拖動系統(tǒng)方程 5
1．3 電動機控制基礎(chǔ) 6
1．3．1 自動控制系統(tǒng) 6
1．3．2 電動機的控制技術(shù) 7
1．4 電動機仿真分析 8
1．4．1 電動機的有限元設(shè)計仿真 8
1．4．2 電動機控制的計算機數(shù)字仿真 9
第2章 電動機基本理論 10
2．1 磁路基本知識 10
2．2 變壓器 11
2．2．1 變壓器的基本工作原理 11
2．2．2 變壓器的空載運行 13
2．2．3 變壓器的基本參數(shù) 14
2．2．4 變壓器的運行特性 15
2．2．5 損耗與效率 15
2．2．6 三相變壓器 16
2．3 直流電機的基本工作原理 18
2．3．1 直流發(fā)電機的基本工作原理 18
2．3．2 直流電動機的基本工作原理 19
2．3．3 直流電動機的空載磁場 19
2．3．4 直流電動機的負(fù)載磁場 20
2．4 直流電動機方程 23
2．4．1 電動勢與電磁轉(zhuǎn)矩 23
2．4．2 電動勢、功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式 23
2．5 三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 25
2．6 電動機原理 27
2．7 三相異步電動機的機械特性 28
2．7．1 電磁轉(zhuǎn)矩 28
2．7．2 電動機的機械特性 29
2．8 三相異步電動機的控制 29
2．8．1 三相異步電動機的啟動 29
2．8．2 三相異步電動機的調(diào)速 30
2．8．3 三相異步電動機的反轉(zhuǎn) 31
2．8．4 三相異步電動機的制動 31
2．9 常用低壓電器 31
2．9．1 手動開關(guān) 32
2．9．2 按鈕 33
2．9．3 交流接觸器 33
2．9．4 繼電器 34
2．9．5 熔斷器 36
2．9．6 自動空氣開關(guān) 37
2．10 籠型電動機的直接啟動 37
2．10．1 籠型電動機的點動控制電路 38
2．10．2 籠型電動機的長動控制電路 39
2．10．3 籠型電動機的正反轉(zhuǎn) 39
2．10．4 籠型電動機的聯(lián)鎖控制 40
2．10．5 行程（限位）控制 41
2．10．6 時間控制 42
第3章 三相同步電動機和永磁同步電動機 44
3．1 三相同步電動機 44
3．1．1 三相同步電動機的工作原理和結(jié)構(gòu) 44
3．1．2 三相同步電動機的電磁關(guān)系 45
3．1．3 三相同步電動機的功率關(guān)系與矩角特性 49
3．1．4 三相同步電動機功率因數(shù)的調(diào)節(jié) 53
3．2 永磁同步電動機 55
3．2．1 永磁同步電動機的結(jié)構(gòu) 55
3．2．2 永磁同步電動機的運行原理 57
3．2．3 永磁同步電動機振動機理及其分析方法研究 59
3．2．4 基于能量法的電動機齒槽轉(zhuǎn)矩削弱原理 63
第4章 電動機的控制技術(shù) 65
4．1　三相異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 65
4．1．1　磁鏈方程 66
4．1．2　電壓方程 67
4．1．3　轉(zhuǎn)矩方程和運動方程 68
4．2　交流電動機的矢量控制技術(shù) 68
4．2．1　矢量控制的原理 68
4．2．2　坐標(biāo)變換與矢量變換 70
4．2．3　矢量變換控制調(diào)速系統(tǒng) 72
4．2．4　數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)設(shè)計 76
4．3　直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC） 78
4．3．1　異步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制 78
4．3．2　直接轉(zhuǎn)矩控制異步電動機的數(shù)學(xué)模型 81
第5章 電動機MATLAB和Ansoft仿真基礎(chǔ) 83
5．1 MATLAB的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 83
5．2 MATLAB常用命令 85
5．3 Simulink簡介 85
5．3．1 Simulink概述 85
5．3．2 Simulink簡單操作 86
5．3．3 SimPowerSystems工具箱 88
5．3．4 Simulink 運行 89
5．4 MATLAB簡單仿真算例 91
5．5 電動機模型的繪制及仿真設(shè)置 94
5．5．1 Ansoft電動機仿真啟動 94
5．5．2 具體建模過程 96
5．5．3 材料屬性與管理 102
5．5．4 邊界條件和激勵源設(shè)置 105
5．5．5 網(wǎng)格剖分和求解 106
第6章 電動機Ansoft有限元仿真 109
6．1 三相感應(yīng)電動機的仿真分析 109
6．1．1 電動機幾何模型創(chuàng)建 109
6．1．2 電動機仿真參數(shù)設(shè)置 114
6．1．3 仿真結(jié)果及分析 116
6．2 永磁無刷直流電動機的仿真分析 117
6．2．1 電動機幾何模型創(chuàng)建 117
6．2．2 電動機仿真參數(shù)設(shè)置 122
6．2．3 仿真結(jié)果及分析 123
6．3 永磁同步電動機齒槽轉(zhuǎn)矩有限元仿真 125
6．3．1 永磁同步電動機本體構(gòu)建 125
6．3．2 齒槽轉(zhuǎn)矩仿真參數(shù)設(shè)置 129
6．3．3 仿真結(jié)果及分析 129
第7章　電動機MATLAB數(shù)值仿真 132
7．1　三繞組變壓器仿真 132
7．1．1　三繞組變壓器帶負(fù)載模型的建立 132
7．1．2　模塊參數(shù)設(shè)定 132
7．1．3　仿真結(jié)果及分析 134
7．2　啟動仿真 135
7．2．1　串電阻啟動建模 135
7．2．2　仿真模塊參數(shù)設(shè)置 138
7．2．3　仿真結(jié)果及分析 140
7．3　交流電動機基于空間矢量PWM仿真 141
7．3．1　感應(yīng)電動機空間矢量控制模型建立 141
7．3．2　仿真模塊參數(shù)設(shè)置 142
7．3．3 仿真結(jié)果及分析 145
7．4　感應(yīng)電動機磁場定向控制 147
7．4．1　感應(yīng)電動機磁場定向控制模型建立 147
7．4．2　仿真模塊參數(shù)設(shè)置 148
7．4．3　仿真結(jié)果及分析 151
第8章 特殊結(jié)構(gòu)永磁電動機研究 153
8．1 特殊結(jié)構(gòu)永磁電動機的結(jié)構(gòu)和運行原理 153
8．2　電動機的建模 153
8．2．1　電動機有限元模型 153
8．2．2　在三相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 154
8．2．3　在任意速坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 156
8．2．4 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型 157
8．2．5　電動機仿真建模及控制分析 159
8．3　直接功率控制 163
8．3．1　瞬時功率理論 163
8．3．2　理想逆變器的數(shù)學(xué)模型和電壓空間矢量 164
8．3．3　特殊結(jié)構(gòu)永磁電動機直接功率控制原理分析 165
8．3．4 特殊結(jié)構(gòu)永磁電動機的直接功率控制 170
參考文獻(xiàn) 174