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| 內容簡介： |
本书系统地介绍了车用交流驱动电机的工作原理和控制理论基础，本书的主体内容编撰自车用电驱动技术、电机学、交流电机控制等，内容组织上共分为三部分：驱动电机的电磁学基础、交流电机的基本工作原理、车用交流电机矢量控制理论基础和系统集成。
本书在内容编排上充分考虑与非自动化类专业的课程体系衔接，力求体系完整；数学分析方法和物理表征尽可能前后一致，主要采用了空间矢量和能量法表述电机的机电能量转换过程。
本书可以用作非自动化专业的本科或研究生教材，也可供相关技术领域从事交流电机及其控制相关工作的工程师参考。
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| 目錄：
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序
前言
主要符号表
第1章绪论1
1.1电机的发展简史1
1.2车用驱动电机的特点和常用类型4
1.2.1车用驱动电机的基本构成和主要技术特点4
1.2.2车用驱动电机的主要类型5
1.3车用驱动电机的典型应用5
1.3.1ISG与P2电机5
1.3.2电机与变速器的集成7
1.3.3三合一电驱动总成8
1.3.4轮毂电机9
小结11
第2章磁场与磁路13
2.1磁场的产生和度量13
2.1.1磁场及其度量13
2.1.2电流的磁效应14
2.1.3（电）磁力17
2.2电磁感应19
2.2.1法拉第电磁感应定律楞次定律19
2.2.2动生电动势19
2.2.3感生电动势21
2.3磁介质22
2.3.1磁介质和磁化强度22
2.3.2磁介质中的安培环路定理23
2.3.3铁磁材料、硬（永）磁材料25
2.3.4磁场的储能27
2.4磁路及其基本定律28
2.4.1磁路的基本定律29
2.4.2磁路的并联和串联31
2.5典型直流磁路34
2.5.1双线圈励磁、磁链34
2.5.2永磁磁路的计算特点37
2.6典型交流磁路——单相变压器39
2.6.1正弦（时间变）量的相量表示39
2.6.2单相交流电路中的有功功率和功率因数40
2.6.3交流磁路的特点和变压器的原理41
2.6.4变压器的空载运行42
2.6.5变压器的负载运行45
小结47
习题48
第3章机电能量转换与电磁转矩的生成54
3.1具有机械端口的电磁系统直线电机模型54
3.2电磁系统的储能——磁能与磁共能56
3.2.1电机内部的能量转换过程概述56
3.2.2磁路的磁能与磁共能57
3.3电磁转矩的生成和统一表达式60
3.3.1电磁转矩的生成60
3.3.2机电能量转换过程62
3.3.3磁阻转矩64
3.4机电能量转换的一般原理67
3.4.1拉格朗日麦克斯韦方程67
3.4.2双激励电磁装置分析69
小结75
习题75
第4章交流绕组及其磁动势77
4.1典型交流绕组结构77
4.1.1交流绕组的分类和主要设计参数77
4.1.2三相分布绕组的设计80
4.2正弦电流激励单相绕组的磁动势85
4.2.1单相绕组的磁动势85
4.2.2余弦电流激励下单相绕组的（脉振）磁动势88
4.3对称三相电流激励三相绕组的磁动势89
4.3.1三相绕组的基波合成磁动势89
4.3.2电机的时空一致性、空间矢量91
4.3.3平面旋转磁动势的空间矢量表达92
4.4定子电压、电流及磁链矢量93
4.4.1定子电流矢量和电压矢量93
4.4.2定子磁链矢量95
4.5空间矢量的微分运算和线性变换97
4.5.1空间矢量的矢量变换97
4.5.2空间矢量的坐标变换100
4.5.3等幅值线性变换前后的磁共能计算101
4.5.4空间矢量的微分运算102
小结107
习题108
第5章永磁同步电机的空间矢量描述和磁场定向控制110
5.1永磁同步电机转子结构及物理模型110
5.1.1面装式永磁同步电机物理模型110
5.1.2内置式永磁同步电机物理模型112
5.2空间矢量方程113
5.2.1定子磁链和电压方程113
5.2.2电压矢量方程在同步坐标系下的分解115
5.3永磁同步电机磁共能和转矩模型118
5.4永磁同步电机的磁场定向控制120
5.4.1永磁同步电机的矢量控制和磁场定向120
5.4.2恒转矩曲线、电流极限圆和MTPA121
5.4.3电压极限椭圆、弱磁控制和MTPV123
5.4.4永磁同步电机制动的基本原理128
小结129
习题130
第6章感应电机的空间矢量描述和磁场定向控制133
6.1感应电机的转子结构和工作原理133
6.1.1三相感应电机的转子结构133
6.1.2三相感应电机的工作原理和物理模型134
6.1.3定子坐标系、转子坐标系和磁场同步坐标系135
6.2感应电机的矢量方程136
6.2.1感应电机定、转子的电感与磁链136
6.2.2静止轴系下的空间矢量方程140
6.2.3任意同步旋转DQ轴系矢量方程142
6.2.4转子固结abc轴系矢量方程144
6.3转子磁场的建立过程及其定向144
6.3.1动生电动势诱导的转子t轴磁动势145
6.3.2感生电动势诱导的转子m轴磁动势147
6.4转子磁场定向MT轴系矢量方程149
6.4.1MT轴系的定义和特征149
6.4.2定、转子磁链方程150
6.4.3定、转子电压方程151
6.4.4定、转子电流方程152
6.4.5转矩方程153
6.5基于转子磁场定向的矢量控制系统156
6.5.1电压电流模型156
6.5.2电流转速模型157
6.6转子磁场定向感应电机控制的实现158
6.6.1转子磁场定向控制的基本结构159
6.6.2最大转矩电流比控制159
6.6.3弱磁控制160
小结161
习题162
第7章车用电机驱动逆变技术164
7.1脉宽调制逆变器和空间矢量调制原理164
7.1.1定子电压基矢量164
7.1.2伏秒等效原理和SVPWM167
7.2车用功率半导体器件技术169
7.2.1功率半导体器件概述170
7.2.2（车用）绝缘栅双极晶体管（IGBT）175
7.2.3第三代宽禁带半导体技术概述177
7.3车用电机控制器技术和装置177
7.3.1车用电机控制器的基本构成177
7.3.2车用电机控制器的关键参数设计178
7.3.3车用电机控制器的硬件控制功能及其实现181
7.3.4车用电机控制器的软件控制功能及其实现186
小结188
习题188
第8章车用电驱动系统的集成189
8.1车用电驱动系统的负载平衡189
8.1.1车用电驱动力与行驶阻力的
平衡189
8.1.2车用电驱动系统的外特性191
8.1.3车用电驱动系统的功率和效率
特性193
8.2车载电源对电驱动系统的影响195
小结197
习题197
参考文献198
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| 內容試閱：
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作为机电能量转换的基本部件，电机在各行业中的地位越来越重要。
从输出特性看，电机本身具有优异的动态和稳态性能，所以在很多应用场合，电机都可以与负载实现解耦，也就是说，电机可以作为一个理想的转矩源或者转速源，不用考虑其动态特性、负载特性等非理想特性，这就允许独立于负载工作机来控制电机。但是，随着电机的应用越来越普遍，很多场合中电机与负载机械在能量、信息上的耦合越来越紧密，考虑电机自身的电磁学特性势所必然。特别地，在很多应用领域，电机在机械和电气上都要与应用设备高度集成和一体化，因此越来越专业化。这样的场合体现在电动汽车、机器人、机电一体化等各种行业和应用领域。为此，电机的机电能量转换过程已经成为很多非自动化专业的重要专业基础知识。本书即是考虑这类高校专业教学需求编撰而成的。
为达成上述编撰目标，本书特别有如下侧重点。
首先，本书力求体系完整，能较完整地体现电机原理及其控制理论基础知识。本书的主体内容是传统的“电机学”和“电机控制”的整合，部分参考了“电机与拖动”的知识体系，考虑到体系上的需要，归并了磁场和磁路的基本理论作为基础知识，补充了车用电驱动系统作为应用需求。
其次，考虑到读者建立相应知识体系的便利性，本书突出强调空间矢量在电机及其控制分析中的作用，将空间矢量作为统一的数学手段不断强化并反复应用。空间矢量分析方法在理论力学、机械振动等很多学科中都是基础的数学手段，因此可接受程度更好。当然，这样处理的一个问题就是对物理模型的准确性和完备性要求比较高，传统电机学可以通过电路等效等方式辅助理解电机的工作过程，但是在本书中，更加依赖于学生的数学分析功底去建立物理过程与数学模型之间的关联关系。
再次，基于磁（共）能和虚位移原理统一表述机电能量转换的数学表达公式和推导过程，统一用虚位移公式表示转矩。这一处理方式也是考虑了理论力学中虚位移原理和基于能量的分析方法的广泛应用和可接受度。
本书内容的组织分为以下3个主要部分。
第一部分是基础知识部分，共3章，希望读者建立或强化电磁系统的基本概念和掌握电磁系统的一般分析方法。第1章绪论主要介绍了电驱动技术的发展历程和当前车用电驱动系统的应用概况。第2章介绍磁场和磁路，首先要求读者深入理解磁场的物理本质并熟练掌握磁场的基本定量分析方法，磁路部分将三维的磁场降维为一维的磁路系统，选取典型直流磁路和交流磁路加以介绍。第3章从能量的角度分析了机电能量转换的基本原理和统一数学表达。
第二部分介绍交流电机的基本工作原理和矢量控制基础，共3章。其中，第4章系统介绍了绕组的结构形式及其数学表征，并完整引入空间矢量的数学表述和运算。第5章和第6章分别介绍永磁同步电机和感应电机的工作原理、空间矢量模型及其磁场定向控制方法，在内容安排上同步电机在先、异步电机在后，以方便读者循序渐进地理解。
第三部分是车用电驱动系统集成控制相关内容，共两章。第7章介绍了空间电压矢量脉宽调制原理和功率半导体技术基础。第8章介绍了车用电驱动系统集成需考虑的主要问题。
关于教学组织，本书内容主要针对周学时数为3的课程设置，对于周学时数为2的情况，可选择第6章或者第7章作为课外拓展内容，不在课堂讲授。根据读者情况，也可以跳过第一部分的基础知识内容。本书对读者前序课程要求主要是“大学物理”和“电工学”的基本内容，与机械类本科基础课程知识体系相容，受众面较广。通过本课程的学习，读者可以掌握电机分析及其控制的基础知识，为电机设计和电机的控制集成奠定扎实的理论基础。本书的部分内容（3.4节、4.5节、7.2节）涉及的学科基础未能在书中完整介绍，宜作为扩展内容选修，并不会影响其他章节的学习。
本书在编写过程中得到了很多同行的支持和帮助，特别要感谢同济大学的孙泽昌教授和袁登科老师，他们认真审阅了初稿，并给出诸多修改建议。此外要感谢陈辛波教授、王心坚老师的中肯意见。在成书过程中，任举、周水华等同学做出了不同程度的贡献，在此一并表示感谢。
电机学及其控制技术体系完整，前辈大师云集，编者断无越矩之意，以不逊妄自成文，但求令阅者多一选择。文中参考标注未能详尽和内容上的诸多不当之处，敬请批评指正。
本书最初构思于2018年春天，彼时小儿刚刚出生、小女刚上初中，两年来这本书也算是和他们一起成长，就把这本书献给他们吧，希望他们长大后多做对社会有益的事情。本书定稿于庚子年春，这是一个令人难忘的特殊时期。
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