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內容簡介

　　《微特電機》係統地介紹瞭各種微特電機運行原理、性能特點和設計方法等內容。全書共分三篇：上篇介紹通用基礎理論，分彆從電磁理論基礎、磁路分析與永磁磁路、交流繞組基礎、損耗與發熱、振動、噪聲與電磁兼容、電機常用分析方法等方麵進行詳細講述；中篇介紹伺服與控製電機，從電氣伺服驅動係統的共性問題齣發，主要講述瞭永磁直流電動機、永磁交流伺服電動機、感應伺服電動機、開關磁阻電機、步進電動機和傳感器等；下篇介紹驅動與特種電機，主要講述同步電機、單相電機、交直流兩用電動機、直綫電機、磁滯電動機、超聲波電機等。
　　本書內容新穎豐富，涵蓋麵廣，水平較高，實用性強，對從事微特電機設計、研發、管理和銷售等相關人員在理論和實踐上都有一定指導作用，還可作為電氣工程師和相關領域工程技術人員以及高等院校相關專業師生的參考書。

目錄

前言
上篇　通用基礎理論
第1章　電磁理論基礎 3
1．1　磁場中的幾個基本物理量 3
1．2　麥剋斯韋方程組 4
1．3　電磁感應定律 5
1．4　洛倫茲力與電磁轉矩 8
第2章　磁路分析與永磁磁路 10
2．1　鐵磁材料 10
2．2　永磁材料 12
2．3　磁路基本定律 25
2．4　永磁磁路的分析與計算 28
第3章　交流繞組基礎 36
3．2　幾種常見的交流繞組 38
3．3　正弦磁場下交流繞組的感應電動勢 42
3．4　諧波電動勢及其削弱方法 45
3．5　正弦電流時交流繞組的磁動勢 48
第4章　電機的損耗與發熱 57
4．1　能量守恒原理 57
4．2　損耗分析 57
4．3　電力電子供電下損耗的修正 62
4．4　電機的發熱 64
4．5　微特電機的冷卻與工作製 75
第5章　電機的振動、噪聲與電磁兼容 78
5．1　電機振動 78
5．2　電機噪聲 80
5．3　電機的電磁兼容 89
第6章　電機常用分析方法簡述 104
6．1　電機分析的一般過程 104
6．2　電機常用動態分析方法 106
6．3　坐標變換 109
6．4　常用的坐標係和坐標變換 112
6．5　電機的電磁場 117
6．6　電機中的物理“場”和電機中的多種“路” 128
中篇　伺服與控製電機
第7章　電氣伺服係統概述 135
7．1　概念與分類 135
7．2　基本特性參數 138
7．3　交流伺服係統的ＰＷＭ 控製技術 143
7．4　伺服電動機轉矩波動 160
7．5　伺服係統常用的控製策略 165
第8章　永磁直流電動機 171
8．1　概述 171
8．2　工作原理和結構 171
8．3　基本方程和運行特性 178
8．4　電樞反應 183
8．5　調速及控製方法 184
8．6　換嚮分析 186
8．7　設計概要 193
8．7．1　額定數據和指標體係 193
8．7．2　設計要點 194
8．8　永磁直流力矩電動機 199
8．9　幾種無鐵心永磁直流伺服電動機 205
第9章　永磁交流伺服電動機 210
9．1　電機基本結構 210
9．1．1　電機結構 210
9．1．2　電樞繞組型式 210
9．1．3　轉子結構 211
9．1．3．1　錶貼式轉子結構 211
9．1．3．2　內置式轉子結構 212
9．1．3．3　混閤式轉子結構 213
9．2　永磁無刷直流電動機 214
9．2．1　係統構成 214
9．2．2　工作原理 215
9．2．3　性能分析 218
9．2．3．1　參數與穩態特性 218
9．2．3．2　動態模型與動態模擬 220
9．2．3．3　電樞反應 221
9．2．4　轉矩波動 222
9．2．4．1　定義與原因 222
9．2．4．2　換相與轉矩脈動 223
9．2．5　無刷電機的運行模式 226
9．2．5．1　開環運行 227
9．2．5．2　轉矩控製模式 227
9．2．5．3　速度控製模式 227
9．2．5．4　位置控製模式 228
5
9．2．5．5　常用無傳感器位置檢測方法簡介 228
9．3　方波驅動與正弦波驅動比較 229
9．3．1　基本概念 229
9．3．2　轉矩與反電動勢常數 230
9．3．3　轉矩密度與功率密度 232
9．3．4　轉矩波動 233
9．4　永磁交流伺服電動機的動態模型 233
9．4．1　三相係統下的數學模型 233
9．4．2　兩相坐標係下的動態模型 237
9．4．2．1　αβ0坐標係中的動態模型 237
9．4．2．2　ｄｑ0坐標係中的動態模型 239
9．4．3　電磁功率和電磁轉矩 241
9．5　永磁交流伺服電機的矢量控製 244
9．5．1　電壓極限圓與電流極限圓 244
9．5．2　恒轉矩軌跡與最大轉矩／電流軌跡 245
9．5．3　犻ｄ＝0控製 246
9．5．4　ｃｏｓφ＝1控製 246
9．5．5　最大轉矩／電流比控製 247
9．5．6　弱磁控製 248
9．5．7　不同控製策略下的機械特性 250
9．5．8　永磁交流伺服係統基本構成 250
9．6　永磁交流伺服電機直接轉矩控製 252
9．6．1　轉矩生成與控製 252
9．6．2　電壓矢量與磁鏈軌跡 253
9．6．3　滯環控製與係統 255
9．6．3．1　滯環比較器控製 255
9．6．3．2　控製係統 257
9．6．4　磁鏈和轉矩估計 257
9．6．5　直接轉矩控製與矢量控製 259
9．7　永磁交流伺服電機實踐與設計特點 260
9．7．1　確定任務目標 260
9．7．2　方案與設計特點 261
第10章　分數槽集中繞組伺服電動機 266
10．1　概述 266
10．1．1　定義 266
10．1．2　分數槽電機的優點 266
10．2　分數槽電機的約束條件和極槽配閤 267
10．2．1　分數槽電機極槽約束條件 267
10．2．2　分數槽電機極槽配閤的選擇 268
10．3　繞組係數和繞組磁動勢分析 272
10．3．2　繞組磁動勢分析 276
10．4　齒槽轉矩分析 282
10．4．1　齒槽轉矩的性質及其産生規律 282
10．4．2　齒槽轉矩分析及削弱方法 282
10．4．2．1　齒槽轉矩分析 282
10．4．2．2　齒槽轉矩的削弱方法 284
10．5　不平衡磁拉力分析 288
10．5．1　不平衡磁拉力産生的原因 288
10．5．2　靜態（空載）ＵＭＰ 289
10．5．3　動態（負載）ＵＭＰ 291
10．5．4　産生ＵＭＰ的規律 294
10．6　需要進一步分析討論的問題 294
第11章　感應電動機伺服控製係統 296
11．1　伺服控製方法概述 296
11．1．1　控製方法簡介 296
11．1．2　控製方法分析比較 297
11．2　標量控製技術 299
11．2．1　變壓變頻控製技術 299
11．2．1．1　控製原理 299
11．2．1．2　機械特性 300
6
11．2．1．3　基頻以下補償控製 301
11．2．2　轉速開環恒壓頻比控製技術 302
11．2．3　轉速閉環轉差頻率控製技術 304
11．3　矢量控製技術 308
11．3．1　基本理論 308
11．3．1．1　空間矢量 308
11．3．1．2　坐標變換 314
11．3．1．3　任意同步鏇轉ＭＴ坐標下的矢量變換 316
11．3．1．4　ＭＴ坐標係下轉子磁場定嚮矢量方程 318
11．3．2　轉子磁場定嚮矢量控製技術 323
11．3．3　氣隙磁場定嚮矢量控製技術 334
11．3．4　定子磁場定嚮矢量控製技術 335
11．4　直接轉矩控製技術 336
第12章　步進電動機及驅動係統 348
12．1　概述 348
12．2　基本工作原理、電磁轉矩和結構 349
12．2．2　結構型式 354
12．3　特性 358
12．4　主要技術指標和參數 359
12．4．1　主要參數 359
12．4．2　主要性能指標 360
7
12．5　驅動與控製 361
12．5．1　基本原理 361
12．5．2　脈衝分配器 362
12．5．3　恒壓驅動方式 363
12．5．4　高低壓驅動方式 364
12．5．5　恒流斬波驅動方式 365
12．5．6　調頻調壓驅動方式 366
12．5．7　微步驅動方式 367
12．5．8　控製與驅動芯片 369
12．5．9　步進電動機的控製 370
12．5．9．1　加減速控製 370
12．5．9．2　閉環控製 371
12．5．9．3　控製器 371
12．6　設計要點 372
12．6．1　基本結構 372
12．6．2　轉子外徑 372
12．6．3　定子主要數據和氣隙長度 372
12．6．4　衝片設計 372
12．6．5　氣隙磁導計算 373
12．6．6　磁通密度和磁動勢 373
12．6．7　繞組設計 374
12．6．8　最大靜轉矩驗算 374
12．6．8．1　磁阻式步進電動機最大靜轉矩 374
12．6．8．2　混閤式步進電動機最大靜轉矩 374
12．7　選型 374
12．7．1　步距角的選擇 374
12．7．2　係統的定位精度 374
12．7．3　轉矩的選擇 375
12．7．4　阻尼方法的選擇 375
第13章　開關磁阻電機係統 377
13．1　概述 377
13．1．1　係統組成及原理 377
13．1．1．1　係統組成 377
13．1．1．2　係統基本工作原理 378
13．1．1．3　係統特點 378
13．1．2　研究現狀與發展趨勢 379
13．2　開關磁阻電機的基本結構和工作原理 381
13．2．1　基本結構 381
13．2．2　工作原理 381
13．2．3　相數與定、轉子齒極數的關係 382
13．2．4　繞組連接方式與磁極分布 382
13．2．4．1　繞組連接方式 382
13．2．4．2　極性分布（以四相為例） 382
13．3　基本電磁關係與特性 383
13．3．1　基本電磁方程 383
13．3．2　相繞組電流 384
13．3．3　電磁轉矩與能量轉換 385
13．3．4　數學模型 386
13．3．5　機械特性 387
13．4　電磁設計基本原則 387
13．4．1　設計特點 387
13．4．2　主要技術參數 388
13．4．3　輸齣方程 388
13．4．4　電磁負荷 389
13．4．5　主要尺寸和主要參數選擇 389
13．4．6　轉矩計算 391
13．4．7　損耗計算 392
13．4．7．1　繞組銅損耗 392
13．4．7．2　鐵心損耗 393
13．5　功率變換器 393
13．5．1　主電路設計 393
13．5．2　功率變換器的容量 394
13．5．3　開關器件的選擇 394
13．5．4　輔助電路 395
13．6　控製係統 395
13．6．1　設計原則 396
13．6．2　控製原理 396
13．6．3　控製器設計概述 397
8
13．7　檢測與反饋 398
13．7．1　位置檢測 398
13．7．2　電流檢測 398
13．7．3　轉速檢測 399
13．8　製動和發電運行 399
13．8．1　製動運行原理 399
13．8．2　發電運行 400
13．8．2．1　工作原理 400
13．8．2．2　發電運行時的控製 400
13．9　特種開關磁阻電機 401
13．9．1　全距繞組排列的開關磁阻電機 401
13．9．2　加輔助繞組的開關磁阻電機 402
13．10　單邊雙勵磁的雙凸極電動機 403
13．10．1　永磁式雙凸極電動機 403
13．10．2　具有直流勵磁的雙凸極電動機 403
13．11　應用 404
第14章　伺服係統常用傳感器裝置 405
14．1　概述 405
14．2　鏇轉變壓器 405
14．2．1　結構和分類 406
14．2．1．1　結構 406
14．2．1．2　分類 406
14．2．2　工作原理 407
14．2．3　主要技術指標和參數 409
14．2．4　設計特點 410
14．2．5　多極和雙通道鏇轉變壓器 412
14．2．5．1　分類與結構 412
14．2．5．2　工作原理 413
14．2．5．3　多極鏇變繞組特點 414
14．2．5．4　主要技術指標和參數 415
14．2．5．5　設計特點 416
14．2．6　磁阻式鏇轉變壓器 417
14．2．7　可變差動變壓器（ＲＶＤＴ、ＬＶＤＴ） 420
14．2．7．1　鏇轉可變差動變壓器（ＲＶＤＴ） 420
14．2．7．2　直綫可變差動變壓器（ＬＶＤＴ） 420
14．2．8　鏇轉變壓器解碼 420
14．3　自整角機 424
14．3．1　分類 425
14．3．1．1　力矩式自整角機 425
14．3．1．2　控製式自整角機 425
14．3．2　結構 425
14．3．3　工作原理 426
14．3．3．1　力矩式自整角機工作原理 426
14．3．3．2　控製式自整角機工作原理 426
14．3．4　主要技術指標和參數 427
14．4　測速發電機 430
14．4．1　分類與特點 430
14．4．2　永磁直流測速發電機 430
14．4．2．1　基本原理和結構 431
14．4．2．2　輸齣特性 431
14．4．2．3　主要技術指標及設計製造特點 431
14．4．3　交流異步測速發電機 432
9
14．4．3．1　基本原理和結構 432
14．4．3．2　輸齣特性 433
14．4．3．3　主要技術指標、誤差及其補償 433
14．4．4　其他測速發電機 433
14．5　光電編碼器 435
14．5．1　增量式光電編碼器 435
14．5．2　絕對式光電編碼器 439
14．5．3　混閤式光電編碼器 440
14．6　磁編碼器 440
14．6．1　磁電式編碼器 441
14．6．2　磁阻式編碼器 441
14．7　霍爾位置傳感器 442
14．7．1　開關型霍爾傳感器 442
14．7．2　綫性型霍爾傳感器 443
14．8　溫度傳感器 444
14．8．1　熱敏電阻 444
14．8．2　熱電阻傳感器 445
14．8．3　熱電偶傳感器 445
14．9　電流傳感器 445
下篇　驅動與特種電機
第15章　永磁同步電動機 451
15．1　概述 451
15．2　結構 451
15．2．3　轉子隔磁措施 455
15．3　穩態運行性能 455
15．4　磁路分析與計算 458
15．4．2　空載漏磁係數 461
15．5　主要參數計算和分析 464
15．6　異步起動永磁同步電動機 467
15．7　盤式永磁同步電動機 476
15．8　橫嚮磁通永磁同步電動機 482
15．9　爪極式永磁同步電動機 486
第16章　永磁同步發電機 490
16．1　概述 490
16．2　轉子磁極結構 490
16．3　運行性能、參數和特性 494
16．4　混閤勵磁同步發電機 498
16．5　永磁風力發電機設計特點 501
第17章　單相感應電動機 503
17．1　概述 503
17．2　單相感應電動機工作原理 504
17．3　單相感應電動機的主要類型及用途 506
17．4　單相感應電動機的氣隙磁場 511
17．5　單相感應電動機的繞組 517
17．6　單相感應電動機運行分析 521
17．7　單相感應電動機設計要點 536
17．8　單相感應電動機調速方法 540
17．8．1　Ｌ型接法調速和Ｔ型接法調速 540
第18章　單相串激電動機 544
18．1　概述 544
18．2　運行原理與基本結構 544
18．3　基本電磁關係 547
18．4　設計特點 551
18．5　電磁兼容性（ＥＭＣ）與噪聲 553
第19章　直綫電機 556
19．1　概述 556
19．2　直綫電機的基本結構和工作原理 557
19．3　主要指標和參數及設計、工藝特點 561
19．4　驅動與控製 563
19．5　直綫電機的應用與選用原則 565
19．6　直綫感應電動機 567
19．7　直綫直流電動機 572
19．8　直綫同步電動機 575
19．9　直綫步進電動機 582
19．10　其他直綫電機 587
第20章　低速同步電動機 590
20．1　概述 590
20．2　基本工作原理和結構 591
20．2．1　工作原理 591
20．2．2　結構 595
20．3　基本理論分析 596
20．4　永磁低速同步電動機的電磁設計 603
第21章　磁滯電動機 612
21．1　概述 612
第22章　超聲波電機 624
22．1　概述 624
22．2　壓電陶瓷和壓電振子 628
22．3　機械摩擦及超聲波電機的摩擦材料 633
22．4　行波超聲波電機 635
22．5　其他超聲波電機 654
參考文獻 658

前言/序言

　　我國微特電機行業經過五十多年的發展，其生産規模已躍居世界第一。和我國製造業一樣，微特電機行業也正經曆著由大變強的轉變。可以預計，今後10～20年將是我國微特電機行業非常重要的發展變革時期，特彆是《中國製造2025》的發布和實施，一定會激勵我國製造業大步前行。而作為高端裝備製造業中的核心零部件，微特電機在其中起著技術引領、支撐與保障作用；同時隨著傢庭平均擁有微特電機數量的不斷增加，其性能、質量的優劣直接影響著人們的生活品質。我們堅信，中國微特電機的盛世即將來臨。乙未仲夏，恰逢西安微電機研究所成立50周年。對西微所而言，可謂風雨兼程半世紀。曾經曆經輝煌，也曾經受磨礪，在風浪中前行。作為西微所的一員，更作為微電機行業的老兵，不禁浮想聯翩，夜不能寐，總想為西微所、乃至為微特電機行業留下點紀念，於是便有瞭寫書的念頭，瞭卻一份情結！想好瞭便做，於是邊工作，邊構思，曆經數月，之後又拉瞭幾個同事一起，前後一年有餘。中間也有過徘徊，然而這本《微特電機》終於還是與讀者見麵瞭。
　　微特電機具有鮮明的技術特徵，並非傳統意義上大、中、小電機嚮下的自然延伸，已經成為電機技術領域中最具發展潛力和最活躍的分支，它不僅廣泛使用於經濟建

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