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编辑推荐

与传统教科书将三相对称电路转换为单相电路的讨论方式不同，本书主要从数学建模的角度出发，通过电磁暂态方程来学习和研究电机。针对传统教科书难以展现的电磁暂态过程的缺陷，通过MATALB编程形式，将电机运行时的各时间相量、空间矢量以动画形式直观展示，全面观察电机运行的动态过程。

内容简介

本书首先介绍了MATLAB编程基础，然后用程序实例演示了与三相交流电有关的基本概念和与电机控制密切相关的Clarke和Park变换等基础知识，此外，本书也演示了与电力拖动相关的直流电机和异步电机的工作特性、启动过程和相关控制的方法。接下来通过学习电力系统工具箱SimPowerSystems的直流电机和异步电机模型，深入学习由数学模型进入到仿真模型的基本过程，要求学生不仅学会使用工具，而且要学会开发需要而没有现成模型的方法。最后以MATLAB的纯m文件形式，通过解算状态方程的形式，演示了直流电机和异步电机的工作特性、启动过程和相关控制的方法。

作者简介

陈众，长沙理工大学电气与信息学院副教授，电力虚拟仿真实验室常务副主任。2003年于重庆大学电气工程学院获得博士学位，2007年中南大学控制科学与工程博士后，2010年-2011年在美国韦恩州立大学做访问学者。主要从事电力系统运行与控制，智能设备开发方面的研究工作，在《自动化学报》、《控制与决策》、《中国电机工程学报》、《电工技术学报》、《中国图形图象学报》等*刊物发表论文多篇。

目录

第1章绪论
1.1MATLAB概述
1.2Simulink平台与MATLAB工具箱
1.2.1Simulink平台
1.2.2MATLAB工具箱
1.2.3SimPowerSystems工具箱
1.3安装与启动
1.3.1安装
1.3.2启动Simulink
1.3.3启动SimPowerSystems工具库
1.4MATLAB在电力系统仿真和教学中的作用
1.4.1电力系统仿真
1.4.2在电力系统专业教学中的作用
1.5本书的读者及其应具备的基本知识
第2章MATLAB编程基础
2.1数据类型
2.1.1整型
2.1.2浮点数
2.1.3逻辑
2.1.4字符
2.1.5日期和时间
2.1.6结构体
2.1.7单元格数组
2.1.8函数句柄
2.2基本语法规则
2.2.1变量的使用
2.2.2分支判断语句
2.2.3循环语句
2.3文件类型
2.4小结
第3章MATLAB编程入门
3.1基本绘图与变换
3.1.1圆与椭圆
3.1.2比例变换
3.1.3旋转变换
3.1.4二次型
3.2函数应用
3.2.1函数的定义
3.2.2函数的输入与输出参数数量控制
3.3小结
第4章Simulink基础
4.1电路分析实例
4.1.1二阶电路原型
4.1.2二阶电路数学模型
4.2基本建模过程
4.3子系统与封装
4.3.1创建子系统
4.3.2封装子系统
4.4小结
第5章系统分析方法
5.1时域分析
5.1.1直接求解微分方程
5.1.2拉普拉斯变换求解
5.2频域分析
5.2.1频率特性
5.2.2伯德图
5.2.3伯德图绘制方法
5.2.4实例解读
5.3小结
第6章SimPowerSystems基础
6.1二阶电路分析
6.1.1电路原型
6.1.2搭建电路模型
6.1.3仿真参数设定与运行
6.2系统分析
6.2.1电路的稳态分析
6.2.2电路的暂态分析
6.2.3电路的频域分析
6.3输电系统等效电路与模型
6.3.1简单的输电系统
6.3.2输电系统仿真模型
6.3.3系统状态分析
6.3.4仿真方式比较
6.4小结
第7章电力相关基本概念
7.1交流电的时间相量和空间矢量的概念
7.1.1时间相量
7.1.2空间矢量
7.2容性与感性负载
7.2.1电路原型
7.2.2电容的特性
7.2.3电感的特性
7.2.4电压降低与无功交换
7.3正序、负序和零序分量
7.3.1相序的概念
7.3.2正负零序的计算方法
7.4小结
第8章Clarke变换和Park变换
8.1Clarke变换(3S/2S)
8.1.1Clarke变换
8.1.2Clarke变换仿真
8.2Park变换(3S/2R)
8.2.1Park变换的由来
8.2.2经典Park变换
8.2.3经典Park变换仿真模块
8.2.4正交Park变换
8.2.5正交Park变换等效性认证
8.3工程上的Park变换
8.3.1初始相位对变换结果的影响
8.3.2频率波动对变换结果的影响
8.3.3三相不对称对变换结果的影响
8.3.4线电压/线电流作为输入
8.3.5参考轴与有功无功解耦
8.4小结
第9章直流电机仿真模型
9.1直流电机模块
9.2励磁回路
9.3电枢回路
9.4机械部分
9.4.1仿真模型
9.4.2电磁转矩Te
9.4.3转矩平衡方程
9.4.4电枢电势Ea
9.5电机铭牌参数
9.6仿真模型参数计算与设置
9.7启动电流限制仿真
9.8小结
第10章直流电机工作特性与控制
10.1工作特性
10.1.1转速特性
10.1.2转矩特性
10.1.3效率特性
10.1.4工作特性曲线绘制
10.2直流电机启动控制
10.2.1电枢回路串电阻启动
10.2.2降压启动
10.3启动过程仿真
10.3.1状态方程编写
10.3.2直接启动
10.3.3串电阻启动
10.3.4降压启动
10.4直流电机调速仿真
10.4.1改变电枢回路电阻调速
10.4.2改变励磁电流调速
10.4.3改变端电压调速
10.5制动方式仿真
10.5.1能耗制动
10.5.2反接制动
10.6小结
第11章异步电机仿真模型
11.1异步电机的dq0分析
11.1.1旋转磁场
11.1.2定子静止坐标系变换
11.1.3转子旋转坐标系变换
11.2异步电机的电磁方程
11.2.1ABC静止相坐标系下数学模型
11.2.2dq0坐标系下数学模型
11.3异步电机的机械平衡方程
11.4异步电机的仿真模型
11.4.1模型内部参数初始化
11.4.2电磁模型仿真
11.4.3转矩平衡方程仿真
11.4.4异步电机模型输出信号
11.5小结
第12章异步电机的运行与控制
12.1等效电路
12.1.1时空矢量图
12.1.2T型等效电路
12.1.3Γ型等效电路
12.2参数测定
12.2.1空载试验
12.2.2短路试验
12.2.3相关参数计算
12.3工作特性
12.3.1转差率特性
12.3.2效率特性
12.3.3功率因数特性
12.3.4转矩特性
12.3.5定子电流特性
12.3.6工作特性曲线绘制
12.4机械特性
12.4.1电磁转矩与转速差关系
12.4.2额定转矩与最大电磁转矩
12.4.3启动转矩
12.4.4最大电磁转矩与临界转速差
12.4.5机械特性曲线绘制
12.5启动过程仿真
12.5.1启动过程中的问题
12.5.2直接启动
12.5.3降压启动
12.5.4转子串电阻启动
12.6调速过程仿真
12.6.1基本原理
12.6.2相关理论公式
12.6.3绕线式转子的变阻调速
12.6.4定子绕组的变压调速
12.6.5变频调速
12.7制动过程仿真
12.7.1两相反接的反接制动
12.7.2能耗制动
12.8小结
参考文献

精彩书摘

　　第5章系统分析方法
　　本章继续对第4章中的二阶电路进行学习，这次从自动控制原理中的系统传递函数角度来分析，加深对自动控制原理相关概念的理解。
　　5.1时域分析
　　5.1.1直接求解微分方程
　　MATLAB提供了dsolve()函数用于求解常微分方程组，其具体格式如下(MATLAB 2008之前和之后版本参数有点不同，使用时查看相关资料)：
　　r = dsolve('eq1,eq2,…', 'cond1','cond2,…', 'v')
　　(1) 'eq1,eq2,…'为微分方程或微分方程组。
　　(2) 'cond1,cond2,…'是初始条件或边界条件。
　　(3) 'v'是独立变量，默认的独立变量是't'。
　　函数dsolve()用来解符号常微分方程、方程组，如果没有初始条件，则求出通解，如果有初始条件，则求出特解。
　　在4.1.2节中已经说明，图4��1所示电路的系统动态过程可以写成以下形式：
　　diLdt=e(t)-R1iL-uCL
　　duCdt=iL-uC/R2C(5.1)
　　使用dsolve函数可以求解该微分方程的解析解，得到的返回值为符号方程。
　　【例5��1】求解式(5.1)所示二阶系统的零状态响应。
　　MATLAB求解代码如下(SecondDSolve.m)：
　　%dsolve求解微分方程
　　［iL,Uc］=dsolve('L*DiL=(100*sqrt(2)*sin(w*t)-R1*iL-Uc)','C*DUc=(iL-Uc/R2)','iL(0)=0,Uc(0)=0','IgnoreAnalyticConstraints',false);
　　t=0:0.0005:0.1;
　　w=2*pi*50;
　　R1=10;
　　R2=1000;
　　L=0.5;
　　C=10e-6;
　　% 计算iL零状态响应
　　iLt=eval(iL);
　　% 计算Uc零状态响应
　　Uct=eval(Uc);
　　%绘图
　　plot(t,iLt)
　　figure
　　plot(t,Uct)
　　函数eval(iL)相当于把iL符号表达式的内容当成一条普通的MATLAB语句来执行。具体说明查看帮助文件。程序运行完后，将绘制出该系统在正弦激励e(t)=100sin(100πt)的零状态响应曲线，如图5��1所示。
　　图5��1uC和iL输出波形
　　对比图5��1和图4��11可以看出，用MATLAB编程得到仿真波形与用Simulink仿真做出的结果是完全一致的。
　　注意： 在MATLAB 2008之后的dsolve()函数增加了'IgnoreAnalyticConstraints'选项。默认为false，当为true时会先对原方程进行一些化简操作后再解，以得到较为精简的结果，这也有可能使一些原本用solve解不出来的方程可以得到解。但置为true时也有可能导致解不完整或产生错误。
　　5.1.2拉普拉斯变换求解
　　在4.1.2节中式(4.11)已经说明，以e(t)为输入，uC、iL为输出时，系统的传递函数为：
　　G(s)=CR2s+1R1+R2+Ls+CLR2s2+CR1R2s
　　R2R1+R2+Ls+CLR2s2+CR1R2s(5.2)
　　设e(t)=Asin(ωt)，根据拉普拉斯变换表可知
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前言/序言

　　“电机学”是电力系统及其自动化专业的主干课程，也是该专业师生普遍认为的一门难教难学的专业基础课。随着专业教学改革的深入,该课程学时大幅度减少，三相交流电、电磁耦合等抽象复杂的概念，越来越难以在规定课时内达到期望的教学效果。
　　与传统教科书将三相对称电路转换为单相电路的讨论方式不同，本书主要从数学建模的角度出发，通过电磁暂态方程来学习和研究电机，将传统教科书难以展现的电磁暂态过程，通过MATALB编程形式实现时间相量、空间矢量的动态变化过程演示，使学生在学习MATLAB电力系统工具箱SimPowerSystems的同时，也能够通过跟踪程序源代码的实现来了解电机的运行原理。
　　本书首先介绍了MATLAB编程基础，然后用程序实例演示了与三相交流电有关的基本概念和与电机控制密切相关的Clarke和Park变换等基础知识，接下来通过学习电力系统工具箱SimPowerSystems的直流电机和异步电机模型，深入学习由数学模型进入到仿真模型的基本过程，要求学生不仅要学会使用工具，而且要学会开发需要而没有现成模型的方法。最后以MATLAB的纯M文件形式，通过解算状态方程的形式，演示了直流电机和异步电机的工作特性、启动过程和相关控制的方法。
　　本书受国家重点研发计划项目“大型交直流混联电网运行控制和保护，课题5： 含高密度新能源发电的电网源荷端动态响应与自愈控制（2016YFB0900605）”“湖南省教育厅高校创新平台开放基金项目： 基于ART2wNF网络的风向图式感知方法研究与应用（14k002）”“‘可再生能源电力技术’湖南省重点实验室开放基金： 基于ART2wNF 网络的风机偏航系统自适应控制方法（2014ZNDL003）”的资助。
　　本书在撰写过程中，得到了长沙理工大学李晓松教授、王旭红教授的大力支持，研究生文亮、余思维、张丰鸣、罗通、伍雅娜参与了部分章节的文字编辑和程序编写工作，本科生胡真迈、黄雅婧、张特能、欧阳波、贺可意等人参与了后期的审核和文字修订工作。由于作者学识和编程水平有限，书中难免存在一些错误和瑕疵，敬请批评指正。
　　作者
　　2017年6月于长沙

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