內容簡介
本書是作者從事高速發電機系統理論與實踐研究的總結，高速發電機系統涉及原動機、電機理論、計算機仿真、電力電子技術、自動控制技術等領域。高速發電機系統理論在傳統發電機理論的基礎上引入電力電子技術，將發電機技術擴展為發電機電源技術，實現了發電機技術的高性能化。全書共分6章。第1章闡述高速發動機原理、結構及作用，並討論和研究了高速發電機組風道冷卻和降噪問題；第2章介紹了高速發電機理論；第3章介紹了高速發電機套用的電力電子器件；第4章介紹和分析了高速發電機系統中採用的變流、控制技術；第5章討論了高速發電機的電源仿真；第6章研究了高速發電機的系統控制。作者簡介
王維俊，1964年3月出生，武漢人。重慶大學電力電子與傳動專業博士，現任後勤工程學院教授，博士生導師。自1986年以來，長期從事移動電源和新能源發電技術的研究和開發。獲得國家科技進步二等獎、“九五”重大科技成果獎、軍隊科技進步一等獎、重慶市科技進步一等獎、軍隊科技進步二等獎；發明專利2項。發表論文80餘篇，出版學術著作6部。
獲中國科協“求是獎”；“新世紀百千萬人才工程”；享受政府津貼；軍隊院校育才獎“金獎”；全軍優秀教師；全國三八紅旗手稱號；重慶市學科學術帶頭人；第六屆全國青年科技創新優秀獎；重慶市科技創新十大傑出青年；重慶市十大科學青年稱號；重慶市優秀專業技術人才稱號；巴渝創新人才等榮譽稱號。
目錄
前言第1章 高速發動機理論
1.1 高速發動機概述
1.2 高速發動機原理
1.2.1 發動機的基本知識
1.2.2 四衝程發動機的工作過程
1.2.3 二衝程發動機的工作過程
1.3 高速發動機的結構及作用
1.4 高速發電機組冷卻和降噪系統
第2章 高速發電機理論
2.1 高速發電機概述
2.2 高速永磁式同步發電機的特點
2.2.1 永磁材料的發展
2.2.2 高速永磁式同步發電機的特點
2.3 高速永磁式同步發電機的結構
2.4 高速永磁式同步發電機轉子的磁路結構與嵌入式一體化結構
2.4.1 永磁式同步發電機切向式轉子磁路結構
2.4.2 永磁式同步發電機徑向式轉子磁路結構
2.4.3 永磁式同步發電機轉子嵌入式一體化結構
2.5 高速永磁式同步發電機的參數、性能和運行特性
2.5.1 電抗參數和矢量圖
2.5.2 外特性、固有電壓調整率
2.5.3 電動勢波形和正弦性畸變率
2.5.4 損耗與效率
2.6 高速永磁式同步發電機設計要點
第3章 高速發電機套用的電力電子器件
3.1 電力電子器件概述
3.1.1 電力電子器件的發展
3.1.2 電力電子器件的分類
3.2 功率MOSFET
3.2.1 結構與工作原理
3.2.2 MOSFET的特性
3.3 IGBT
3.3.1 IGBT的結構和工作原理
3.3.2 IGBT的特性
3.3.3 IGBT的主要參數
3.4 智慧型功率模組
3.4.1 智慧型功率模組的結構與特點
3.4.2 智慧型功率模組的保護功能及死區時間
3.4.3 智慧型功率模組參數
第4章 高速發電機系統中採用的變流、控制技術
4.1 高速發電機系統中採用的變流技術
4.1.1 整流技術
4.1.2 逆變技術
4.2 高速發電機系統中採用的逆變電路控制技術
4.2.1 PWM控制的基本原理
4.2.2 PWM逆變電路及其控制方法
4.2.3 PWM跟蹤控制技術
4.3 功率器件驅動和緩衝技術
4.3.1 驅動電路設計
4.3.2 緩衝電路設計
第5章 高速發電機電源仿真系統
5.1 電源仿真技術
5.1.1 電源仿真技術概述
5.1.2 電源仿真方法特點
5.2 基於Matlab／Simulink的電力電子系統仿真
5.2.1 電力系統工具箱簡介
5.2.2 電力電子建模與仿真要點
5.3 高速發電機電源系統建模及其仿真分析
5.3.1 仿真模型實現
5.3.2 仿真結果
第6章 高速發電機系統控制
6.1 高速發電機系統控制概述
6.2 高速發電機系統硬體設計
6.3 高速發電機系統軟體設計
6.3.1 主程式
6.3.2 SPWM波形產生子程式說明
6.3.3 其他說明
參考文獻
附錄
附錄1 以TMS320LF2407A為主控晶片的程式
附錄2 以PIC16F716為主控的程式
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前言
國民經濟的發展、科學技術的進步和人民生活水平的不斷提高，以及自然災害和應急突發事件越來越頻繁，都對攜帶型移動發電機系統的性能、重量、體積提出了新的、更高的要求。傳統電機理論無法滿足新的要求。隨著高性能稀土永磁材料研究的不斷完善，電力電子技術的不斷發展，控制技術的日趨完善，為新型發電機發展注入了嶄新的活力，使新一代攜帶型移動電源為滿足這些要求提供了可能。要使攜帶型移動發電機組體積大幅度減小，電能質量提高，傳統發電機理論已不能滿足要求。作者大膽創新，突破傳統電機設計方法，在電機理論、現代電力電子技術、自動控制理論、計算機仿真、檢測技術等交叉學科領域進行系統研究，提出了“高速發電機系統”的概念，並獲得國家發明專利；通過原動機、發電機、電力電子、數字控制等相關技術，實現整體系統設計，達到減小體積、重量，提高發電機質量的目的。在傳統發電機理論的基礎上引入電力電子技術，將發電機技術擴展為發電機電源技術，實現了發電電源的高性能化，解決了攜帶型發電機長期困擾的體積大、重量重、電壓頻率波動大的難題。
為促進高速發電機性能的進一步提高和理論的進一步完善，推動高速發電機在我國的套用，作者在查閱大量文獻的基礎上，將十年從事高速發電機研究的成果進行總結，撰寫本書，並期望本書的出版對我國新型發電機的進一步發展作出貢獻。
本書的主要內容由王維俊撰寫，參加編寫的還有尹玉君、毛龍波、郭軍華。全書由王維俊負責定稿。
此書獻給一直關心、幫助、教導、支持作者的敬愛的父親和母親。
作者學識有限，且高速發電機系統仍在發展中，本書難免有不妥之處，懇切希望能得到廣大讀者的批評指正。
精彩書摘
永磁式同步發電機的發展是與永磁材料的發展緊密相關的。我國最早發現了永磁材料的磁性能。在兩千多年前，我國用永磁材料做成了指南針，成為古代四大發明之一。19世紀20年代，出現了第一台由永磁體產生勵磁的永磁發電機。由於當時的永磁材料是天然磁鐵礦石，磁能密度很低，用它製成的電機體積龐大，不久就被電勵磁發電機取代了。
由於各種電機迅速發展的需要和電流充磁器的發明，人們對永磁材料的機理、製造進行了深入研究，相繼發明了碳鋼、鎢鋼、鈷鋼等多種永磁材料。特別是20世紀30年代出現的鋁鎳鈷永磁和50年代出現的鐵氧體永磁，磁性能有了很大提高，各種微型和小型電機又紛紛使用永磁材料勵磁。但是，鋁鎳鈷永磁的矯頑力偏低，鐵氧體永磁的剩磁密度不高，限制了它們在發電機中的套用範圍。20世紀60～80年代，稀土鑽永磁和釹鐵硼永磁相繼出現，它們的高剩磁密度、高矯頑力、高磁能積和線性退磁曲線的良好磁性能特別適合於製造電機，使永磁發電機進入了新的發展時期。
稀土永磁材料發展經歷了三個階段：1967年出現的第一代稀土永磁，最大磁能積199kJ／m3；1973年出現的第二代稀土永磁，最大磁能積Z58kJ／m3；1983年出現的第三代稀土永磁，最大磁能積398kJ／m3。由於釹鐵硼永磁的磁性能高於其他永磁材料，價格低於稀土鈷永磁材料，在稀土礦中釹的含量是釤的十幾倍，且不含鈷，因此，引起磁學界極大關注，投入大量人力物力進行研發。目前，永磁材料正向釤鐵氮永磁、納米複合稀土永磁等方向發展。
