车用驱动电机原理与控制基础 第2版

本书遵循教育部教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

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3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。此外，针对运动参考系引入后电压方程的建立，本书还引入了“牵连运动电动势”，并在此基础上引入四线圈原型电机模型，以此统一描述交流电机的机电能量变换过程。
本书可以用作非自动化专业的本科生或研究生教材，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。

高等院校教师

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4
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10
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20
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24
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28
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
小结39
习题40
第3章机电能量转换与电磁转矩的
生成44
31具有机械端口的电磁系统/直线电机
模型44
32电磁系统的储能——磁能与磁共能46
321电机内部的能量转换过程概述46
322磁路的磁能与磁共能47
33电磁转矩的生成和统一表达式49
331电磁转矩的生成49
332机电能量转换过程52
333磁阻转矩53
34空间矢量的定义56
341单轴线圈的励磁磁动势56
342正交双轴线圈的合成磁动势波57
343空间矢量及其复数表征59
35转矩的空间矢量表示61
36电机的电磁负荷63
小结65
习题65
第4章牵连运动电动势与原型电机
模型66
41运动参考系及其牵连运动电动势66
411运动参考系及矢量变换66
412牵连运动诱导的动生电动势67
42四线圈原型电机模型69
421拓展四线圈原型电机模型69
422磁链矢量表达式、同步电感70
423转子固结DQ坐标系下的电压
方程72
424任意旋转MT坐标系下的电压
方程73
425转矩方程74
43四线圈原型电机的输入、输出特性75
431输入端口电流、电压约束75
432不同磁场定向方式下的MTPA
运行76
433功率特性78
44基于原型电机分析直流电机和
变压器81
441直流电机82
442两相正交变压器83
小结87
习题87
第5章三相交流绕组及其磁场89
51三相交流电路基础89
52典型交流绕组结构90
521交流绕组的分类和主要设计
参数90
522典型三相分布绕组94
53余弦电流激励单相绕组的磁动势98
531单相绕组的磁动势98
532余弦电流激励下单相绕组的
（脉振）磁动势100
54对称三相电流激励三相绕组的
磁动势102
541三相绕组的基波合成磁动势102
542平面旋转磁动势的空间矢量
表达104
55定子电压、电流及磁链矢量106
551定子电流矢量和电压矢量106
552定子磁链矢量107
56空间矢量在对称三相与正交两相
之间的变换108
561矢量变换与坐标变换108
562等幅值线性变换前后的磁共能
计算111
563等幅值线性变换前后的功率
换算113
564三相电感矩阵及其坐标变换113
小结115
习题116
第6章永磁同步电机的空间矢量
分析119
61永磁同步电机转子结构及物理模型119
611面装式永磁同步电机物理模型119
612内置式永磁同步电机物理模型121
613PMSM物理模型的原型电机等效121
62定子磁链和电压方程122
621定子磁链矢量122
622定子电压方程123
623电压矢量方程在同步坐标系下的
分解124
63永磁同步电机转矩方程125
631转矩方程125
632恒转矩曲线和MTPA曲线127
64永磁同步电机的磁场定向控制原理129
641电压极限椭圆、转折速度129
642弱磁控制130
643永磁同步电机制动的基本原理134
小结135
习题136
第7章感应电机的空间矢量分析和
磁场定向控制139
71感应电机的转子结构和工作原理139
711三相感应电机的转子结构139
712三相感应电机的工作原理140
713定子坐标系、转子坐标系和磁场
同步坐标系141
72感应电机的矢量方程142
721感应电机定、转子的电感与
磁链142
722静止坐标系下的空间矢量方程143
723转子固结abc坐标系矢量方程143
724任意磁场同步旋转MT坐标系
矢量方程144
73转子磁场的建立过程及其定向146
731动生电动势诱导的转子t轴
电流147
732感生电动势诱导的转子m轴
电流147
733转子磁场定向坐标系的定义和
特征149
734定、转子磁链方程151
735定、转子电压方程152
736定、转子电流方程153
737转矩方程155
74基于电流相平面的矢量控制原理157
741电流相平面的控制约束条件158
742电流相平面下的弱磁控制过程160
75基于电压相平面的矢量控制原理162
751电压相平面的控制约束条件162
752电压相平面下的弱磁控制过程163
小结164
习题165
第8章车用电机控制方法及其实现166
81磁场定向控制（FOC）原理166
82脉宽调制逆变器和空间矢量调制
原理168
821定子电压基矢量16

传统意义上的车辆工程学科是机械工程学科下的二级学科，其课程体系也是以动力学、热力学等为基础构建起来的。随着汽车电动化、智能化的快速发展，车辆工程与电气自动化、计算机与信息科学等学科深度交叉，学科内涵和外延已经发生了深刻的变化。
在此背景下，中国汽车工程学会积极主动，直面车辆工程专业人才培养所面临的现实挑战和机遇，结合“智能电动汽车”学科建设，积极推动相关学科体系和人才培养体系建设，并且大力提倡和鼓励高校相关专业和一线教师积极探索课程建设与创新。
电机及其控制是电动化的重要技术载体和体现方式。我国在电机及其控制技术领域有独特的产业链优势和产业基础，经过过去近20年的发展和积累，不断补齐短板，从上游材料到终端产品，逐步建立了较为完善和自主可控的产业链体系。包括上游芯片和操作系统等核心关键产品在内的领域，通过下游产品和市场侧的引领和拉动，也取得了可喜的突破和成果。
汽车行业需要大量电驱动领域的专业人才。钟再敏、王业勤老师编撰了《车用驱动电机原理与控制基础》教材，并将其应用于“电机与控制”本科生课程教学。第1版教材出版以来，除同济大学外，还被多所兄弟院校的车辆工程相关专业选用，积累了宝贵的教学实践反馈并得到同行的基本认可。如今，该书在教学实践的基础上，修订出版。本次修订，在内容和知识体系上做了较深层次的补充和完善，使得教材的特色更加鲜明，更加切合车辆工程专业学科体系的教学需求。
对于钟老师、王老师在教学上的不断探索和实践，我本人非常赞赏。学科建设里面，课程和教材建设是难点，非一朝一夕可以实现，需要不断坚持和持续改进。希望有更多的人重视和参与到车辆工程专业的人才培养和学科建设工作中，为我国汽车工业长期和可持续发展添砖加瓦。