logo资料库

Electric Machinery.pdf

第1页 / 共703页
第2页 / 共703页
第3页 / 共703页
第4页 / 共703页
第5页 / 共703页
第6页 / 共703页
第7页 / 共703页
第8页 / 共703页
资料共703页,剩余部分请下载后查看
Front Matter
About the Authors
Preface
Table of Contents
1. Magnetic Circuits and Magnetic Materials
1.1 Introduction to Magnetic Circuits
1.2 Flux Linkage, Inductance, and Energy
1.3 Properties of Magnetic Materials
1.4 AC Excitation
1.5 Permanent Magnets
1.6 Application of Permanent Magnet Materials
1.7 Summary
1.8 Problems
2. Transformers
2.1 Introduction to Transformers
2.2 No-Load Conditions
2.3 Effect of Secondary Current; Ideal Transformer
2.4 Transformer Reactances and Equivalent Circuits
2.5 Engineering Aspects of Transformer Analysis
2.6 Autotransformers; Multiwinding Transformers
2.7 Transformers in Three-Phase Circuits
2.8 Voltage and Current Transformers
2.9 The Per-Unit System
2.10 Summary
2.11 Problems
3. Electromechanical-Energy-Conversion Principles
3.1 Forces and Torques in Magnetic Field Systems
3.2 Energy Balance
3.3 Energy in Singly-Excited Magnetic Field Systems
3.4 Determination of Magnetic Force and Torque from Energy
3.5 Determination of Magnetic Force and Torque from Coenergy
3.6 Multiply-Excited Magnetic Field Systems
3.7 Forces and Torques in Systems with Permanent Magnets
3.8 Dynamic Equations
3.9 Analytical Techniques
3.10 Summary
3.11 Problems
4. Introduction to Rotating Machines
4.1 Elementary Concepts
4.2 Introduction to AC and DC Machines
4.3 MMF of Distributed Windings
4.4 Magnetic Fields in Rotating Machinery
4.5 Rotating MMF Waves in AC Machines
4.6 Generated Voltage
4.7 Torque in Nonsalient-Pole Machines
4.8 Linear Machines
4.9 Magnetic Saturation
4.10 Leakage Fluxes
4.11 Summary
4.12 Problems
5. Synchronous Machines
5.1 Introduction to Polyphase Synchronous Machines
5.2 Synchronous-Machine Inductances; Equivalent Circuits
5.3 Open- and Short-Circuit Characteristics
5.4 Steady-State Power-Angle Characteristics
5.5 Steady-State Operating Characteristics
5.6 Effects of Salient Poles; Introduction to Direct- and Quadrature-Axis Theory
5.7 Power-Angle Characteristics of Salient-Pole Machines
5.8 Permanent-Magnet AC Motors
5.9 Summary
5.10 Problems
6. Polyphase Induction Machines
6.1 Introduction to Polyphase Induction Machines
6.2 Currents and Fluxes in Polyphase Induction Machines
6.3 Induction-Motor Equivalent Circuit
6.4 Analysis of the Equivalent Circuit
6.5 Torque and Power by Use of Thevenin's Theorem
6.6 Parameter Determination from No-Load and Blocked-Rotor Tests
6.7 Effects of Rotor Resistance; Wound and Double-Squirrel-Cage Rotors
6.8 Summary
6.9 Problems
7. DC Machines
7.1 Introduction
7.2 Commutator Action
7.3 Effect of Armature MMF
7.4 Analytical Fundamentals: Electric-Circuit Aspects
7.5 Analytical Fundamentals: Magnetic-Circuit Aspects
7.6 Analysis of Steady-State Performance
7.7 Permanent-Magnet DC Machines
7.8 Commutation and Interpoles
7.9 Compensating Windings
7.10 Series Universal Motors
7.11 Summary
7.12 Problems
8. Variable-Reluctance Machines and Stepping Motors
8.1 Basics of VRM Analysis
8.2 Practical VRM Configurations
8.3 Current Waveforms for Torque Production
8.4 Nonlinear Analysis
8.5 Stepping Motors
8.6 Summary
8.7 Problems
9. Single- and Two-Phase Motors
9.1 Single-Phase Induction Motors: Qualitative Examination
9.2 Starting and Running Performance of Single-Phase Induction and Synchronous Motors
9.3 Revolving-Field Theory of Single-Phase Induction Motors
9.4 Two-Phase Induction Motors
9.5 Summary
9.6 Problems
10. Introduction to Power Electronics
10.1 Power Switches
10.2 Rectification: Conversion of AC to DC
10.3 Inversion: Conversion of DC to AC
10.4 Summary
10.5 Bibliography
10.6 Problems
11. Speed and Torque Control
11.1 Control of DC Motors
11.2 Control of Synchronous Motors
11.3 Control of Induction Motors
11.4 Control of Variable-Reluctance Motors
11.5 Summary
11.6 Bibliography
11.7 Problems
Appendix A: Three-Phase Circuits
A.1 Generation of Three-Phase Voltages
A.2 Three-Phase Voltages, Currents, and Power
A.3 Y- and Delta-Connected Circuits
A.4 Analysis of Balanced Three-Phase Circuits; Single-Line Diagrams
A.5 Other Polyphase Systems
Appendix B: Voltages, Magnetic Fields, and Inductances of Distributed AC Windings
B.1 Generated Voltages
B.2 Armature MMF Waves
B.3 Air-Gap Inductances of Distributed Windings
Appendix C: The dq0 Transformation
C.1 Transformation to Direct- and Quadrature-Axis Variables
C.2 Basic Synchronous-Machine Relations in dq0 Variables
C.3 Basic Induction-Machine Relations in dq0 Variables
Appendix D: Engineering Aspects of Practical Electric Machine Performance and Operation
D.1 Losses
D.2 Rating and Heating
D.3 Cooling Means for Electric Machines
D.4 Excitation
D.5 Energy Efficiency of Electric Machinery
Appendix E: Table of Constants and Conversion Factors for SI Units
Index
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
Y
Z
E l e c t r i c M a c h i n e r y S i x t h E d i t i o n A . E . F i t z g e r a l d L a t e V i c e P r e s i d e n t f o r A c a d e m i c A f f a i r s a n d D e a n o f t h e F a c u l t y N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y C h a r l e s K i n g s l e y , J r . L a t e A s s o c i a t e P r o f e s s o r o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , E m e r i t u s M a s s a c h u s e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y S t e p h e n D . U m a n s P r i n c i p a l R e s e a r c h E n g i n e e r D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g a n d C o m p u t e r S c i e n c e L a b o r a t o r y f o r E l e c t r o m a g n e t i c a n d E l e c t r o n i c S y s t e m s M a s s a c h u s e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ~ l ~ C 3 r a w l i l l B o s t o n B u r r R i d g e , I L D u b u q u e , I A M a d i s o n , W l N e w Y o r k S a n F r a n c i s c o S t . L o u i s B a n g k o k B o g o t a C a r a c a s K u a l a L u m p u r L i s b o n L o n d o n M a d r i d M e x i c o C i t y M i l a n M o n t r e a l N e w D e l h i S a n t i a g o S e o u l S i n g a p o r e S y d n e y T a i p e i T o r o n t o
M c G r a w - H i l l H i g h e r E d u c a t i o n A D i v i s i o n o f T h e M c G r a w - H i l l C o m p a n i e s E L E C T R I C M A C H I N E R Y , S I X T H E D I T I O N P u b l i s h e d b y M c G r a w - H i l l , a b u s i n e s s u n i t o f T h e M c G r a w - H i l l C o m p a n i e s , I n c . , 1 2 2 1 A v e n u e o f t h e A m e r i c a s , N e w Y o r k , N Y 1 0 0 2 0 . C o p y r i g h t ( ~ ) 2 0 0 3 , 1 9 9 0 , 1 9 8 3 , 1 9 7 1 , 1 9 6 1 , 1 9 5 2 b y T h e M c G r a w - H i l l C o m p a n i e s , I n c . A l l r i g h t s r e s e r v e d . C o p y r i g h t r e n e w e d 1 9 8 0 b y R o s e m a r y F i t z g e r a l d a n d C h a r l e s K i n g s l e y , J r . A l l r i g h t s r e s e r v e d . N o p a r t o f t h i s p u b l i c a t i o n m a y b e r e p r o d u c e d o r d i s t r i b u t e d i n a n y f o r m o r b y a n y m e a n s , o r s t o r e d i n a d a t a b a s e o r r e t r i e v a l s y s t e m , w i t h o u t t h e p r i o r w r i t t e n c o n s e n t o f T h e M c G r a w - H i l l C o m p a n i e s , I n c . , i n c l u d i n g , b u t n o t l i m i t e d t o , i n a n y n e t w o r k o r o t h e r e l e c t r o n i c s t o r a g e o r t r a n s m i s s i o n , o r b r o a d c a s t f o r d i s t a n c e l e a r n i n g . S o m e a n c i l l a r i e s , i n c l u d i n g e l e c t r o n i c a n d p r i n t c o m p o n e n t s , m a y n o t b e a v a i l a b l e t o c u s t o m e r s o u t s i d e t h e U n i t e d S t a t e s . T h i s b o o k i s p r i n t e d o n a c i d - f r e e p a p e r . I n t e r n a t i o n a l D o m e s t i c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 D O C / D O C 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 D O C / D O C 0 9 8 7 6 5 4 3 2 I S B N 0 - 0 7 - 3 6 6 0 0 9 - 4 I S B N 0 - 0 7 - 1 1 2 1 9 3 - 5 ( I S E ) P u b l i s h e r : E l i z a b e t h A . J o n e s D e v e l o p m e n t a l e d i t o r : M i c h e l l e L . F l o m e n h o f i E x e c u t i v e m a r k e t i n g m a n a g e r : J o h n W a n n e m a c h e r P r o j e c t m a n a g e r : R o s e K o o s P r o d u c t i o n s u p e r v i s o r : S h e r r y L . K a n e M e d i a p r o j e c t m a n a g e r : J o d i K . B a n o w e t z S e n i o r m e d i a t e c h n o l o g y p r o d u c e r : P h i l l i p M e e k C o o r d i n a t o r o f f r e e l a n c e d e s i g n : R i c k D . N o e l C o v e r d e s i g n e r : R i c k D . N o e l C o v e r i m a g e c o u r t e s y o f : R o c k w e l l A u t o m a t i o n ~ R e l i a n c e E l e c t r i c L e a d p h o t o r e s e a r c h c o o r d i n a t o r : C a r r i e K . B u r g e r C o m p o s i t o r : I n t e r a c t i v e C o m p o s i t i o n C o r p o r a t i o n T y p e f a c e : 1 0 / 1 2 T i m e s R o m a n P r i n t e r : R . R . D o n n e l l e y & S o n s C o m p a n y / C r a w f o r d s v i l l e , I N L i b r a r y o f C o n g r e s s C a t a l o g i n g - i n - P u b l i c a t i o n D a t a F i t z g e r a l d , A . E . ( A r t h u r E u g e n e ) , 1 9 0 9 - E l e c t r i c m a c h i n e r y / A . E . F i t z g e r a l d , C h a r l e s K i n g s l e y , J r . , S t e p h e n D . U m a n s . - - 6 t h e d . p . c m . - - ( M c G r a w - H i l l s e r i e s i n e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g . P o w e r a n d e n e r g y ) I n c l u d e s i n d e x . I S B N 0 - 0 7 - 3 6 6 0 0 9 - 4 - - I S B N 0 - 0 7 - 1 1 2 1 9 3 - 5 1 . E l e c t r i c m a c h i n e r y . I . K i n g s l e y , C h a r l e s , 1 9 0 4 - . I I . U m a n s , S t e p h e n D . I I I . T i t l e . I V . S e r i e s . T K 2 1 8 1 . F 5 2 0 0 3 6 2 1 . 3 1 f 0 4 2 - - - d c 2 1 2 0 0 2 0 7 0 9 8 8 C I P I N T E R N A T I O N A L E D I T I O N I S B N 0 - 0 7 - 1 1 2 1 9 3 - 5 C o p y r i g h t ~ 2 0 0 3 . E x c l u s i v e r i g h t s b y T h e M c G r a w - H i l l C o m p a n i e s , I n c . , f o r m a n u f a c t u r e a n d e x p o r t . T h i s b o o k c a n n o t b e r e - e x p o r t e d f r o m t h e c o u n t r y t o w h i c h i t i s s o l d b y M c G r a w - H i l l . T h e I n t e r n a t i o n a l E d i t i o n i s n o t a v a i l a b l e i n N o r t h A m e r i c a . w w w . m h h e . c o m
M c G r a w . H i l l S e r i e s i n E l e c t r i c a l a n d C o m p u t e r E n a i n e e r i n a . w . . - S t e p h e n W . D i r e c t o r , U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n , A n n A r b o r , S e n i o r C o n s u l t i n g E d i t o r C i r c u i t s a n d S y s t e m s C o m m u n i c a t i o n s a n d S i g n a l P r o c e s s i n g C o m p u t e r E n g i n e e r i n g C o n t r o l T h e o r y a n d R o b o t i c s E l e c t r o m a g n e t i c s E l e c t r o n i c s a n d V L S I C i r c u i t s I n t r o d u c t o r y P o w e r A n t e n n a s , M i c r o w a v e s , a n d R a d a r R o n a l d N . B r a c e w e l l , C o l i n C h e r r y , J a m e s F . G i b b o n s , W i l l i s W . H a r m a n , H u b e r t H e f f n e r , E d w a r d W . H e r o l d , J o h n G . L i n v i l l , S i m o n R a m o , R o n a l d A . R o h r e r , A n t h o n y E . S i e g m a n , C h a r l e s S u s s k i n d , F r e d e r i c k E . T e r m a n , J o h n G . T r u x a l , E r n s t W e b e r , a n d J o h n R . W h i n n e r y , P r e v i o u s C o n s u l t i n g E d i t o r s
T h i s b o o k i s d e d i c a t e d t o m y m o m , N e t t i e U m a n s , a n d m y a u n t , M a e H o f f m a n , a n d i n m e m o r y o f m y d a d , S a m u e l U m a n s .
A B O U T T H E A U T H O R S T h e l a t e A r t h u r E . F i t z g e r a l d w a s V i c e P r e s i d e n t f o r A c a d e m i c A f f a i r s a t N o r t h - e a s t e r n U n i v e r s i t y , a p o s t t o w h i c h h e w a s a p p o i n t e d a f t e r s e r v i n g f i r s t a s P r o f e s s o r a n d C h a i r m a n o f t h e E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t , f o l l o w e d b y b e i n g n a m e d D e a n o f F a c u l t y . P r i o r t o h i s t i m e a t N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y , P r o f e s s o r F i t z g e r a l d s p e n t m o r e t h a n 2 0 y e a r s a t t h e M a s s a c h u s e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , f r o m w h i c h h e r e c e i v e d t h e S . M . a n d S c . D . , a n d w h e r e h e r o s e t o t h e r a n k o f P r o f e s s o r o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g . B e s i d e s E l e c t r i c M a c h i n e r y , P r o f e s s o r F i t z g e r a l d w a s o n e o f t h e a u - t h o r s o f B a s i c E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , a l s o p u b l i s h e d b y M c G r a w - H i l l . T h r o u g h o u t h i s c a r e e r , P r o f e s s o r F i t z g e r a l d w a s a t t h e f o r e f r o n t i n t h e f i e l d o f l o n g - r a n g e p o w e r s y s t e m p l a n n i n g , w o r k i n g a s a c o n s u l t i n g e n g i n e e r i n i n d u s t r y b o t h b e f o r e a n d a f t e r h i s a c a d e m i c c a r e e r . P r o f e s s o r F i t z g e r a l d w a s a m e m b e r o f s e v e r a l p r o f e s s i o n a l s o - c i e t i e s , i n c l u d i n g S i g m a X i , T a u B e t a P i , a n d E t a K a p p a N u , a n d h e w a s a F e l l o w o f t h e I E E E . T h e l a t e C h a r l e s K i n g s l e y , J r . w a s P r o f e s s o r i n t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g a n d C o m p u t e r S c i e n c e a t t h e M a s s a c h u s e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , f r o m w h i c h h e r e c e i v e d t h e S . B . a n d S . M . d e g r e e s . D u r i n g h i s c a r e e r , h e s p e n t t i m e a t G e n e r a l E l e c t r i c , B o e i n g , a n d D a r t m o u t h C o l l e g e . I n a d d i t i o n t o E l e c t r i c M a - c h i n e r y , P r o f e s s o r K i n g s l e y w a s c o - a u t h o r o f t h e t e x t b o o k M a g n e t i c C i r c u i t s a n d T r a n s f o r m e r s . A f t e r h i s r e t i r e m e n t , h e c o n t i n u e d t o p a r t i c i p a t e i n r e s e a r c h a c t i v i t i e s a t M . I . T . H e w a s a n a c t i v e m e m b e r a n d F e l l o w o f t h e I E E E , a s w e l l a s i t s p r e d e c e s s o r s o c i e t y , t h e A m e r i c a n I n s t i t u t e o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r s . S t e p h e n D . U m a n s i s P r i n c i p a l R e s e a r c h E n g i n e e r i n t h e E l e c t r o m e c h a n i c a l S y s t e m s L a b o r a t o r y a n d t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g a n d C o m p u t e r S c i e n c e a t t h e M a s s a c h u s e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , f r o m w h i c h h e r e c e i v e d t h e S . B . , S . M . , E . E . , a n d S c . D . d e g r e e s , a l l i n e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g . H i s p r o f e s s i o n a l i n t e r e s t s i n c l u d e e l e c t r o m e c h a n i c s , e l e c t r i c m a c h i n e r y , a n d e l e c t r i c p o w e r s y s t e m s . A t M I T , h e h a s t a u g h t a w i d e r a n g e o f c o u r s e s i n c l u d i n g e l e c t r o m e c h a n i c s , e l e c t r o m a g n e t i c s , e l e c t r i c p o w e r s y s t e m s , c i r c u i t t h e o r y , a n d a n a l o g e l e c t r o n i c s . H e i s a F e l l o w o f t h e I E E E a n d a n a c t i v e m e m b e r o f t h e P o w e r E n g i n e e r i n g S o c i e t y .
, P R E F A C E T h e c h i e f o b j e c t i v e o f E l e c t r i c M a c h i n e r y c o n t i n u e s t o b e t o b u i l d a s t r o n g f o u n d a t i o n i n t h e b a s i c p r i n c i p l e s o f e l e c t r o m e c h a n i c s a n d e l e c t r i c m a c h i n e r y . T h r o u g h a l l o f i t s e d i t i o n s , t h e e m p h a s i s o f E l e c t r i c M a c h i n e r y h a s b e e n o n b o t h p h y s i c a l i n s i g h t a n d a n a l y t i c a l t e c h n i q u e s . M a s t e r y o f t h e m a t e r i a l c o v e r e d w i l l p r o v i d e b o t h t h e b a s i s f o r u n d e r s t a n d i n g m a n y r e a l - w o r l d e l e c t r i c - m a c h i n e r y a p p l i c a t i o n s a s w e l l a s t h e f o u n d a t i o n f o r p r o c e e d i n g o n t o m o r e a d v a n c e d c o u r s e s i n e l e c t r i c m a c h i n e r y d e s i g n a n d c o n t r o l . A l t h o u g h m u c h o f t h e m a t e r i a l f r o m t h e p r e v i o u s e d i t i o n s h a s b e e n r e t a i n e d i n t h i s e d i t i o n , t h e r e h a v e b e e n s o m e s i g n i f i c a n t c h a n g e s . T h e s e i n c l u d e : m A c h a p t e r h a s b e e n a d d e d w h i c h i n t r o d u c e s t h e b a s i c c o n c e p t s o f p o w e r e l e c t r o n i c s a s a p p l i c a b l e t o m o t o r d r i v e s . m T o p i c s r e l a t e d t o m a c h i n e c o n t r o l , w h i c h w e r e s c a t t e r e d i n v a r i o u s c h a p t e r s i n t h e p r e v i o u s e d i t i o n , h a v e b e e n c o n s o l i d a t e d i n a s i n g l e c h a p t e r o n s p e e d a n d t o r q u e c o n t r o l . I n a d d i t i o n , t h e c o v e r a g e o f t h i s t o p i c h a s b e e n e x p a n d e d s i g n i f i c a n t l y a n d n o w i n c l u d e s f i e l d - o r i e n t e d c o n t r o l o f b o t h s y n c h r o n o u s a n d i n d u c t i o n m a c h i n e s . m M A T L A B ® 1 e x a m p l e s , p r a c t i c e p r o b l e m s , a n d e n d - o f - c h a p t e r p r o b l e m s h a v e b e e n i n c l u d e d i n t h e n e w e d i t i o n . n T h e a n a l y s i s o f s i n g l e - p h a s e i n d u c t i o n m o t o r s h a s b e e n e x p a n d e d t o c o v e r t h e g e n e r a l c a s e i n w h i c h t h e m o t o r i s r u n n i n g o f f b o t h i t s m a i n w i n d i n g a n d i t s a u x i l i a r y w i n d i n g ( s u p p l i e d w i t h a s e r i e s c a p a c i t o r ) . P o w e r e l e c t r o n i c s a r e a s i g n i f i c a n t c o m p o n e n t o f m a n y c o n t e m p o r a r y e l e c t r i c - m a c h i n e a p p l i c a t i o n s . T h i s t o p i c i s i n c l u d e d i n C h a p t e r 1 0 o f t h i s e d i t i o n o f E l e c t r i c M a c h i n e r y i n r e c o g n i t i o n o f t h e f a c t t h a t m a n y e l e c t r i c - m a c h i n e r y c o u r s e s n o w i n c l u d e a d i s c u s s i o n o f p o w e r e l e c t r o n i c s a n d d r i v e s y s t e m s . H o w e v e r , i t m u s t b e e m p h a s i z e d t h a t t h e s i n g l e c h a p t e r f o u n d h e r e i s i n t r o d u c t o r y a t b e s t . O n e c h a p t e r c a n n o t b e g i n t o d o j u s t i c e t o t h i s c o m p l e x t o p i c a n y m o r e t h a n a s i n g l e c h a p t e r i n a p o w e r - e l e c t r o n i c s t e x t c o u l d a d e q u a t e l y i n t r o d u c e t h e t o p i c o f e l e c t r i c m a c h i n e r y . T h e a p p r o a c h t a k e n h e r e i s t o d i s c u s s t h e b a s i c p r o p e r t i e s o f c o m m o n p o w e r e l e c - t r o n i c c o m p o n e n t s s u c h a s d i o d e s , S C R s , M O S F E T s , a n d I G B T s a n d t o i n t r o d u c e s i m p l e m o d e l s f o r t h e s e c o m p o n e n t s . T h e c h a p t e r t h e n i l l u s t r a t e s h o w t h e s e c o m p o - n e n t s c a n b e u s e d t o a c h i e v e t w o p r i m a r y f u n c t i o n s o f p o w e r - e l e c t r o n i c c i r c u i t s i n d r i v e a p p l i c a t i o n s : r e c t i f i c a t i o n ( c o n v e r s i o n o f a c t o d c ) a n d i n v e r s i o n ( c o n v e r s i o n o f d c t o a c ) . P h a s e - c o n t r o l l e d r e c t i f i c a t i o n i s d i s c u s s e d a s a t e c h n i q u e f o r c o n t r o l l i n g t h e d c v o l t a g e p r o d u c e d f r o m a f i x e d a c s o u r c e . P h a s e - c o n t r o l l e d r e c t i f i c a t i o n c a n b e u s e d i M A T L A B i s a r e g i s t e r e d t r a d e m a r k o f T h e M a t h W o r k s , I n c .
P r e f a c e x | t o d r i v e d c m a c h i n e s a s w e l l a s t o p r o v i d e a c o n t r o l l a b l e d c i n p u t t o i n v e r t e r s i n a c d r i v e s . S i m i l a r l y , t e c h n i q u e s f o r p r o d u c i n g s t e p p e d a n d p u l s e - w i d t h - m o d u l a t e d w a v e - f o r m s o f v a r i a b l e a m p l i t u d e s a n d f r e q u e n c y a r e d i s c u s s e d . T h e s e t e c h n i q u e s a r e a t t h e h e a r t o f v a r i a b l e - s p e e d d r i v e s y s t e m s w h i c h a r e c o m m o n l y f o u n d i n v a r i a b l e - s p e e d a c d r i v e s . D r i v e - s y s t e m s b a s e d u p o n p o w e r e l e c t r o n i c s p e r m i t a g r e a t d e a l o f f l e x i b i l i t y i n t h e c o n t r o l o f e l e c t r i c m a c h i n e s . T h i s i s e s p e c i a l l y t r u e i n t h e c a s e o f a c m a c h i n e s w h i c h u s e d t o b e f o u n d a l m o s t e x c l u s i v e l y i n a p p l i c a t i o n s w h e r e t h e y w e r e s u p p l i e d f r o m t h e f i x e d - f r e q u e n c y , f i x e d - v o l t a g e p o w e r s y s t e m . T h u s , t h e i n t r o d u c t i o n t o p o w e r e l e c t r o n i c s i n C h a p t e r 1 0 i s f o l l o w e d b y a c h a p t e r o n t h e c o n t r o l o f e l e c t r i c m a c h i n e s . C h a p t e r 1 1 b r i n g s t o g e t h e r m a t e r i a l t h a t w a s d i s t r i b u t e d i n v a r i o u s c h a p t e r s i n t h e p r e v i o u s e d i t i o n . I t i s n o w d i v i d e d i n t o t h r e e m a i n s e c t i o n s : c o n t r o l o f d c m o t o r s , c o n t r o l o f s y n c h r o n o u s m o t o r s , a n d c o n t r o l o f i n d u c t i o n m o t o r s . A b r i e f f o u r t h s e c t i o n d i s c u s s e s t h e c o n t r o l o f v a r i a b l e - r e l u c t a n c e m o t o r s . E a c h o f t h e s e m a i n s e c t i o n s b e g i n s w i t h a d i s C u s s i o n o f s p e e d c o n t r o l f o l l o w e d b y a d i s c u s s i o n o f t o r q u e c o n t r o l . M a n y m o t o r - d r i v e s y s t e m s a r e b a s e d u p o n t h e t e c h n i q u e o f f i e l d - o r i e n t e d c o n - t r o l ( a l s o k n o w n a s v e c t o r c o n t r o l ) . A s i g n i f i c a n t a d d i t i o n t o t h i s n e w e d i t i o n i s t h e d i s c u s s i o n o f f i e l d - o r i e n t e d c o n t r o l w h i c h n o w a p p e a r s i n C h a p t e r 1 1 . T h i s i s s o m e - w h a t a d v a n c e d m a t e r i a l w h i c h i s n o t t y p i c a l l y f o u n d i n i n t r o d u c t o r y p r e s e n t a t i o n s o f e l e c t r i c m a c h i n e r y . A s a r e s u l t , t h e c h a p t e r i s s t r u c t u r e d s o t h a t t h i s m a t e r i a l c a n b e o m i t t e d o r i n c l u d e d a t t h e d i s c r e t i o n o f t h e i n s t r u c t o r . I t f i r s t a p p e a r s i n t h e s e c t i o n o n t o r q u e c o n t r o l o f s y n c h r o n o u s m o t o r s , i n w h i c h t h e b a s i c e q u a t i o n s a r e d e r i v e d a n d t h e a n a l o g y w i t h t h e c o n t r o l o f d c m a c h i n e s i s d i s c u s s e d . I t a p p e a r s a g a i n i n i t s m o s t c o m m o n l y u s e d f o r m i n t h e s e c t i o n o n t h e t o r q u e c o n t r o l o f i n d u c t i o n m o t o r s . T h e i n s t r u c t o r s h o u l d n o t e t h a t a c o m p l e t e p r e s e n t a t i o n o f f i e l d - o r i e n t e d c o n t r o l r e q u i r e s t h e u s e o f t h e d q 0 t r a n s f o r m a t i o n . T h i s t r a n s f o r m a t i o n , w h i c h a p p e a r e d f o r s y n c h r o n o u s m a c h i n e s i n C h a p t e r 6 o f t h e p r e v i o u s e d i t i o n , i s n o w f o u n d i n A p p e n d i x C o f t h i s e d i t i o n . I n a d d i t i o n , t h e d i s c u s s i o n i n t h i s a p p e n d i x h a s b e e n e x p a n d e d t o i n c l u d e a d e r i v a t i o n o f t h e d q 0 t r a n s f o r m a t i o n f o r i n d u c t i o n m a c h i n e s i n w h i c h b o t h s t a t o r a n d r o t o r q u a n t i t i e s m u s t b e t r a n s f o r m e d . A l t h o u g h v e r y l i t t l e i n t h e w a y o f s o p h i s t i c a t e d m a t h e m a t i c s i s r e q u i r e d o f t h e r e a d e r o f t h i s b o o k , t h e m a t h e m a t i c s c a n g e t s o m e w h a t m e s s y a n d t e d i o u s . T h i s i s e s p e c i a l l y t r u e i n t h e a n a l y i s o f a c m a c h i n e s i n w h i c h t h e r e i s a s i g n i f i c a n t a m o u n t o f a l g e b r a i n v o l v i n g c o m p l e x n u m b e r s . O n e o f t h e s i g n i f i c a n t p o s i t i v e d e v e l o p m e n t s i n t h e l a s t d e c a d e o r s o i s t h e w i d e s p r e a d a v a i l a b i l i t y o f p r o g r a m s s u c h a s M A T L A B w h i c h g r e a t l y f a c i l i t a t e t h e s o l u t i o n o f s u c h p r o b l e m s . M A T L A B i s w i d e l y u s e d i n m a n y u n i v e r s i t i e s a n d i s a v a i l a b l e i n a s t u d e n t v e r s i o n . 2 I n r e c o g n i t i o n o f t h i s d e v e l o p m e n t , t h i s e d i t i o n i n c o r p o r a t e s M A T L A B i n e x - a m p l e s a n d p r a c t i c e p r o b l e m s a s w e l l a s i n e n d - o f - c h a p t e r p r o b l e m s . I t s h o u l d b e e m p h a s i z e d , t h o u g h , t h a t t h e u s e o f M A T L A B i s n o t i n a n y w a y a r e q u i r e m e n t f o r t h e a d o p t i o n o r u s e o f E l e c t r i c M a c h i n e r y . R a t h e r , i t i s a n e n h a n c e m e n t . T h e b o o k 2 T h e M A T L A B S t u d e n t V e r s i o n i s p u b l i s h e d a n d d i s t r i b u t e d b y T h e M a t h W o r k s , I n c . ( h t t p : / / w w w . m a t h w o r k s . c o m ) .
x i i P r e f a c e n o w i n c l u d e s i n t e r e s t i n g e x a m p l e s w h i c h w o u l d h a v e o t h e r w i s e b e e n t o o m a t h e m a t - i c a l l y t e d i o u s . S i m i l a r l y , t h e r e a r e n o w e n d - o f - c h a p t e r p r o b l e m s w h i c h a r e r e l a t i v e l y s t r a i g h t f o r w a r d w h e n d o n e w i t h M A T L A B b u t w h i c h w o u l d b e q u i t e i m p r a c t i c a l i f d o n e b y h a n d . N o t e t h a t e a c h M A T L A B e x a m p l e a n d p r a c t i c e p r o b l e m h a s b e e n n o - t a t e d w i t h t h e s y m b o l ~ , f o u n d i n t h e m a r g i n o f t h e b o o k . E n d - o f - c h a p t e r p r o b l e m s w h i c h s u g g e s t o r r e q u i r e M A T L A B a r e s i m i l a r l y n o t a t a t e d . I t s h o u l d b e e m p h a s i z e d t h a t , i n a d d i t i o n t o M A T L A B , a n u m b e r o f o t h e r n u m e r i c a l - a n a l y s i s p a c k a g e s , i n c l u d i n g v a r i o u s s p r e a d - s h e e t p a c k a g e s , a r e a v a i l a b l e w h i c h c a n b e u s e d t o p e r f o r m c a l c u l a t i o n s a n d t o p l o t i n a f a s h i o n s i m i l a r t o t h a t d o n e w i t h M A T L A B . I f M A T L A B i s n o t a v a i l a b l e o r i s n o t t h e p a c k a g e o f p r e f e r e n c e a t y o u r i n s t i t u t i o n , i n s t r u c t o r s a n d s t u d e n t s a r e e n c o u r a g e d t o s e l e c t a n y p a c k a g e w i t h w h i c h t h e y a r e c o m f o r t a b l e . A n y p a c k a g e t h a t s i m p l i f i e s c o m p l e x c a l c u l a t i o n s a n d w h i c h e n a b l e s t h e s t u d e n t t o f o c u s o n t h e c o n c e p t s a s o p p o s e d t o t h e m a t h e m a t i c s w i l l d o j u s t f i n e . I n a d d i t i o n , i t s h o u l d b e n o t e d t h a t e v e n i n c a s e s w h e r e i t i s n o t s p e c i f i c a l l y s u g g e s t e d , m o s t o f t h e e n d - o f - c h a p t e r p r o b l e m s i n t h e b o o k c a n b e w o r k e d u s i n g M A T L A B o r a n e q u i v a l e n t p r o g r a m . T h u s , s t u d e n t s w h o a r e c o m f o r t a b l e u s i n g s u c h t o o l s s h o u l d b e e n c o u r a g e d t o d o s o t o s a v e t h e m s e l v e s t h e n e e d t o g r i n d t h r o u g h m e s s y c a l c u l a t i o n s b y h a n d . T h i s a p p r o a c h i s a l o g i c a l e x t e n s i o n t o t h e u s e o f c a l c u l a t o r s t o f a c i l i t a t e c o m p u t a t i o n . W h e n s o l v i n g h o m e w o r k p r o b l e m s , t h e s t u d e n t s s h o u l d s t i l l , o f c o u r s e , b e r e q u i r e d t o s h o w o n p a p e r h o w t h e y f o r m u l a t e d t h e i r s o l u t i o n , s i n c e i t i s t h e f o r m u l a t i o n o f t h e s o l u t i o n t h a t i s k e y t o u n d e r s t a n d i n g t h e m a t e r i a l . H o w e v e r , o n c e a p r o b l e m i s p r o p e r l y f o r m u l a t e d , t h e r e i s t y p i c a l l y l i t t l e a d d i t i o n a l t o b e l e a r n e d f r o m t h e n u m b e r c r u n c h i n g i t s e l f . T h e l e a r n i n g p r o c e s s t h e n c o n t i n u e s w i t h a n e x a m i n a t i o n o f t h e r e s u l t s , b o t h i n t e r m s o f u n d e r s t a n d i n g w h a t t h e y m e a n w i t h r e g a r d t o t h e t o p i c b e i n g s t u d i e d a s w e l l a s s e e i n g i f t h e y m a k e p h y s i c a l s e n s e . O n e a d d i t i o n a l b e n e f i t i s d e r i v e d f r o m t h e i n t r o d u c t i o n o f M A T L A B i n t o t h i s e d i t i o n o f E l e c t r i c M a c h i n e r y . A s r e a d e r s o f p r e v i o u s e d i t i o n s w i l l b e a w a r e , t h e t r e a t m e n t o f s i n g l e - p h a s e i n d u c t i o n m o t o r s w a s n e v e r c o m p l e t e i n t h a t a n a n a l y t i c a l t r e a t m e n t o f t h e g e n e r a l c a s e o f a s i n g l e - p h a s e m o t o r r u n n i n g w i t h b o t h i t s m a i n a n d a u x i l i a r y w i n d i n g s e x c i t e d ( w i t h a c a p a c i t o r i n s e r i e s w i t h t h e a u x i l i a r y w i n d i n g ) w a s n e v e r c o n s i d e r e d . I n f a c t , s u c h a t r e a t m e n t o f s i n g l e - p h a s e i n d u c t i o n m o t o r s i s n o t f o u n d i n a n y o t h e r i n t r o d u c t o r y e l e c t r i c - m a c h i n e r y t e x t b o o k o f w h i c h t h e a u t h o r i s a w a r e . T h e p r o b l e m i s q u i t e s i m p l e : t h i s g e n e r a l t r e a t m e n t i s m a t h e m a t i c a l l y c o m p l e x , r e q u i r i n g t h e s o l u t i o n o f a n u m b e r o f s i m u l t a n e o u s , c o m p l e x a l g e b r a i c e q u a t i o n s . T h i s , h o w e v e r , i s j u s t t h e s o r t o f p r o b l e m a t w h i c h p r o g r a m s s u c h a s M A T L A B e x c e l . T h u s , t h i s n e w e d i t i o n o f E l e c t r i c M a c h i n e r y i n c l u d e s t h i s g e n e r a l t r e a t m e n t o f s i n g l e - p h a s e i n d u c t i o n m a c h i n e s , c o m p l e t e w i t h a w o r k e d o u t q u a n t i t a t i v e e x a m p l e a n d e n d - o f - c h a p t e r p r o b l e m s . I t i s h i g h l y l i k e l y t h a t t h e r e i s s i m p l y t o o m u c h m a t e r i a l i n t h i s e d i t i o n o f E l e c t r i c M a c h i n e r y f o r a s i n g l e i n t r o d u c t o r y c o u r s e . H o w e v e r , t h e m a t e r i a l i n t h i s e d i t i o n h a s b e e n o r g a n i z e d s o t h a t i n s t r u c t o r s c a n p i c k a n d c h o o s e m a t e r i a l a p p r o p r i a t e t o t h e t o p i c s w h i c h t h e y w i s h t o c o v e r . A s i n t h e f i f t h e d i t i o n , t h e f i r s t t w o c h a p t e r s i n t r o d u c e b a s i c c o n c e p t s o f m a g n e t i c c i r c u i t s , m a g n e t i c m a t e r i a l s , a n d t r a n s f o r m e r s . T h e t h i r d
分享到:
收藏