多相永磁同步电机及其驱动： 原理、设计和控制

本书是目前多相永磁同步电机（特别是双三相永磁同步电机）以及驱动系统控制领域最全面和最前沿的一本参考书。本书系统深入地介绍了多相（包括多三相）永磁同步电机及其控制的基本原理和前沿技术，重点介绍了英国谢菲尔德大学研发的许多新技术和全球最新的研究成果，幵提供了大量的实验和仿真结果。

本书由永磁同步电机及其控制领域的国际著名专家诸自强教授等编写。主要内容包括多相永磁同步电机（特别是多三相永磁同步电机）的原理、电机拓扑、绕组类型、建模和优化设计方法、调制和控制技术，涵盖磁场定向控制、直接转矩控制、模型预测控制、无位置传感器控制和容错控制，以及电流谐波和转矩脉动抑制技术。

对于电机及其驱动控制领域的研究人员，以及风力发电、电动汽车、飞机、电力机车、船舶、工业驱动器等领域的研究人员，本书是一本不可多得的佳作。

（英）诸自强，教授，英国皇家工程院院士，美国国家发明家科学院院士，美国IEEE学会会士、英国IET学会会士、中国电机工程学会会士、中国电工技术学会会士。期刊IET Electric Power Applications主编。 荣获2024全球能源奖 (Global Energy Prize)、2021 IEEE尼古拉·特斯拉奖、2019 IEEE工业应用学会杰出成就奖，并获42项最佳论文奖(包括8项IEEE/IET学报最佳论文奖)。

1977年考入浙江大学电机系，1981届电机专业本科、1984届电机专业硕士，并留校任助教及讲师。1988年赴英国加盟谢菲尔德大学电力和电子学院，1991年获博士学位，先后担任英国文化委员会资助访问学者(1988-1989)、Research Associate (1989-1992)、高级研究科学家(1992-2000，教授级1997-2000)、教授(2000-2025)、顶级教授(2014-2025)、英国皇家工程院/西门子特聘教授(2014-2023)、电机与驱动研究团队负责人(2008-2025)。现任香港理工大学讲座教授(2025-)。

长期从事新型永磁电机及其系统和先进控制关键技术的基础和应用研究，致力于在电气化交通（电动汽车、高铁、多电飞机）、海上风力发电、家用电器、机器人和自动化系统等领域的应用，做出了许多原创性和突破性的贡献。主持的科研项目由英国政府和国际著名公司资助，开发的技术被英国、德国、法国、丹麦、日本、美国和中国等国家的工业界(包括劳斯莱斯、西门子、丰田、日产、法莱奥、Brose、ZF TRW、Protean、中国中车和美的等)广泛采用并商业化。

拥有200多项授权和登记的发明专利，发表7本专著、5本编辑著作、1500多篇学术论文，其中600多篇发表于IEEE/IET期刊，被国际同行和教科书广泛引用（Google引用>60000，h-index=124）。共指导45名博士后和115名已毕业博士生，其中50多位学生在中国高校和企业工作。

王沈晟，博士，2015年和2018年分别获南京师范大学和东南大学电气工程及其自动化学士和硕士学位，2023年获英国谢菲尔德大学电气工程博士学位。主要从事多相永磁同步电机设计。

邵博，博士，2015年和2017年分别获哈尔滨工业大学电气工程及其自动化学士和硕士学位，2022年获英国谢菲尔德大学电气工程博士学位；2022-2023年为英国谢菲尔德大学博士后。主要从事多相永磁同步电机控制。

燕罗成，博士，2016年和2019年分别获重庆大学电气工程及其自动化学士和硕士学位，2022年获英国谢菲尔德大学电气工程博士学位。主要从事多相永磁同步电机控制。

梁大为，博士，2014年获哈尔滨工业大学电气工程及其自动化学士学位，2018年获德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology）电气工程硕士学位，2022年获英国谢菲尔德大学电气工程博士学位；2022年至今为英国谢菲尔德大学博士后。主要从事永磁同步电机分析和热管理。

中文版序

原著前言

原著作者

符号表

缩略语

第1章概述

1.1引言

1.2单三相、双三相、多三相与多相驱动系统

1.3永磁转子结构

1.4定子绕组结构

1.5多相永磁同步电机文献总结

1.6本书范围

参考文献

第2章多相永磁同步电机的绕组结构

2.1引言

2.2双三相永磁同步电机的绕组分配及绕组系数

2.2.1槽星形图

2.2.2分布系数和相移角

2.2.3线圈节距和节距系数

2.2.4合成绕组系数

2.3两套绕组之间的衰减系数

2.3.1空间偏移导致的衰减系数

2.3.2空间和时间偏移导致的衰减系数

2.4有限元与实验结果

2.4.1电机和绕组结构

2.4.2有限元结果

2.4.3实验结果

2.5总结

参考文献

第3章整数槽重叠绕组双三相永磁同步电机

3.1引言

3.2单三相/双三相绕组永磁同步电机的绕组结构

3.2.1绕组结构

3.2.2绕组规格

3.3电磁性能

3.3.1绕组系数

3.3.2开路性能

3.3.3转矩性能

3.3.4损耗与效率

3.4实验结果

3.5总结

参考文献

第4章分数槽集中绕组双三相永磁同步电机

4.1引言

4.2分数槽绕组跨距为1个槽距的双三相永磁同步电机

4.2.1角位移分析

4.2.224槽/22极双三相永磁同步电机的绕组结构

4.2.324槽/22极双三相永磁同步电机的电磁性能

4.3分数槽绕组跨距为2个槽距的双三相永磁同步电机

4.3.1角位移分析

4.3.224槽/10极双三相永磁同步电机的绕组结构

4.3.324槽/10极双三相永磁同步电机的电磁性能

4.4模块化双三相永磁同步电机

4.5总结

参考文献

第5章多相永磁同步电机的建模

5.1引言

5.2单三相和多相永磁同步电机的建模

5.2.1单三相永磁同步电机

5.2.2多相永磁同步电机

5.3双三相永磁同步电机的建模

5.3.1双dq模型

5.3.2矢量空间解耦(VSD)模型

5.3.3双dq模型与VSD模型的对比

5.4单三相永磁同步电机的转矩分解

5.4.1解析模型

5.4.2转矩分解方法

5.5双三相永磁同步电机的转矩分解

5.5.1解析模型

5.5.2转矩分解方法

5.6单三相和双三相永磁同步电机中转矩分量的对比

5.6.1电机拓扑

5.6.2双三相单层绕组电机的转矩分解

5.6.3单三相和双三相永磁同步电机中转矩分量的对比

5.7总结

参考文献

第6章多相永磁同步电机的优化设计与对比

6.1引言

6.2单三相、五相、六相(双三相)和九相永磁同步电机的设计优化

6.2.1内置式永磁同步电机的优化参数

6.2.2设计常数与限值

6.2.3多相电机可行的槽/极数配合

6.3优化后电机的电磁性能对比

6.3.1单三相电机的对比

6.3.2多相电机的对比

6.4多相电机驱动逆变器的对比

6.4.1功率开关

6.4.2直流母线电容器

6.5成本分析与讨论

6.5.1电机本体

6.5.2逆变器

6.5.3讨论

6.6总结

参考文献

第7章多相永磁同步电机的调制策略

7.1引言

7.2单三相永磁同步电机的控制算法

7.2.1磁场定向控制

7.2.2直接转矩控制

7.3多相永磁同步电机的FOC和SVM-DTC调制策略

7.3.1双三相永磁同步电机的FOC和SVM-DTC概述

7.3.2双三相永磁同步电机的FOC调制策略

7.3.3双三相永磁同步电机的SVM-DTC调制策略

7.3.4其他多相永磁同步电机的FOC和SVM-DTC调制策略

7.4多相永磁同步电机的ST-DTC调制策略

7.4.1双三相永磁同步电机的ST-DTC

7.4.2虚拟电压矢量合成技术

7.4.3双三相永磁同步电机的ST-DTC调制策略

7.4.4其他多相永磁同步电机的ST-DTC调制策略

7.5多相电机驱动系统的过调制技术

7.5.1单三相永磁同步电机的过调制技术

7.5.2多相永磁同步电机的过调制技术

7.6总结

参考文献

第8章多相永磁同步电机的控制策略

8.1引言

8.2多相永磁同步电机的磁场定向控制

8.2.1双三相永磁同步电机的磁场定向控制

8.2.2其他多相永磁同步电机的矢量控制

8.3多相永磁同步电机的直接转矩控制

8.3.1双三相永磁同步电机的开关表DTC策略

8.3.2双三相永磁同步电机的占空比调节DTC策略

8.3.3双三相永磁同步电机的空间矢量DTC策略

8.3.4多相永磁同步电机的空间矢量DTC策略

8.4多相永磁同步电机的模型预测控制

8.4.1单三相永磁同步电机的模型预测控制

8.4.2双三相永磁同步电机的模型预测控制

8.4.3其他多相永磁同步电机的模型预测控制

8.5总结

参考文献

第9章多相永磁同步电机的无位置传感器控制

9.1引言

9.2基于基波模型的无位置传感器控制方法

9.2.1单三相永磁同步电机

9.2.2双三相永磁同步电机

9.3基于凸极跟踪的无位置传感器控制方法

9.3.1单三相永磁同步电机

9.3.2双三相永磁同步电机

9.3.3基于载波信号注入的无位置传感器控制技术比较

9.4低转速与高转速之间的切换

9.5总结

参考文献

第10章多相永磁同步电机的容错控制

10.1引言

10.2多相永磁同步电机驱动系统中的故障分类

10.2.1多相永磁同步电机驱动系统中的逆变器故障

10.2.2多相永磁同步电机驱动系统中的传感器故障

10.2.3多相永磁同步电机驱动系统中的电机故障

10.3多相永磁同步电机的故障诊断

10.3.1基于模型的故障诊断方法

10.3.2基于信号的故障诊断方法

10.3.3基于数据的故障诊断方法

10.4多相永磁同步电机的容错控制

10.4.1双三相永磁同步电机的容错控制

10.4.2其他多相永磁电机的容错控制

10.5总结

参考文献

附录电机样机与实验平台的参数