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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Miller, Rex/ Miller, Mark Richard

出品人:

页数:724

译者:

出版时间:2003-12

价格:361.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780764541988

丛书系列:

图书标签:

• 电力工程
• 电机
• 电气设备
• 维修
• 安装
• 故障排除
• 奥德尔
• 电子技术
• 工业应用
• 电机控制

现代工业电气传动系统设计与优化 本书深入剖析了现代工业生产线上广泛应用的各类电气传动系统的设计原理、关键技术及其优化策略。 旨在为电气工程师、自动化技术人员以及相关专业的高年级学生提供一套全面、实用的技术参考。 第一部分：工业电气传动基础理论与元件选型 本部分首先回顾了电磁学、电力电子学在电机驱动中的核心应用，奠定了理解复杂传动系统的理论基础。详细阐述了交流（AC）和直流（DC）电机的工作特性、性能曲线及其在不同负载条件下的动态响应。 电机类型详解： 重点对比了同步电机、异步电机（感应电机）在效率、功率密度、维护成本上的差异，并深入探讨了永磁同步电机（PMSM）和特殊场合用电机（如伺服电机、步进电机）的应用场景和技术优势。 变频器（VFD）技术核心： 详尽解析了电压源型逆变器（VSI）和电流源型逆变器（CSI）的拓扑结构、控制策略（如SPWM、SVPWM）。内容涵盖了变频器的电流环、速度环、位置环的构建，以及矢量控制（FOC）和直接转矩控制（DTC）的数学模型与实际应用中的调试要点。 软启动器与制动技术： 讨论了软启动器在平滑启动重载设备（如大型风机、泵类设备）中的必要性，以及直流制动、再生制动、动态制动等不同制动方式的适用性与安全规范。 电力电子器件： 剖析了IGBT、MOSFET、GTO等功率半导体器件的选型标准、热管理设计，以及驱动电路的设计要点，确保高可靠性和开关损耗的最小化。 第二部分：传动系统集成与机械耦合设计 本部分将电气控制与机械传动环节紧密结合，探讨了如何实现高效、精确的运动控制。 机械负载特性分析： 教授如何根据负载的惯量、摩擦力、弹性系数等参数，建立准确的机械系统模型，这是进行精确速度和位置控制的前提。详细介绍了线性负载与旋转负载的数学描述。 传动链设计与效率评估： 探讨了齿轮箱、联轴器、皮带、滚珠丝杠等机械传动元件的选择和匹配。重点分析了传动链中的机械损耗来源及其对整个系统效率的影响，并介绍了如何通过优化减速比来匹配电机特性。 运动控制与反馈系统： 深入讲解了高精度定位所需的编码器、解析器等传感器的原理、安装精度要求和信号处理方法。覆盖了增量式与绝对式编码器的区别应用，以及如何进行系统刚度校正和参数自整定。 第三部分：系统可靠性、电磁兼容性（EMC）与故障诊断 在现代工业环境中，系统的稳定性和持续运行能力至关重要。本部分聚焦于提升系统健壮性和维护效率。 电磁兼容性（EMC）设计规范： 详细阐述了驱动系统产生的电磁干扰（EMI）的来源（如高频开关噪声、共模电流），并提供了从硬件布局（屏蔽、滤波）到软件控制（开关频率选择、死区时间优化）的全方位EMC抑制措施，确保系统符合工业环境标准。 谐波分析与功率因数校正（PFC）： 分析了变频器对电网侧产生的谐波污染问题，介绍了输入侧滤波器、有源前端（APF）等技术在降低谐波畸变率（THD）中的应用，以及保持高功率因数的经济和技术效益。 热管理与环境适应性： 探讨了驱动装置（变频器、电机）的散热设计，包括自然冷却、风冷、液冷方案的选择。讨论了在高尘、高湿、极端温度等恶劣工业环境下，设备防护等级（IP等级）的选择与安装要求。 状态监测与预测性维护（PdM）： 介绍了基于振动分析、电流特征分析（CSA）、温度趋势监测等技术，实现对电机绕组绝缘老化、轴承磨损、风扇故障的早期预警，从而将维护策略从被动修复转变为主动预防。 第四部分：高级控制策略与前沿应用 本部分面向追求高性能控制和特定工业流程的应用场景。 多轴同步与运动协调控制： 介绍了在复杂的机械手、龙门架系统、印刷包装设备中实现多个电机轴的插补运动（直线、圆弧、空间曲线）的算法，包括前馈控制、耦合补偿和时间同步技术。 过程控制集成： 阐述了如何将速度/位置控制环与上层过程控制系统（如PLC、DCS）进行有效集成，包括工业现场总线（如EtherCAT、PROFINET）的配置、数据交换协议和安全集成（如STO/SS1功能）。 能源效率优化控制： 针对特定负载（如泵和风机），介绍了基于系统特性曲线的最佳运行点追踪算法，实现节能运行，特别是在变负载工况下的动态效率提升方法。 结论： 本书强调了理论与实践相结合，旨在帮助读者掌握从系统概念设计到现场调试、再到长期运行优化的全流程技术能力，是现代工业自动化领域不可或缺的专业参考书。

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这本书在案例分析的深度和广度上，表现出了明显的地域性局限。尽管它提供了不少图示和描述，但所有涉及具体设备型号和故障场景的例子，似乎都来自于作者熟悉的、可能集中在北美某个特定制造环境中的工厂。我是一名在亚洲地区工作的技术人员，我们使用的很多国产或日系的高压电机和定制化的控制系统，其参数设定和故障代码与书中提及的完全不符。 举一个具体的例子，书中描述了一种针对“过载跳闸，电机温度正常”的诊断流程，其核心步骤是检查冷却风扇皮带的张力。这在很多环境下是有效的，但在我们这里，由于设备安装在密闭的高温机房内，风扇本身就是电机自带的轴流风扇，皮带张力根本不存在。我们更常见的问题是，变频器输出谐波导致的电机中点电压漂移，但这在书中完全没有涉及。如果这本书想成为一本全球通用的参考书，它必须拓宽其故障场景的来源，纳入更多元化的工业应用背景，比如高湿度、高海拔或特殊化学环境下的电机行为，而不是仅仅停留在教科书式的、理想化的工作条件下的分析。目前的案例库显得过于单一和片面，无法有效支撑复杂、多变的现场维护需求。

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这本书的作者对直流电机历史的偏爱简直到了痴迷的程度。前五章的内容，有超过一半的篇幅都在追溯串励、并励和复励直流电机从爱迪生时代到上世纪中叶的演变过程。当然，了解历史背景有助于理解原理的由来，但对于一个主要负责维护现代交流感应电机和变频驱动系统的技术人员来说，这种近乎偏执的“考古”显得非常累赘。当你迫切想知道如何正确地设置V/F比来优化一台新建的CNC机床主轴电机性能时，却不得不先阅读关于“分激电枢反应对换向片影响”的详细论述。 这种对过时技术的过度关注，导致了对现代技术讲解的不足。比如，关于电机能效等级（IE3/IE4）的实际测量和认证流程，书中只是一笔带过，没有提供任何实用的测试步骤或标准解读。再比如，在处理伺服系统的反馈单元（如编码器或解析器）故障时，这本书的建议停留在非常初级的电压检测层面，完全没有触及到数字总线（如EnDat或BiSS）的诊断协议和故障排除方法。对于一个声称覆盖“电机”全领域的书籍，这种对前沿和主流工业标准的忽视，使得它的实用价值大打折扣。它更像是一本“经典电机原理的纪念册”，而不是一本“当代工业维护指南”。

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从作者的语气中，我能强烈地感觉到一种居高临下的教育姿态。他似乎将读者定位为一群需要被“纠正”基础概念的、略显愚钝的学生。书中经常出现一些断言式的句子，比如“任何有经验的工程师都知道，功率因数校正的唯一正确方法是……”或者“那些坚持使用XXX方法的同行，显然没有真正理解电能的本质”。这种不容置疑的口吻，使得在遇到一些有争议或有多种解决方案的实际工程问题时，读者很难产生共鸣或进行批判性思考。 例如，在讨论电机绝缘电阻测试时，他坚定地推崇使用特定的高压兆欧表，并全盘否定了使用低压表进行初步筛查的有效性，但却没有提供足够的数据来支持这种绝对化的判断，尤其是在处理老旧或环境敏感设备时，高压测试本身就存在风险。更令人困惑的是，书中对于不同国家和地区采用的不同标准（如NEMA与IEC）的兼容性问题几乎没有提及，直接以一种“放之四海而皆准”的口吻来阐述，这在跨国项目合作中是极其不负责任的。我更喜欢那种能引导我思考，允许存在多种最优解的教材，而不是这种试图用单一权威定论来压制不同实践经验的论述风格。

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我必须说，这本书的排版设计简直是上个世纪的产物。如果你习惯了现代技术书籍那种清晰的布局、高对比度的插图和清晰的流程图，那么准备好迎接一场视觉上的挑战吧。图表是那种黑白、低分辨率的扫描件质感，很多关键的接线图，特别是关于复杂的星形-三角形启动器的部分，细节模糊得让人怀疑是不是复印了三遍以上。我甚至得拿出放大镜，才能分辨出导线的粗细和颜色标识。更令人沮丧的是，图注经常滞后于正文描述，你得在不同页面之间来回翻找，才能将文字描述的现象与图示的结构对应起来，这极大地打断了阅读的连贯性。 更别提索引部分了。如果你想快速查找特定故障代码的解决办法，比如“热继电器频繁跳闸的原因列表”，你很可能会失望。索引的粒度非常粗，更多的是按照电机类型和理论术语来组织的，而不是按照实际操作中遇到的问题。这让这本书更像是一部百科全书，你得知道你要找什么理论名词才能找到它，而不是一本高效的问题解决手册。我花了很多时间试图定位关于永磁同步电机（PMSM）维护的内容，结果发现这部分内容被稀疏地散落在“特殊励磁电机”的章节里，而且介绍得非常简略，明显是后加进去的“凑数”内容，缺乏对现代高效率驱动系统的足够重视。整体来看，这本书在视觉传达和信息组织效率上，给人的感觉是严重滞后于时代的需求。

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这本书的开篇就给我一种强烈的技术手册的冰冷感，它几乎是毫不留情地将你投入到变压器理论的深海之中。我本来是希望能从一些更直观的、基于实际故障排除的案例入手，但作者似乎认为读者已经对基本电磁学了如指掌，直接就跳到了等效电路模型的复杂推导上。翻阅前几章，你会发现大量的希腊字母和复杂的积分符号占据了版面，这对于初学者来说简直是劝退神器。 举个例子，关于三相异步电机启动扭矩的分析，书中用了整整十页纸来演绎所谓的“旋转磁场”是如何通过矢量分解产生的。我花了整整一个下午，对照着图示反复描摹，试图理解那个$ ext{d-q}$轴变换的精髓，结果仍然是雾里看花。如果作者能在引入这些高等数学工具之前，先用一个真实的工厂场景，比如“为什么大型泵站的电机在潮湿天气容易过载跳闸”作为引子，或许能更好地吸引人去钻研这些理论细节。目前的叙述方式，更像是在为研究生级别的考试准备的参考书，而不是给一线电工的工具书。我期待的是“如何快速诊断绕组短路”，而不是“如何精确计算漏磁阻抗”。这种过于学术化的倾向，极大地削弱了它作为一本“实用指南”的价值。我不得不承认，那些深入的公式推导确实严谨，但对于动手能力强的工程师来说，这些细节的优先级并不高。他们更需要的是一个快速的、经过验证的故障树，而不是一篇关于麦克斯韦方程组在电机中的应用的深度论文。

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