Electrical Machines and Drives: Fundamentals and Advanced Modelling

این کتاب با هدف ارائه یک مطالعه کامل و کتاب درسی مرجع در مورد ماشین‌های الکتریکی و درایوها است. ایده اصلی شروع از اصول الکترومغناطیسی خالص برای استخراج مدارهای معادل و معادلات حالت پایدار رایج ترین ماشین های الکتریکی (در قسمت های اول) است. اگرچه کتاب عمدتاً بر روی ماشین‌های میدان دوار تمرکز دارد، دو فصل اول به ترانسفورماتورها و ماشین‌های کموتاتور DC اختصاص دارد. فصل مربوط به ترانسفورماتورها به عنوان مقدمه ای بر ماشین های القایی و سنکرون، الکترومغناطیسی آنها و مدارهای معادل گنجانده شده است. فصل های سوم و چهارم به ترتیب مطالعه عمیقی در مورد ماشین های القایی و سنکرون ارائه می دهند. با شروع از الکترومغناطیسی آنها، معادلات حالت پایدار و مدارهای معادل به دست می آیند که از آنها می توان خواص اساسی آنها را استنباط کرد. بخش دوم منابع اصلی برق-الکترونیکی برای درایوهای الکتریکی را مورد بحث قرار می‌دهد، به‌عنوان مثال یکسوکننده‌ها، چاپرها، سیکلوکونورترها و اینورترها. توجه زیادی به تکنیک های PWM برای اینورترها و محتوای هارمونیک حاصل در شکل موج خروجی می شود. در بخش سوم، درایوهای الکتریکی مورد بحث قرار می‌گیرند که ترکیبی از ماشین‌های الکتریکی سنتی (میدان دوار و کموتاتور DC) که در قسمت اول مورد بررسی قرار گرفته‌اند و الکترونیک قدرت بخش دوم است. جهت گیری میدانی ماشین های القایی و سنکرون به تفصیل و همچنین کنترل مستقیم گشتاور مورد بحث قرار گرفته است. علاوه بر این، ماشین‌های رلوکتانس سوئیچینگ و موتورهای پله‌ای نیز در فصل‌های آخر مورد بحث قرار گرفته‌اند. در نهایت، بخش 4 به دینامیک ماشین های الکتریکی سنتی اختصاص دارد. همچنین برای دینامیک درایوهای ماشین القایی و سنکرون، الکترومغناطیسی به عنوان نقطه شروع برای استخراج مدل‌های دینامیکی استفاده می‌شود. در سراسر بخش 4، توجه زیادی به استخراج مدل های تحلیلی شده است. اما، البته، ویژگی‌های دینامیکی اساسی و علل احتمالی ناپایداری درایوهای ماشین القایی و سنکرون نیز با مدل‌های مشتق شده برای پایداری در نقطه شروع کوچک مورد بحث قرار گرفته‌اند. علاوه بر مطالعه پایداری در کوچک، یک فصل به دینامیک در مقیاس بزرگ نیز اختصاص داده شده است (مثلاً اتصال کوتاه ناگهانی ماشین‌های سنکرون). این کتاب درسی به عنوان متن دوره برای برنامه لیسانس و کارشناسی ارشد مهندسی برق و مکانیک در دانشکده مهندسی و معماری دانشگاه گنت استفاده می شود. قسمت های 1 و 2 در دوره پایه "مبانی درایوهای الکتریکی" در مقطع کارشناسی سوم تدریس می شود. قسمت 3 برای دوره "درایوهای الکتریکی کنترل شده" در استاد اول استفاده می شود، در حالی که قسمت 4 در کارشناسی ارشد تخصصی انرژی الکتریکی استفاده می شود.

This book aims to offer a thorough study and reference textbook on electrical machines and drives. The basic idea is to start from the pure electromagnetic principles to derive the equivalent circuits and steady-state equations of the most common electrical machines (in the first parts). Although the book mainly concentrates on rotating field machines, the first two chapters are devoted to transformers and DC commutator machines. The chapter on transformers is included as an introduction to induction and synchronous machines, their electromagnetics and equivalent circuits. Chapters three and four offer an in-depth study of induction and synchronous machines, respectively. Starting from their electromagnetics, steady-state equations and equivalent circuits are derived, from which their basic properties can be deduced. The second part discusses the main power-electronic supplies for electrical drives, for example rectifiers, choppers, cycloconverters and inverters. Much attention is paid to PWM techniques for inverters and the resulting harmonic content in the output waveform. In the third part, electrical drives are discussed, combining the traditional (rotating field and DC commutator) electrical machines treated in the first part and the power electronics of part two. Field orientation of induction and synchronous machines are discussed in detail, as well as direct torque control. In addition, also switched reluctance machines and stepping motors are discussed in the last chapters. Finally, part 4 is devoted to the dynamics of traditional electrical machines. Also for the dynamics of induction and synchronous machine drives, the electromagnetics are used as the starting point to derive the dynamic models. Throughout part 4, much attention is paid to the derivation of analytical models. But, of course, the basic dynamic properties and probable causes of instability of induction and synchronous machine drives are discussed in detail as well, with the derived models for stability in the small as starting point. In addition to the study of the stability in the small, a chapter is devoted to large-scale dynamics as well (e.g. sudden short-circuit of synchronous machines). The textbook is used as the course text for the Bachelor’s and Master’s programme in electrical and mechanical engineering at the Faculty of Engineering and Architecture of Ghent University. Parts 1 and 2 are taught in the basic course ’Fundamentals of Electric Drives’ in the third bachelor. Part 3 is used for the course ’Controlled Electrical Drives’ in the first master, while Part 4 is used in the specialised master on electrical energy.