电气工程专业综合专题实验教程（应用型本科规划教材 电气工程及其自动化）

定　　价：69 元

丛书名：

• 作者：李正汤明东蒋全
• 出版时间：2022/1/1
• ISBN：9787547856161
• 出 版 社：上海科学技术出版社

• 中图法分类：TM-43 
• 纸张：胶版纸
• 开本：16开
• 字数：(单位：千字)

内容简介

本书系上海市应用型本科专业建设立项规划教材。本书内容主要包括电机学、电力电子与电力传动、电力系统三个综合专题。全书共分8章,电机学综合专题介绍了直流电机、异步电机、同步电机的电磁设计与有限元仿真的算例;电力电子与电力传动综合专题介绍了西门子和派克直流调速系统、西门子交流运动控制系统、三菱交流伺服控制系统;电力系统综合专题介绍了变电站设计和电力系统仿真。
本书所涉及的动画、视频等数字教学资源，读者可扫描书中二维码免费获取。

编辑推荐

本系列教材特色如下：
1.符合应用型大学电气工程及其自动化专业培养目标和教学改革要求；涵盖专业基础课、专业核心课及专业综合训练课等内容。
2.重点突出电气工程及其自动化专业的理论基础和实操技术；删减不常用的知识。
3.以文字教材为主,同时注重运用多媒体途径教学；主教材中穿插丰富的例题和灵活性较强的习题，优化丰富教学内容。
4.参编作者校企合作，书中内容注重理论联系实践。
5.《电气工程专业综合专题实验教程》围绕电机学综合专题、电力电子与电力传动综合专题和电力系统综合专题三部分，采用理论与实践相结合的方法，既有理论的计算，又有实践的操作，正好满足培养既有理论知识又有实践技能的应用型专业人才的社会需求。本书每个实验案例均给出了详细的操作步骤，同时还配套数字交互资源，便于读者学习。

序 言

为了进一步引导高等院校电气工程及其自动化专业本科人才培养主动适应经济社会发展需求，结合应用型本科高等教育的建设要求，明确和凝练电气工程及其自动化专业的特色，上
海币*开展了应用型本科专业项目建设， 该项目以现代工程教育的"成果导向教育"为指
导，聚焦于加强应用型本科内涵建设，创新人才培养模式，提高人才培养质量，终实现专业工程应用教育培养体系的构建。本书就是根据上海市应用型本科专业建设项目所通过的电气工程及其自动化专业教材规划而编写的。
电气工程及其自动化专业属于电力工业、装备制造业、钢铁冶金业、交通运输业等行业范
畴。社会对电气工程专业人才特别是应用型人才有着极大的需求量。本书面向高等院校电气
工程学科的专业方向，较好地满足了电气工程专业发展的需要。全书采用了理论与实践相结合的方法，既有理论的计算，又有实践的操作，正好满足培养既有理论知识又有实践技能的应用型专业人才的社会需求。
本书包括电机学综合专题、电力电子与电力传动综合专题和电力系统综合专题三部分∶
（1）电机学综合专题介绍了直流电机、异步电机、同步电机的电磁设计和有限元仿真的案例，给出了详细的计算步骤，并将公式计算结果送入Maxwell有限元软件进行仿真分析，完成了从传统公式计算到现代有限元仿真计算的一个完整流程。电机学综合专题侧重于电机人才培养。
（2）电力电子与电力传动综合专题介绍了西门子和派克直流调速系统实验，并以西门子
6RA80和派克， 514C为例，介绍了直流调速系统的实践操作。西门子交流运动控制系统实验中，硬件包括V90PN、S120、Gl120、S7-1200/1500和触摸屏，软件包括博途、STARTER、V-ASSISTANT;采用西门子硬件和软件相结合的方法，用西门子的典型设备来搭建运动控制系
统。三菱交流运动控制系统实验中，硬件包括FX3U、FX5U、MR-J4伺服驱动器，软件包括
GXWorks2、GX Works3、MR Configurator2;采用三菱硬件和软件相结合的方法，用三菱的典型设备来搭建运动控制系统。电力电子与电力传动综合专题侧重于工控人才培养。
（3）电力系统综合专题介绍了变电站设计和电力系统仿真。基于110kV变电站的设计，通过了解一次系统设计、二次系统设计和 MATLAB进行短路电流计算，进而掌握变电站设计的方法。电力系统仿真介绍了 MATPOWER电力系统仿真方法;电力系统仿真计算包括交流潮流计算、直流潮流计算、潮流计算、连续潮流计算、智慧电力市场计算和机组组合。电力系统综合专题侧重于电力工业人才培养。
本实验教程的每个实验案例均给出了详细的操作步骤，非常便于读者学习。在学习本实验教程案例的基础上，读者可通过合理使用现有的实验仪器、软件、设计平台及其他网络资源，进行自主设计和实验，从而培养一定的综合实践能力。本书由上海理工大学电气工程系李正博士、汤明东博士、蒋全教授共同编写。作者在写作的过程中参考了相关文献，在此表示感谢!
限于作者水平，书中难免还有不足和错误之处，欢迎广大读者发送邮件到 [e-mail]，以做进一步探讨。
作者

作者介绍

李正，男，工学博士，上海理工大学电气工程系任教，从事电气工程专业本科生和研究生的教学工作。兼任IEEE电力能源协会上海分会会员委员会副主席。获得AXKG全国职业技能考试鉴定中心颁发的《高级CAE仿真工程师》。获评上海理工大学大学生创新创业优秀指导教师。研究方向为新型电机及其控制。发表学术论文20余篇，其中SCI检索2篇、EI检索10余篇，参与国家自然基金项目2项。出版专著《永磁电机的设计》和十二五规划教材《电机与拖动基础》。

目 录

第1章 直流电机的设计
1.1 直流电机的结构 2
1.1.1 内转子直流电机 2
1.1.2 外转子直流电机 2
1.2 直流电机的电磁设计 3
1.3 直流电机的有限元分析 18
1.3.1 直流电机的RMxprt 建模与分析 18
1.3.2 直流电机的二维建模 22
1.3.3 直流电机的三维建模 24
第2章 异步电机的设计25
2.1 异步电机的结构 26
2.1.1 鼠笼式异步电机 26
2.1.2 绕线式异步电机 27
2.2 异步电机的电磁设计 27
2.3 异步电机的有限元分析.42
2.3.1 异步电机的RMxprt 建模与分析 42
2.3.2 异步电机的二维建模 47
2.3.3 异步电机的三维建模 47
第3章 同步电机的设计49
3.1 同步电机的结构 50
3.1.1 电励磁同步电机的结构 50
3.1.2 永磁同步电机的结构 50
3.2 同步电机的电磁设计 51
3.3 同步电机的有限元分析60
3.3.1 同步电机的RMxprt 建模与分析 60
3.3.2 同步电机的二维建模 67
3.3.3 同步电机的三维建模 67
第 4 章 直流调速系统的实验69
4.1 西门子数字式直流调速系统6RA80 .70
4.1.1 6RA80的接线 70
4.1.2 操作面板BOP20的使用方法 71
4.1.3 操作面板BOP20 调试6RA80 73
4.1.4 西门子STARTER软件调试6RA80 76
4.1.5 6RA80的实验记录 88
4.2 派克模拟式直流调速系统514C 89
4.2.1 514C的接线 89
4.2.2 514C的调试 92
4.2.3 514C的实验记录94
第5章 西门子交流运动控制系统的实验 95
5.1 西门子交流运动控制设备 96
5.2 西门子博途SINA功能块 98
5.2.1 SINA_POS位置控制功能块 98.
5.2.2 SINA SPEED速度控制功能块 119
5.2.3 西门子SINA_PARA参数存取功能块 125
5.2.4 EASY_SINA_POS简单位置控制功能块 131
5.3 西门子博途工艺对象To和MC控制功能块 132
5.4 西门子触摸屏的组态 138
5.4.1 精简型触摸屏的组态 139
5.4.2 精简型触摸屏与PLCSIM的仿真调试 151
第6章 三菱交流运动控制系统的实验159
6.1 三菱可编程控制器 160
6.1.1 FX3U的结构 160
6.1.2 FX3U的编程与仿真 160
6.1.3 FX5U的结构 164
6.2 三菱交流伺服系统 166
6.2.1 三菱交流伺服电机 166
6.2.2 三菱伺服驱动器 166
6.2.3 三菱伺服配置软件 168
6.2.4 三菱FX5U的位置控制 169
第7章 110kV变电站的设计 178
7.1 110kV变电站的设计方案 179
7.1.1 l10kV变电站的预定条件 179
7.1.2 110kV变电站的主要技术经济指标 179
7.2 110kV变电站的一次系统 179
7.2.1 l10kV变电站的电气主接线 179
7.2.2 110kV变电站主要设备选择 180
7.3 110kV变电站的短路电流计算及仿真分析 182
7.3.1 110kV变电站的短路电流计算 182
7.3.2 110kV变电站的短路电流仿真分析 184
7.4 电气设备布置及配电装置 188
7.5 110kV变电站的二次系统 191
7.5.1 110kV变电站的计算机监控系统 191
7.5.2 110 kV变电站的直流系统 191
7.5.3 110kV变电站的继电保护配置 191
第8章 电力系统的仿真 198
8.1 电力系统的MATPOWER仿真软件 199
8.1.1 MATPOWER软件安装 199
8.1.2 MATPOWER软件运行 199
8.2 电力系统的MATPOWER模块 200
8.2.1 数据文件 200 8.2.2 断点调试 202
8.2.3 发电机模块 204
8.2.4 线路模块 205
8.2.5 节点模块206
8.2.6 发电机成本模块 206
8.3 电力系统的MATPOWER仿真计算 207
8.3.1 电力系统的交流潮流计算 207
8.3.2 电力系统的直流潮流计算 214
8.3.3 电力系统的潮流计算 215
8.3.4 电力系统的连续潮流计算 217
8.3.5 电力系统的智慧电力市场计算219
8.3.6 电力系统的机组组合 222
参考文献237
本书配套数字交互资源使用说明 238