1、国际电气工程先进技术译丛车辆、航海、航空、航天运载工具电力系统（美）Ali Emadi Mehrdad Ehsani John M.Miller 著李旭光 刘长红 史伟伟 译机 械 工 业 出 版 社本书首先介绍了运载工具电力系统的特点，以及电力电子技术和电机学基础，重点介绍了多种运载工具的电力系统：传统汽车、电动汽车、混合动力汽车的电力动力传动系统、电力系统架构、系统控制策略、牵引方法和原理、汽车电力系统的建模和仿真技术；飞行器电力系统（发电系统、电力负载、交流和直流配电系统）的构成。简要介绍了多电飞机的概念，进一步描述了太空飞行器和国际空间站的电力系统，以及航空航天电力系统的建模、实时状态
2、和系统稳定性评估等关键技术；船舶和潜艇的电力系统构成、多电船舰、集成电力系统、脉冲功率技术等概念。本书还对运载工具电力系统的共同理论和技术进行了研究：电池、燃料电池、光伏电池、超级电容的建模技术；高级电机驱动技术；运载工具多变换器动态特性及分析技术；恒功率负载及其对运载工具分布式交流电力系统的影响分析。本书主要读者为大学高年级学生和研究生，也可作为运载工具电力系统（电气、电子、电机）的科研和工程技术人员参考用书。Copyright2004 by CRC Press.Authorized translation from English language edition published by
3、 CRCPress，part of Taylor Francis Group LLC；All rights reserved.本书中文简体翻译版授权由机械工业出版社独家出版并在限在中国大陆地区销售。未经出版者书面许可，不得以任何方式复制或发行本书的任何部分。本书封面贴有 Taylor Francis 公司防伪标签，无标签者不得销售。本书版权登记号：图字 0120096678原书出版日期：2004 年 1 月 1 日原书名：Vehicular Electric Power Systems原书号：9780824747518图书在版编目（CIP）数据 车辆、航海、航空、航天运载工具电力系统（美）爱马
4、蒂（Emadi，A.）等著；李旭光等译.北京：机械工业出版社，2010.12（国际电气工程先进技术译丛）Vehicular Electric Power Systems Land，Sea，Air，and Space VehiclesISBN 9787111324959.车.爱李.交通运输工具电力系统研究.U中国版本图书馆 CIP 数据核字（2010）第 221452 号机械工业出版社（北京市百万庄大街 22 号 邮政编码 100037）策划编辑：吉 玲 林春泉 责任编辑：赵玲丽版式设计：张世琴 责任校对：李秋荣封面设计：马精明 责任印制：乔 宇北京机工印刷厂印刷（三河市南杨庄国丰装订厂装订）2
5、011 年 2 月第 1 版第 1 次印刷169mm 239mm23.25 印张451 千字0 0013 000 册标准书号：ISBN 9787111324959定价：88.00 元凡购本书，如有缺页、倒页、脱页，由本社发行部调换电话服务网络服务社服务中心：（010）88361066销 售 一 部：（010）68326294销 售 二 部：（010）88379649 门户网：http：教材网：http：读者服务部：（010）68993821封面无防伪标均为盗版译 者 序运载工具电力系统是汽车、船舶、飞机、航天器等运载工具的重要组成部分，涉及各种运载工具中电能的产生、储存、传输、分配、消耗及能量
6、控制等各个环节，与传统电力系统相比，它又具有系统相对独立、容量小、电力电子设备及各种变换器密集、负载对系统影响大等特点。随着社会的进步和技术的发展，以及目前日益严重的能源和环境问题，人们越来越重视各种运载工具的高效节能和环保，运载工具电力系统的研究也愈趋深入。运载工具电力系统涉及日常生活、军事和航空航天等各个领域，大到船舶、潜艇、国际轨道空间站等运载工具，小到电动车和混合动力电动车，电力系统都在其中起着最关键的作用。各种高效电机及其驱动控制技术、新能源及其储能技术等都在逐渐引入运载工具电力系统中，有些（如电动车和混合动力电动车）已经产品化，有些也已进入了研究开发和实验阶段。随着电力电子技术、永
7、磁电机设计制造和控制技术、储能技术、信息技术的进展，运载工具电力系统将会有更大的发展，也必将深刻影响车辆、航海、航空、航天运载工具的发展。本书即是适应这一发展趋势而出版的专著，书中全面地介绍了运载工具电力系统的基本情况，并详细介绍了各类运载工具电力系统的原理、构成及其关键技术，如传统汽车的电力系统、电动车和混合动力电动车的电力系统、船舶电力系统、各种新储能技术的运用及其建模分析，并介绍了其他书中不多见的国际轨道空间站电力系统。本书作者 Ali Emadi 是电动车和混合动力电动车领域的专家，长期从事电动车及混合动力电动车电机及其驱动控制系统的研究开发，此外，作者还多年从事航空、航天电力系统的研
8、究。在倡导高效、环保和节能的今天，该书非常适合推荐给从事运载工具电力系统的专业人员和研究人员使用。本书在翻译过程中，唐厚君、周顺荣老师给予了大力的支持和帮助。上海交通大学刘长红、史伟伟老师，研究生蔡川、苏仔见协助完成了部分章节的翻译、校对和整理工作，在此对他们表示衷心的感谢！由于水平有限，译文难免有错误和不妥之处，欢迎读者批评指正。于上海交通大学2010 年 10 月前 言机械、电气、液压和气动系统是各种车辆、航海、航空和航天运载工具中的基本动力传递系统。为了提高运载工具燃油效率、性能和可靠性及减少废气排放，多电运载工具（MEV）概念强调利用电力系统替代非电力传动系统。此外，对舒适性、便利性、
9、娱乐安全性、通信能力、可维护性、可支持性、耐久性和操作成本的越来越高的要求需要更多电力。因此，大容量和配置更复杂的分布式电力系统被引入到高级运载工具中，以满足运载工具对电力的需求。在 MEV 中，固态电力开关变换器被广泛应用于系统的电力产生、分配和电能利用的全过程，各种不同的变换器（如 DC DC 斩波器、DC AC 逆变器、ACAC 变换器、AC DC 整流器）被用于系统电源、负载和电力分配等子系统，以提供各种不同电压等级的直流电源或交流电源。绝大多数负载也是各种形式的电力电子变换器和电动机驱动装置，因此，在这些运载工具中，各种各样的变换器被整合在一起，构成了复杂且应用广泛的互连多变换器系统
10、。这些系统中，电力电子变换器的数量从传统汽车的几个到高级飞行器和航天器的几十个，以至于国际空间站的数百个。近些年来，电力电子技术、电机驱动、容错型分布式电力分配系统、电子控制技术、数字信号处理器（DSP）和微处理器等领域的巨大进展已经为 MEV 的发展提供了巨大的推动力。这些非传统电力系统具有独特的系统构架、系统特性、动态特性和稳定性问题，一般而言，和传统电力系统是不同的。本书的目的是概念性、综合性地描述这些系统，以及电力电子技术的作用及当前的发展趋势，更进一步，本书指出了应用电力电子技术前后这些系统所面临的各种问题。本书包含 13 章。第 1 章首先介绍电力系统、电路基础和控制系统原理。第2
11、 章和第 3 章分别介绍电力电子技术基础和电机学基础，其中第 2 章叙述传统的和先进的电力电子变换器，如 AC DC、DC DC、DC AC 和 DC AC 变换器；第3章涉及传统直流电动机、交流异步电动机和交流同步电机及其电力电子驱动装置，电力电子技术和电动机驱动领域的发展为运载工具的电气化提供了更为便利的条件，今后将为多电运载工具提供更好的性能、更高的效率、更大的容量，同时重量也可以更轻。第 4 章综述汽车电力系统，包括传统汽车和电动汽车。当前，汽车电力系统大部分采用 14V 直流电力系统。然而，对提高燃油效率、性能、可靠性以及减少废气排放的追求迫使汽车发动机和附属设备更多采用电气化。在高
12、级轿车中，采用较高电压，例如 42V 电网，为节气门操纵、动力转向、防抱死制动、后轮转向、空调、行驶高度调节、主动式悬挂和电加热式催化转化器供电，对提高这些新型负载的性能至关重要。第 5 章讲述电动汽车和混合动力汽车。首先介绍混合电力动力传动系统、系统构建、分布式电力系统架构、控制策略、混合作用效果、低压牵引系统原理和设计方法；然后介绍重型汽车和电动赛车的电力系统；最后介绍汽车电力系统的建模和仿真技术。第 6 章重点介绍飞行运载工具。介绍传统飞机的电力系统、电力负载、发电系统、AC 和 DC 配电系统以及多电飞机的概念。第 7 章介绍航天电力系统，包括航天器和国际空间站的电力系统。航空航天电力
13、系统的建模、实时状态估计和系统稳定性评估等内容在第 7 章也有所涉及。第 8 章综合研究海上和水下运载工具。介绍推进和非推进电力负载、多电船舰、集成电力系统、脉冲功率技术、高级海上及水下船舰技术等内容。第 9章着重阐述了各种地、海、空、天（车辆、航海、航空、航天）运载工具中燃料电池的应用，介绍了燃料电池的结构、工作特性以及应用技术。第 10 章介绍储能装置的建模技术，包括蓄电池、燃料电池、光伏电池和超级电容的建模技术。第 11 章综述高级电动机驱动技术在运载工具中的应用。首先介绍无刷直流（BLDC）电动机和开关磁阻电动机（SRM）驱动技术在各种运载工具中的应用，进而阐释电机在发电和电动模式下的
14、工作性能及无传感器技术。第 12 章介绍多变换器运载工具动态特性。本章将高级运载工具电力负载划分为两大类：一类是恒电压负载，这些负载在恒电压下工作；另一类是恒功率负载，这类负载从母线上吸收恒功率工作，此类负载对系统的影响效果相当于引入了负阻抗不稳定性，本章详细讨论此类负载对各种运载工具动态特性的影响。第 13 章对恒功率负载对运载工具电力系统的影响进行评估，并进一步介绍交流运载工具电力系统的设计理念，以避免负阻抗不稳定性，提出设计分布式电力系统的基本框架指南。本书可供大学高年级学生或者研究生学习使用，课程指导教师可以根据学生的知识背景灵活地选择授课内容。本书被用作 Illinois 理工大学研
15、究生课程，课程名称为“运载工具电力系统”。早期版本是根据课堂上学生的反馈和意见修订而成的，在此我们感谢学生们的帮助。本书还可为从事运载工具领域的电气、电子、机电一体化和电化学工业工程师、研究人员和管理人员提供参考。我们非常感谢 Illinois 理工大学本科生和研究生对本书的贡献，这些贡献分 前 言 别如下：第 1 章和 4.5 节：Mr.Ranjit Jayabalan；2.1 节和 2.2 节：Mr.RiteshOza；2.3 节和7.1 7.3 节：Mr.Sheldon S.Willamson；第3 章：Mr.Basem Fahmy；4.6 节：Mr.Erwin Uy 和 Mr.Fern
16、ando Rodriguez；4.8 节：Mr.Arjun Shrinath；第 5.5 节和 5.10 节：Mr.Srdjan 和 M.Lukic；5.8 节 MS.Vauiy Dawood；第 5.9 节：Mr.Rajat Bijur；第 8 章：Mr.Sachin A.Borse；11.2 节：Mr.YogeshP.Patel；此外，第 9 章和第 10 章的大部分内容主要引用于研究生 Mr.SheldonS.Willamson 的研究工作，在此深表谢意。在此我们还要深深感谢 Marcel Dekker 公司全体职员的帮助和支持。Ali EmadiMehrdad EhsaniJohn M.Miller 车辆、航海、航空、航天运载工具电力系统 目 录译者序前言第 1 章 电力系统简介1 1.1 电路基础1 1.2 控制系统6 1.3 电力系统9 参考文献10第 2 章 电力电子技术基础11 2.1 AC DC 整流器11 2.2 DC DC 变换器17 2.3 DC AC 逆变器27 参考文献33第 3 章 电机34 3.1 机电能量转换系统34 3.2 电磁学基础37 3.3 直