电力牵引交流传动及其控制系统PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1　发展历史 1

1.2 电力牵引交流传动与控制系统的现状及发展趋势 3

1.2.1 电力电子器件 4

1.2.2　控制理论 5

1.2.3 交流传动系统的控制技术 6

1.2.4　变频电机技术 7

1.2.5 牵引传动新技术 8

习题 10

第2章 电力牵引传动系统设计基础 11

2.1　列车牵引计算基础 11

2.1.1 列车运行过程的数学描述 11

2.1.2 列车牵引力 12

2.1.3 列车阻力 15

2.1.4 列车牵引特性 16

2.1.5 粘着控制 18

2.2　牵引供电系统简介 20

2.3 电力牵引交流传动系统简介 23

2.3.1 电力牵引传动系统分类 23

2.3.2 电力牵引交流传动系统组成 23

2.4　牵引传动系统的优化匹配与容量选定 28

2.4.1 牵引变流器与牵引电机的参数匹配 28

2.4.2 牵引系统与机械传动的匹配 29

2.4.3 牵引传动系统容量的计算 30

2.5　牵引电机设计时要考虑的几个特殊问题 33

习题 34

第3章 变频调速异步电动机的控制方式 35

3.1　频率调节时异步电动机的等值电路及转矩表示 35

3.1.1 变频调速异步电动机的等值电路 35

3.1.2 变频调速异步电动机的转矩公式 37

3.2　恒磁通控制 38

3.2.1　概述 38

3.2.2　恒磁通运行 39

3.3　恒电压／频率比控制 41

3.4　恒转子全磁通控制 44

3.5　恒功率控制 44

3.6 列车牵引中变频调速系统的调节特性 47

3.7　谐波分析 49

3.7.1　谐波等值电路 51

3.7.2　谐波电流 52

3.7.3　谐波转矩 54

3.8　仿真案例 56

习题 57

第4章　变频调速异步电动机的数学模型 58

4.1 三相异步电动机的数学模型 58

4.1.1 电压方程 58

4.1.2　磁链方程 59

4.1.3　转矩方程 60

4.1.4　运动方程 61

4.2　常用的坐标系和坐标变换 61

4.2.1 常用的坐标系 61

4.2.2 坐标变换的原则及约束条件 62

4.2.3 坐标变换的基本思路 63

4.2.4　三相／两相变换（3/2变换） 65

4.2.5 两相／两相旋转变换（2s/2r变换） 67

4.2.6 直角坐标／极坐标变换（K/P变换） 67

4.3　三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型 68

4.3.1　异步电动机在两相任意旋转坐标系（dq坐标系）上的数学模型 68

4.3.2　异步电动机在两相静止坐标系（αβ坐标系）上的数学模型 71

4.3.3 异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型 72

4.4　三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 72

4.4.1　ωr-Ψr-is状态方程 72

4.4.2　ωr-Ψs-is状态方程 74

4.4.3　ωr-Ψr-Ψs状态方程 74

4.5　异步电动机的建模仿真 75

习题 77

第5章 脉冲整流器主电路及其控制 78

5.1　脉冲整流器概述 78

5.1.1 引言 78

5.1.2　脉冲整流器的等效电路模型 79

5.1.3 脉冲整流器的工作原理 81

5.2　两电平脉冲整流器主电路 84

5.2.1 两电平脉冲整流器的结构与工作原理 84

5.2.2　两电平脉冲整流器的SPWM调制原理 87

5.3　三电平脉冲整流器主电路 88

5.3.1 三电平脉冲整流器的结构与工作原理 88

5.3.2　三电平脉冲整流器SPWM调制原理 90

5.3.3　三电平脉冲整流器中点电位平衡策略 91

5.4 中间直流回路的功能与参数 93

5.4.1 串联谐振电路 93

5.4.2 支撑电容器 94

5.5　脉冲整流器谐波产生机理 95

5.5.1　低次谐波产生机理 96

5.5.2 高次谐波产生机理 97

5.6　脉冲整流器控制技术 98

5.6.1 脉冲整流器的可变相位角控制策略 100

5.6.2 瞬态直接电流控制策略 103

5.6.3　预测直接电流控制策略 104

5.6.4 多重化脉冲整流器的载波移相技术 105

5.7　仿真案例 108

习题 109

第6章 牵引逆变器主电路及其控制 111

6.1　两电平牵引逆变器主电路 111

6.1.1 两电平牵引逆变器的结构与工作原理 111

6.1.2 两电平牵引逆变器方波控制 113

6.1.3 两电平牵引逆变器SPWM控制 117

6.1.4 两电平牵引逆变器SVPWM控制 121

6.2　三电平牵引逆变器主电路 126

6.2.1 三电平牵引逆变器的结构与工作原理 126

6.2.2 三电平牵引逆变器方波控制 128

6.2.3 三电平牵引逆变器SPWM控制 132

6.2.4 三电平牵引逆变器SVPWM控制 133

6.3 SPWM与SVPWM的关联性 140

6.3.1 脉宽调制的基本类型 140

6.3.2 关联性存在的前提 143

6.3.3 参考信号与空间矢量扇区之间的关系 144

6.3.4 参考信号与空间矢量之间的关系 145

6.3.5 基波参考信号与空间矢量之间的关系 145

6.3.6 零序信号与零矢量的分布 146

6.3.7 SPWM与SVPWM的开关模式 147

6.4　仿真案例 149

习题 154

第7章 异步电动机的矢量控制系统 155

7.1　矢量控制基本思想 155

7.2　异步电动机矢量控制的实现 157

7.2.1 矢量控制的基本方程 157

7.2.2 坐标变换电路 160

7.2.3　转子磁链观测模型 161

7.3 电力牵引传动中磁场定向矢量控制方案 166

7.3.1 转差频率矢量控制系统 166

7.3.2 直接矢量控制系统 170

7.4　仿真案例 173

7.5　全数字化矢量控制系统设计 175

7.5.1 全数字化矢量控制系统结构简介 175

7.5.2 参数的离散化与数字化 177

7.5.3　PI调节器的数字化 178

7.5.4　数字化滤波器 180

7.5.5　速度数字化采集 181

7.6　智能控制在矢量控制系统中的应用 182

7.6.1 神经网络转子磁链与电磁转矩估计器设计 183

7.6.2　神经网络解耦控制器设计 183

7.6.3　神经网络转矩控制器设计 184

7.6.4 神经网络矢量控制系统 184

习题 185

第8章　异步电动机直接转矩控制系统 186

8.1　直接转矩控制的基本原理 186

8.1.1 电磁转矩控制原理 186

8.1.2 空间电压矢量对定子磁链及转矩的作用 187

8.2　异步电动机直接转矩控制的实现 189

8.2.1 定子磁链与电磁转矩估计 189

8.2.2　六边形磁链轨迹直接转矩控制 190

8.2.3　近似圆形磁链轨迹直接转矩控制 192

8.3 电力牵引传动中直接转矩控制方案 195

8.3.1　低速范围的直接转矩控制策略 196

8.3.2 高速范围内的控制策略 200

8.3.3 弱磁范围内的控制策略 201

8.3.4 附属控制环节 203

8.4　仿真案例 204

8.5　全数字化直接转矩控制系统设计 208

8.6　矢量控制与直接转矩控制的内在联系 210

8.7　模糊控制在直接转矩控制系统中的应用 213

习题 216

第9章 牵引传动系统无速度传感器控制 217

9.1　概述 217

9.2　转速估算方法 218

9.2.1　转差频率计算法 218

9.2.2　基于状态方程的直接综合法 218

9.2.3　模型参考自适应法 220

9.2.4　转速自适应磁链观测器（Luenberger观测器）法 221

9.2.5 扩展卡尔曼滤波器（EKF）法 226

9.2.6　滑模观测器法 228

9.3　智能控制技术在无速度传感器控制中的应用 229

9.3.1　基于神经网络的无速度传感器控制 229

9.3.2 利用人工智能技术辨识电机参数变化 232

9.4 电力牵引无速度传感器控制的带速重投研究 233

习题 238

第10章　直接驱动技术 239

10.1　直接驱动技术概述 239

10.1.1 直接驱动技术及其特点 239

10.1.2 直接驱动牵引电机的现状与发展趋势 240

10.1.3 直接驱动永磁同步牵引电机的特点与应用 241

10.2　直接驱动永磁同步牵引电机理论基础 243

10.2.1 永磁同步牵引电机的数学模型 243

10.2.2 永磁同步牵引电机系统的稳态特性 244

10.3　直接驱动永磁同步牵引电机控制策略 248

10.3.1 永磁同步牵引电机控制策略 248

10.3.2 永磁同步牵引电机控制系统在牵引传动系统中的应用 257

10.4　全数字化永磁同步牵引电机控制系统的仿真与实现 262

10.4.1 控制系统的仿真实现 262

10.4.2 控制系统的全数字化实现 266

习题 267

附录1 4种动车组及3种大功率交流传动电力机车的主电路结构框图 268

附录2　4种动车组及3种大功率交流传动电力机车各部分参数 272

附录3　4种动车组及3种大功率交流传动电力机车的牵引特性曲线 274

附录4　在功率不变条件下的坐标变换 277

附录5 由三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系的变换（3s/2r变换） 280

附录6　交流传动实验介绍 285

参考文献 294