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第1章 电力传动计算基础 1

1.1 直线运动 1

1.1.1 距离、速度、加速度、力和质量 1

1.1.2 质量和重量 2

1.1.3 直线运动的功、功率、动能 2

1.2 旋转运动 2

1.2.1 转矩、角速度 2

1.2.2 转动惯量、飞轮矩GD2和运动方程 3

1.2.3 旋转运动的功、功率和动能 4

1.2.4 GD2的折算及惯性系数 5

1.3 电动机所需输出功率的计算基础 6

1.3.1 由力和速度确定输出功率 7

1.3.2 由转矩和角速度确定输出功率 8

1.3.3 输送流体的功率 9

1.3.4 动力传动装置的效率 10

1.4 小结 10

计算与思考 10

第2章 电动机的启动与制动 12

2.1 电机的发展 12

2.2 电动机的转速转矩特性 14

2.3 负载的转速转矩特性和稳定运行 16

2.4 加速时间 18

2.4.1 转速与时间的关系 18

2.4.2 异步电动机的加速时间 19

2.4.3 直流电动机的加速时间 20

2.5.1 电阻值和启动档数 22

2.5 启动电阻的计算 22

2.5.2 串电阻启动的启动时间 23

2.6 各种电动机的启动方法 25

2.6.1 笼式异步电动机的启动方法 25

2.6.2 绕线式异步电动机的启动 26

2.6.3 直流电动机的启动 26

2.6.4 同步电动机的启动 26

2.7 制动 27

2.7.1 制动的分类 27

2.7.2 制动时间 28

2.7.3 制动机构所产生的损耗 28

2.8 正转、反转、拖动转矩、制动转矩的表示方法 29

计算与思考 30

2.9 小结 30

第3章 电动机控制基础 32

3.1 电力传动与电动机调速 32

3.2 异步电动机调速的基础知识 34

3.2.1 异步电动机的基本原理 34

3.2.2 异步电动机的等值电路 35

3.2.3 电力半导体器件 37

3.2.4 变频器的种类 39

3.2.5 PWM控制技术 42

3.2.6 调速系统的性能指标 43

3.3 小结 45

计算与思考 45

4.1 直流他励电动机的基本原理和机械特性 46

第4章 直流电动机调速系统 46

4.2 斩波器－直流电动机系统的控制 48

4.2.1 用于传动的直流斩波器的基本电路 48

4.2.2 混合式斩波器系统运行分析 53

4.3相控整流器－直流电动机的调速性能 56

4.3.1 开环机械特性 56

4.3.2 单闭环调速系统的性能分析 57

4.3.3 单闭环有静差直流控制系统的其他形式 64

4.3.4 双闭环调速系统的性能分析 67

4.3.5 双闭环调速系统的设计 71

4.4 小结 71

计算与思考 72

5.1.1 变极调速 76

5.1 异步电动机的速度控制方法 76

第5章 异步电动机调速的基本方法 76

5.1.2 定子调压调速 77

5.1.3 转子串电阻调速 78

5.1.4 串级调速 79

5.1.5 电磁转差离合器调速 81

5.1.6 变频调速 82

5.2 异步电动机非正弦供电时的运行特性 83

5.2.1 异步电动机的谐波磁场 83

5.2.2 异步电动机的谐波电流 84

5.2.3 异步电动机的谐波转矩 84

5.2.4 谐波电流引起的损耗 85

5.2.5 异步电动机特性的测量 85

计算与思考 88

5.3 小结 88

6.1 异步电动机变频调速的控制方式 90

6.1.1 保持U/f恒定 90

第6章 异步电动机的变压变频调速 90

6.1.2 保持输出转矩为常数（恒转矩调速） 92

6.1.3 保持输出功率为常数（恒功率调速） 93

6.1.4 矢量控制 93

6.2 电压型变频器－异步电动机系统的VF比恒定控制 95

6.2.1 系统构成 95

6.2.2基本性能分析 97

6.2.3 VF比恒定控制运行中的不稳定现象 98

6.2.4 回馈制动方式 99

6.3.2 转差频率控制的系统构成 101

6.3异步电动机的转差频率控制 101

6.3.1 转差频率控制的基本原理 101

6.3.3 系统性能分析 102

6.4 异步电动机的磁链轨迹控制 105

6.4.1 PWM逆变器输出电压的矢量表示 105

6.4.2 磁链轨迹控制 107

6.5 小结 110

计算与思考 110

第7章 通用变频器的基本性能和合理使用 112

7.1 通用变频器的发展 112

7.1.1 中小容量变频器 113

7.1.2 大容量变频调速 113

7.1.4 无速度传感器矢量控制调速系统 116

7.1.3 特殊用途的交流驱动调速 116

7.2 通用变频器的基本运行方式 117

7.2.1 通用变频器的操作和显示 117

7.2.2 通用变频器的基本运行方式 119

7.3 变频器的功能及合理使用 120

7.3.1 U/f类型的选择 121

7.3.2 启动转矩的调整 121

7.3.3 加速、减速时间的设定 121

7.3.4 参数自动调整 122

7.3.5 频率跨跳 122

7.3.6 制动电阻的选择 123

7.3.7 电子热继电器保护设定 123

7.3.9 变频器和商用电源的切换 124

7.3.8 直流制动 124

7.3.10 变频器的保护 126

7.4 小结 129

计算与思考 129

第8章 高性能异步电动机变频调速系统 131

8.1 异步电动机的矢量控制 131

8.1.1 异步电动机的动态数学模型 131

8.1.2 矢量控制理论 136

8.1.3 转子磁场定向矢量控制系统的构成 137

8.2 提高系统响应速度的技术 140

8.2.1 影响响应速度的因素 140

8.3.1 速度的辨识方法 141

8.3 无速度传感器矢量控制 141

8.2.2 提高系统响应速度的方法 141

8.3.2 磁链的观测 145

8.4 异步电动机控制系统的参数自整定 148

8.4.1 异步电动机控制系统参数自整定的目的 148

8.4.2 异步电动机参数自整定的分类 148

8.4.3 异步电动机控制系统参数自整定的原理 149

8.5 电流控制策略 152

8.5.1 非线性开关电流控制器 153

8.5.2 线性控制器 154

8.5.3 预测控制器 155

8.6 小结 156

计算与思考 156

9.1.1 绕线式异步电动机转子串电势调速的基本方程式 158

第9章 绕线式异步电动机的串级调速 158

9.1 绕线式异步电动机串级调速的原理 158

9.1.2 串级调速系统的功率流动 160

9.2 串级调速的实现方法 161

9.2.1 恒功率型串级调速 161

9.2.2 恒转矩型串级调速 162

9.2.3 晶闸管静止型串级调速 164

9.3 小结 165

计算与思考 165

第10章 同步电动机的变频调速 166

10.1 同步电动机的类型 166

10.1.1 隐极式同步电动机 166

10.1.4 反应式同步电动机 167

10.1.3 永磁同步电动机 167

10.1.2 凸极式同步电动机 167

10.2 同步电动机的稳态运行 168

10.2.1 隐极式同步电动机 168

10.2.2 凸极式同步电动机 169

10.2.3 永磁同步电动机 171

10.2.4 反应式同步电动机 171

10.3 变频调速运行 172

10.4 同步电动机的控制原理 173

10.4.1 同步电动机使用电压型变频器的开环控制 174

10.4.2 自控式同步电动机 175

10.5.1 PWM变频器同步电动机的驱动 177

10.5.2 永磁同步电动机的性能分析 177

10.5 永磁同步电动机的伺服控制 177

10.5.3 自控式同步电动机的转矩角控制 178

10.5.4 电流追踪型永磁同步电动机驱动系统 179

10.5.5 永磁同步电动机的磁场定向控制 179

10.6 小结 180

计算与思考 181

第11章 小型无刷电动机的调速 182

11.1 无刷直流电动机的调速系统 182

11.1.1 三相半波无刷直流电动机 182

11.1.2 三相全波无刷直流电动机 184

11.1.3 三相正弦无刷直流电动机 184

11.1.4 位置传感器 186

11.1.5 驱动性能和控制原理 186

11.2.1 变磁阻步进电动机 187

11.2 步进电动机的速度控制 187

11.2.2 永磁步进电动机 188

11.2.3 混合式步进电动机 188

11.2.4 驱动电路 189

11.3 开关磁阻电动机的速度控制 189

11.3.1 功率变换电路 190

11.3.2 开关磁阻电动机的转矩产生机理 191

11.4 小结 193

计算与思考 194

第12章 电动机控制系统的数字仿真 195

12.1 概述 195

12.2.1 一阶线性常微分方程 196

12.2.2 欧拉法 196

12.2 面向微分方程的数字仿真 196

12.2.3 龙格－库塔法 197

12.3 面向结构图的数字仿真 197

12.3.1 线性系统的数字仿真 197

12.3.2 连续系统离散相似法数字仿真 200

12.4 电动机控制系统的仿真 204

12.4.1 双闭环直流调速系统的数字仿真 204

12.4.2 电压型变频器－异步电动机调速系统的数字仿真 207

12.5 控制系统仿真软件SIMULINK简介 208

12.5.1 系统构成 208

12.5.2 计算顺序 210

12.6 小结 211

计算与思考 212

参考文献 215