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第一篇 电力传动基础 2

第1章 电力传动系统动力学 2

1.1 直接驱动的电力传动系统动力学 2

1.2 复杂机械结构的电力传动系统动力学 3

1.2.1 工作机构做旋转运动 3

1.2.2 工作机构做平移运动 5

1.2.3 工作机构做升降运动 6

1.2.4 例题 7

1.3 电力传动系统的负载特性 9

1.3.1 恒转矩负载特性 9

1.3.2 通风机型负载特性 9

1.3.3 恒功率负载特性 10

1.3.4 组合型负载特性 10

1.4 小结 11

习题 11

第2章 直流电动机的静特性 13

2.1 直流他励电动机的机械特性 13

2.1.1 自然机械特性 13

2.1.2 人为机械特性 14

2.2 直流他励电动机的起动 15

2.2.1 直流他励电动机的起动方法 15

2.2.2 电枢串入电阻的起动方法 16

2.2.3 直流他励电动机的降压起动 19

2.3 直流他励电动机的制动 20

2.3.1 直流他励电动机的能耗制动 20

2.3.2 直流他励电动机的反接制动 22

2.3.3 回馈制动（再生制动或发电制动） 24

2.4 直流他励电动机的调速 26

2.4.1 电枢串联电阻调速 26

2.4.2 改变电枢电压调速 27

2.4.3 改变磁通调速 27

2.5 调速系统电动机与负载的配合 28

2.5.1 电动机允许输出的转矩和功率 28

2.5.2 调速方式与负载类型的配合 29

2.5.3 电力传动系统在平衡状态下稳定运行的条件 30

2.6 直流他励电动机的运转状态 32

2.6.1 电动运转状态 32

2.6.2 制动运转状态 33

2.6.3 直流他励电动机在摩擦负载转矩下四象限运行的分析 34

2.6.4 位能负载生产机械运动过程四象限分析 36

2.7 直流串励／复励电动机的电力传动 39

2.7.1 直流串励电动机的机械特性 39

2.7.2 直流复励电动机的机械特性 40

2.8 小结 41

习题 41

第3章 直流电力传动系统的过渡过程 42

3.1 概述 42

3.2 电枢电压突变时的过渡过程 42

3.2.1 直流他励电动机的动态模型 43

3.2.2 电压突变时的过渡过程 44

3.2.3 简化动态模型和过渡过程 45

3.3 起动控制时的过渡过程 47

3.3.1 分段电阻起动时的过渡过程 47

3.3.2 制动控制时的过渡过程 50

3.4 励磁磁通突变时的过渡过程 56

3.4.1 励磁回路过渡过程 56

3.4.2 励磁回路过渡过程的加快 56

3.4.3 励磁回路过渡过程的延缓 57

3.5 调速系统的最佳过渡过程 58

3.5.1 直流电动机最短时间起动 58

3.5.2 直流电动机最短时间制动 59

3.5.3 直流电动机最佳过渡过程 59

3.6 小结 60

习题 61

第4章 三相异步电动机的静特性 62

4.1 三相异步电动机的机械特性 62

4.2 三相异步电动机的调速 63

4.2.1 异步电动机变频调速 63

4.2.2 异步电动机变极调速 68

4.2.3 变转差率调速 71

4.3 三相异步电动机的起动 77

4.3.1 起动问题与解决途径 77

4.3.2 笼型异步电动机不变频起动 78

4.3.3 绕线式异步电动机变转差起动 83

4.3.4 笼型异步电动机变频起动 86

4.4 三相异步电动机的制动 87

4.4.1 回馈制动 87

4.4.2 反接制动 88

4.4.3 能耗制动 89

4.5 小结 90

习题 91

第二篇 晶闸管直流调速系统 94

第5章 晶闸管单闭环直流调速系统 94

5.1 调速系统的技术指标 94

5.1.1 稳态调速指标 94

5.1.2 动态性能指标 96

5.1.3 调速系统的其他指标 97

5.2 单闭环控制调速系统 97

5.2.1 单闭环调速系统的组成与静特性 98

5.2.2 开环系统和闭环系统的静特性比较 99

5.2.3 反馈控制系统的特性 101

5.3 单闭环调速系统的限流保护 103

5.3.1 问题的提出 103

5.3.2 电流截止负反馈原理 103

5.3.3 带电流截止负反馈的调速系统的静特性 104

5.4 单闭环调速系统的动态模型和稳定条件 105

5.4.1 反馈控制闭环调速系统的动态数学模型 105

5.4.2 比例调节的单闭环调速系统的稳定条件 108

5.5 单闭环调速系统的无静差校正 109

5.5.1 积分调节器的控制规律 109

5.5.2 比例积分调节器的控制规律 111

5.5.3 稳态抗扰误差分析 113

5.6 单闭环调速系统的校正方法 114

5.6.1 控制系统对开环对数频率特性的一般要求 114

5.6.2 原始系统的开环对数频率特性 115

5.6.3 调速系统的串联校正 116

5.7 小结 119

习题 120

第6章 多环控制的晶闸管直流调速系统 121

6.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性 121

6.1.1 问题的提出 121

6.1.2 转速、电流双闭环调速系统的组成 122

6.1.3 稳态结构图和静特性 122

6.1.4 各变量的稳态工作点和稳态参数 123

6.2 双闭环调速系统的动态性能 124

6.2.1 双闭环调速系统的动态数学模型 124

6.2.2 双闭环调速系统起动过程分析 125

6.2.3 动态性能和两个调节器的作用 127

6.2.4 转速超调的控制——转速微分负反馈 128

6.3 三闭环调速系统 130

6.3.1 带电流变化率的三环调速系统 130

6.3.2 带电压内环的三环调速系统 132

6.4 可逆调速系统 133

6.4.1 可逆调速系统的形式 133

6.4.2 两组晶闸管可逆线路中的环流 134

6.4.3 有环流可逆调速系统 137

6.4.4 逻辑无环流可逆调速系统 140

6.5 小结 143

习题 143

第7章 直流调速系统的工程设计方法 144

7.1 自动控制系统的工程设计方法 144

7.1.1 工程设计方法步骤 144

7.1.2 控制系统的类型与稳态特性 145

7.2 典型Ⅰ型系统的动态性能分析 145

7.2.1 典型Ⅰ型系统的结构及频率特性 145

7.2.2 典型Ⅰ型系统的跟随性能分析 147

7.2.3 典型Ⅰ型系统的抗扰性能分析 148

7.3 典型Ⅱ型系统的动态性能 149

7.3.1 典型Ⅱ型系统的结构和频率特性 149

7.3.2 闭环幅频特性峰值最小的设计方法 150

7.3.3 典型Ⅱ型系统的跟随性能分析 151

7.3.4 典型Ⅱ型系统的抗扰性能分析 152

7.4 调速系统的串联校正 153

7.4.1 工程设计上小惯性环节的近似处理 153

7.4.2 工程设计上大惯性环节的近似处理 156

7.4.3 调速系统的串联校正 157

7.5 双环调速系统的设计 159

7.5.1 ACR设计 159

7.5.2 ASR设计 162

7.5.3 ASR退饱和超调的计算 164

7.5.4 设计举例 166

7.6 并联微分校正调速系统的设计 169

7.6.1 并联微分校正系统的工程设计 169

7.6.2 退饱和时间和转速的确定 170

7.6.3 系统的抗扰性 170

7.7 小结 171

习题 171

第三篇 数字控制的直流调速系统 174

第8章 电力传动系统的数字控制方法 174

8.1 数字式电力传动系统 174

8.1.1 数字式电力传动系统的原理 174

8.1.2 电力传动系统的数字控制器 176

8.1.3 电力传动系统的数据采集 178

8.2 数字控制系统中的数字运算方法 181

8.2.1 数字控制系统的采样周期与零阶补偿器 181

8.2.2 数字PID调节器 184

8.2.3 数字PID调节器的饱和抑制 185

8.2.4 数字采样中的滤波方法 187

8.3 数字控制系统的连续域-离散化设计方法 190

8.3.1 设计原理及步骤 190

8.3.2 数字控制系统中的z变换 191

8.3.3 控制系统连续域-离散化示例 195

8.4 数字控制系统的状态空间设计方法 197

8.4.1 状态空间的跟踪问题 197

8.4.2 状态空间线性系统的离散化 198

8.4.3 状态空间跟踪系统的设计 200

8.5 小结 201

习题 201

第9章 PWM控制的直流调速系统 202

9.1 PWM控制调速系统的特点 202

9.1.1 晶闸管调速系统的特点 202

9.1.2 PWM控制系统的特点 203

9.2 直流电动机不可逆PWM功率变换器 203

9.2.1 不可制动的PWM驱动电路 203

9.2.2 有制动功能的不可逆驱动电路 204

9.2.3 不可逆调速系统的运行特性 206

9.3 直流电动机可逆PWM功率变换器 206

9.3.1 双极性PWM直流电动机驱动电路 206

9.3.2 单极性PWM直流电动机驱动电路 210

9.3.3 受限单极式可逆PWM变换器 213

9.4 PWM直流调速系统的控制与特性 214

9.4.1 PWM信号产生的方法 215

9.4.2 脉宽调速系统的静特性 216

9.4.3 电流与转速的脉动特性 220

9.4.4 开关损耗与开关频率 223

9.5 小结 224

习题 224

第10章 数字控制的直流调速系统的设计 225

10.1 PWM控制的单闭环调速系统的设计 225

10.1.1 PWM控制的单闭环调速系统的动态模型 225

10.1.2 PWM控制的单闭环调速系统设计 226

10.1.3 设计举例与性能分析 228

10.2 PWM控制的双闭环调速系统的设计 230

10.2.1 PWM控制的双闭环调速系统的动态模型 230

10.2.2 数字式双闭环直流调速系统的设计 231

10.2.3 双闭环调速系统的离散化 233

10.2.4 设计举例 234

10.3 数字控制的晶闸管调速系统的设计 236

10.3.1 单闭环晶闸管调速系统的设计 237

10.3.2 双闭环晶闸管调速系统的设计 240

10.3.3 两种调速系统的性能比较 244

10.4 基于状态空间的数字直流调速系统 246

10.4.1 直流调速系统的状态空间模型 246

10.4.2 基于状态空间的无静差直流调速系统设计 246

10.4.3 设计举例 248

10.5 小结 249

第四篇 交流变频调速系统 252

第11章 交流调速的变频器控制技术 252

11.1 静止变频器的类型 252

11.1.1 传统静止变频器类型 252

11.1.2 新型静止变频器类型 254

11.1.3 电压源和电流源变频器 256

11.2 三相桥式方波逆变器 257

11.2.1 120°导通型逆变器的控制方法 257

11.2.2 180°导通型逆变器的控制方法 258

11.2.3 150°导通型逆变器的控制方法 259

11.3 SPWM变频器 260

11.3.1 SPWM变频器的工作原理 260

11.3.2 SPWM信号的采样方法 262

11.3.3 SPWM的电压与频率控制 263

11.4 SVPWM变频器 265

11.4.1 逆变器控制中的空间矢量定义 265

11.4.2 空间矢量脉宽调制的逆变器控制 266

11.4.3 基于矢量相位的SVPWM调制方法 269

11.5 其他正弦脉宽调制方法 270

11.5.1 准正弦波脉宽调制方法 270

11.5.2 正弦电流跟踪型脉宽调制方法 271

11.6 小结 272

习题 273

第12章 无刷直流电动机调速系统 274

12.1 无刷直流电动机工作原理 274

12.1.1 结构特点和工作原理 274

12.1.2 电动机的基本模型 276

12.2 无刷直流电动机的换相 277

12.2.1 无刷直流电动机的换相控制 277

12.2.2 无刷直流电动机转子位置测量技术 281

12.3 无刷直流电动机的运行控制 283

12.3.1 调速和起动控制 284

12.3.2 制动运行的控制 285

12.4 无刷直流电动机闭环调速系统 288

12.4.1 PWM控制的单闭环调速系统 288

12.4.2 PWM控制的双闭环调速系统 291

12.5 双重绕组无刷直流电动机及其控制 293

12.5.1 双重绕组无刷直流电动机 293

12.5.2 双通道的无刷直流电动机调速系统 295

12.5.3 双通道的无刷直流电动机调速系统容错控制 297

12.6 小结 299

习题 299

第13章 同步电动机矢量控制调速系统 300

13.1 同步电动机矢量控制的基本原理 300

13.1.1 同步电动机的调速原理 300

13.1.2 直流电动机的结构特点与基本原理 301

13.1.3 同步电动机等效变换 302

13.2 同步电动机的数学模型 303

13.2.1 同步电动机的基本电磁关系 303

13.2.2 交流绕组的坐标变换 305

13.2.3 同步旋转坐标系的数学模型 309

13.3 永磁同步电动机的矢量控制方法 310

13.3.1 转子磁链定向的矢量控制 311

13.3.2 单闭环调速系统 313

13.3.3 双闭环调速系统 315

13.3.4 电流滞环控制的调速系统 318

13.4 航空双通道交流伺服控制系统 319

13.4.1 双绕组永磁同步电动机数学模型 319

13.4.2 双通道交流伺服系统 320

13.5 小结 321

习题 321

第14章 异步电动机变频调速系统 322

14.1 转速开环的变频调速系统 322

14.1.1 系统结构与特点 322

14.1.2 系统动态数学模型 323

14.2 转速闭环、转差角速度控制的变频调速系统 325

14.2.1 转差角速度控制的基本原理 325

14.2.2 转差角速度控制的变频调速系统 326

14.2.3 系统动态结构图 327

14.2.4 转差角速度控制调速系统的特点 328

14.3 异步电动机动态模型 329

14.3.1 异步电动机基本电磁关系 329

14.3.2 笼型在同步旋转坐标系上的数学模型 332

14.3.3 在其他坐标系上的数学模型 333

14.4 异步电动机的矢量控制方法 334

14.4.1 异步电动机的等效变换 334

14.4.2 异步电动机的转子磁链定向控制 336

14.4.3 异步电动机转子磁链模型 338

14.5 异步电动机矢量控制调速系统 340

14.5.1 磁链闭环的电压型矢量控制调速系统 340

14.5.2 磁链闭环的电流滞环矢量控制调速系统 343

14.6 异步电动机直接转矩控制的调速系统 345

14.6.1 直接转矩控制系统的原理 345

14.6.2 直接转矩控制系统 346

14.6.3 直接转矩控制系统的特性分析 349

14.7 小结 350

习题 350

参考文献 351