电力传动与调速控制系统及应用PDF电子书下载

绪论 1

0.1 电力传动的发展概况 1

0.2 电力传动的分类和应用 2

0.2.1 直流传动系统的应用 2

0.2.2 交流传动系统的应用 3

0.3 本书的主要内容 3

第1篇 电力传动基础 5

第1章 直流电动机传动基础 5

1.1 电力传动系统的运动学基础 5

1.1.1 电力传动系统的运动方程 5

1.1.2 工作机构各物理量的折算 6

1.1.3 生产机械的负载转矩特性 8

1.2 他励直流电动机的机械特性 10

1.2.1 机械特性方程 11

1.2.2 固有机械特性与人为机械特性 12

1.2.3 机械特性的绘制 14

1.2.4 电力传动系统稳定运行的要求 15

1.3 他励直流电动机的启动 17

1.3.1 启动方法 17

1.3.2 串电阻启动的各级电阻计算 18

1.3.3 造成他励直流电动机启动延缓的原因及应对措施 21

1.4 他励直流电动机的制动 22

1.4.1 能耗制动 22

1.4.2 反接制动 24

1.4.3 回馈制动 26

1.5 他励直流电动机的调速 27

1.5.1 调速指标 28

1.5.2 三种调速方式原理及技术分析 30

1.5.3 调速方法的转矩特性及其与负载的配合 33

习题 34

第2章 交流电动机传动基础 36

2.1 异步电动机的机械特性和稳态运行 36

2.1.1 异步电动机稳态数学模型 36

2.1.2 异步电动机的机械特性 37

2.1.3 异步电动机的功率关系 38

2.1.4 异步电动机的稳态运行 39

22异步电动机的调速 42

2.2.1 异步电动机调压调速 43

2.2.2 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速 44

2.2.3 笼式三相异步电动机变极对数调速 45

2.2.4 异步电动机转差离合器调速 46

2.3 同步电动机的稳态数学模型与传动基础 47

2.3.1 同步电动机的转矩角特性 47

2.3.2 同步电动机的稳态运行 49

2.3.3 同步电动机的启动 50

2.3.4 同步电动机的调速 50

习题 50

第3章 电力传动中的电力电子技术 51

3.1 晶闸管相控整流器 51

3.1.1 负载电流连续时V-M系统的机械特性 51

3.1.2 负载电流断续时V-M系统的机械特性 52

3.1.3 电流断续的不利影响及其抑制方法 53

3.1.4 V-M系统的多象限运行 54

3.1.5 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数 55

3.2 直流PWM斩波器 57

3.2.1 两象限PWM斩波器 57

3.2.2 H型四象限PWM斩波器 60

3.2.3 电能回馈与泵升电压的限制 63

3.2.4 直流脉宽调速系统的机械特性及多象限运行 64

3.2.5 直流PWM斩波器的数学模型 67

3.3 交流变频器的电路结构 67

3.3.1 交-直-交变频器 68

3.3.2 交-交变频器 71

3.4 交流变频器的脉宽调制技术 73

3.4.1 三相电压型逆变器的PWM技术 73

3.4.2 三相电流型逆变器的PWM技术 82

3.4.3 多电平逆变器的PWM技术 83

习题 85

第4章 转速测量基础 87

4.1 模拟测速 87

4.1.1 直流测速发电机 87

4.1.2 交流测速发电机 88

4.2 数字测速 89

4.2.1 数字转速传感器 90

4.2.2 数字测速方法 92

4.2.3 数字滤波 95

习题 96

第2篇 直流调速系统 97

第5章 闭环控制的直流调速系统 97

5.1 转速单闭环调速系统的分析与设计 97

5.1.1 开环调速系统存在的问题 98

5.1.2 闭环调速系统组成及其静特性 98

5.1.3 闭环静特性与开环机械特性的对比 100

5.1.4 转速单闭环调速系统的动态稳定性分析 102

5.1.5 转速负反馈单闭环调速系统的限流保护 107

5.2 反馈控制规律和无静差转速单闭环直流调速系统 109

5.2.1 反馈控制规律 109

5.2.2 积分控制规律 111

5.2.3 比例积分控制规律 113

5.2.4 无静差转速单闭环直流调速系统 115

5.3 转速电流双闭环直流调速系统的构成及稳态分析 117

5.3.1 转速电流双闭环调速系统的构成 117

5.3.2 转速电流双闭环调速系统的稳态分析 119

5.4 转速电流双闭环直流调速系统的动态特性分析 121

5.4.1 启动过程 121

5.4.2 抗扰性能的定性分析 124

5.4.3 转速调节器和电流调节器的作用 125

习题 125

第6章 调节器的工程设计法及其在直流调速系统中的应用 127

6.1 控制系统动态校正的基本要求和动态性能指标 127

6.1.1 控制系统动态校正的基本要求 127

6.1.2 控制系统的动态性能指标 128

6.2 调节 器的工程设计法 130

6.2.1 工程设计法的基本流程 130

6.2.2 典型系统及其性能指标与参数的关系 131

6.2.3 非典型系统的典型化 140

6.3 工程设计法在转速电流双闭环直流调速系统中的应用 144

6.3.1 电流环设计 145

6.3.2 转速环设计 148

6.3.3 饱和非线性条件下转速超调量的计算 152

6.4 转速微分负反馈控制 155

6.4.1 带转速微分负反馈的双闭环调速系统的基本结构和工作原理 156

6.4.2 退饱和时间和退饱和转速 158

6.4.3 带转速微分负反馈的双闭环调速系统的动态抗扰性能 159

习题 160

第7章 可逆晶闸管-电动机直流调速系统 161

7.1 可逆晶闸管-电动机（V-M）直流调速系统组成及工作模式分析 161

7.1.1 可逆晶闸管-电动机直流调速系统的组成 161

7.1.2 可逆晶闸管-电动机直流调速系统的工作模式分析 162

7.2 可逆V-M直流调速系统的环流分析及有环流控制方式 163

7.2.1 环流的抑制原理 164

7.2.2 α=β配合控制的有环流可逆直流调速系统 166

7.3 可逆V-M直流调速系统的无环流控制方式 169

7.3.1 逻辑控制无环流可逆调速系统的基本结构 169

7.3.2 无环流逻辑控制环节 170

习题 171

第3篇 交流调速系统 172

第8章 标量控制的异步电动机变压变频调速系统 172

8.1 异步电动机电压-频率协调控制的基本原理 172

8.1.1 基频以下调速 173

8.1.2 基频以上调速 173

8.2 异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性 173

8.2.1 基频以下电压-频率协调控制时的机械特性 174

8.2.2 基频以上电压-频率协调控制时的机械特性 176

8.3 异步电动机转速开环恒压频比控制的系统实现及调速性能分析 177

8.3.1 基于电压型变频器的系统实现 177

8.3.2 基于电流型变频器的系统实现 178

8.3.3 调速性能分析 179

8.4 转差频率控制的异步电动机变压变频调速系统 179

8.4.1 转差频率控制的基本原理 180

8.4.2 基于恒Eg/ωl控制的转差频率控制系统 181

8.4.3 基于恒励磁电流控制的转差频率控制系统 182

8.4.4 转差频率控制系统的性能分析 184

8.4.5 最大转差频率的计算 185

8.4.6 转差频率控制的特点 186

习题 186

第9章 高动态性能的异步电动机变压变频调速系统 188

9.1 异步电动机的三相动态数学模型及其性质 188

9.1.1 异步电动机三相动态数学模型 188

9.1.2 异步电动机数学模型的性质 192

9.2 坐标变换 193

9.2.1 相坐标系到两相坐标系的变换（3/2） 193

9.2.2 两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换（2s/2r） 196

9.2.3 三相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换（3s/2r） 197

9.2.4 直角坐标-极坐标变换（K/P变换） 198

9.3 三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型 198

9.3.1 异步电动机在两相静止坐标系上的数学模型 198

9.3.2 异步电动机在两相旋转坐标系上的数学模型 200

9.3.3 异步电动机在两相坐标系上的状态方程 201

9.4 异步电动机磁链与转速的估计 205

9.4.1 磁链的估计 205

9.4.2 转速的估计 207

9.5 按转子磁链定向的矢量控制系统 209

9.5.1 按转子磁链定向的异步电动机数学模型 209

9.5.2 矢量控制基本原理 210

9.5.3 电流跟踪控制的实现方法 211

9.5.4 磁链闭环的直接矢量控制 212

9.5.5 磁链开环的间接矢量控制 214

9.5.6 电流型变频器的矢量控制 215

9.5.7 矢量控制系统的性能分析 216

9.6 按定子磁链控制的直接转矩控制系统 216

9.6.1 直接转矩控制的基本原理 216

9.6.2 定子电压空间矢量的控制作用 217

9.6.3 基于定子磁链控制的直接转矩控制系统 218

9.6.4 直接转矩控制系统的性能分析 220

习题 221

第10章 绕线异步电动机转差功率回馈型调速系统 222

10.1 串级调速系统的基本原理 222

10.1.1 绕线异步电动机转子附加电动势的作用 222

10.1.2 电气串级调速系统的工作原理 223

10.1.3 串级调速系统的启动和停车 225

10.2 串级调速系统的机械特性及其双闭环控制原理 226

10.2.1 异步电动机串级调速时的转子整流电路 226

10.2.2 串级调速系统的转速特性 227

10.2.3 串级调速系统的电磁转矩 229

10.3 串级调速系统的技术经济指标及工程设计 231

10.3.1 串级调速系统的效率 231

10.3.2 串级调速系统的功率因数 233

10.3.3 串级调速系统的工程设计 233

10.4 双馈调速系统的基本结构和工作原理 235

10.4.1 双馈调速系统的基本结构 235

10.4.2 双馈调速系统的运行模式分析 236

10.5 双馈调速系统的矢量控制 239

10.5.1 同步旋转坐标系下双馈调速系统的功率关系 239

10.5.2 定子磁链定向下的矢量控制 240

10.5.3 双馈调速系统转子侧变流器的控制结构图 241

10.5.4 双馈调速系统网侧变流器的控制结构图 242

10.5.5 双馈电机在风力发电中的应用 243

习题 245

第11章 同步电动机变压变频调速系统 246

11.1 同步电动机的调速方法 246

11.1.1 他控变频调速系统 246

11.1.2 自控变频调速系统 247

11.2 电励磁同步电动机的自控变频调速系统 248

11.2.1 电励磁同步电动机变频器的结构及基本工作原理 248

11.2.2 电励磁同步电动机变频器的动态数学模型 251

11.2.3 电励磁同步电动机变频器的矢量控制系统 254

11.3 永磁同步电动机的自控变频调速系统 258

11.3.1 无刷直流电动机的自控变频调速系统 259

11.3.2 正弦波永磁同步电动机的自控变频调速系统 264

习题 267

附录 直流脉宽调速系统的CDIO三级项目教学培养方案 268

参考文献 272