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第0章 绪论 1

0.1 电力拖动自动控制系统与调速系统 1

0.2 调速系统的发展历史 2

0.3 交流调速系统的应用 4

0.4 交流调速系统的发展趋势 5

上篇 直流调速系统 10

第1章 直流调速系统的基本概念 10

1.1 直流电动机的调速方法 10

1.1.1 调压调速 10

1.1.2 调励磁调速 12

1.1.3 调电阻调速 12

1.2 晶闸管整流器－电动机开环调速系统 13

1.2.1 发电机－电动机系统 13

1.2.2 V-M系统的组成及开环调速特性 14

1.3 PWM直流电源 15

1.3.1 简单的不可逆PWM直流电源 16

1.3.2 具有制动能力的不可逆PWM直流电源 16

1.3.3 双极式可逆PWM直流电源 18

1.3.4 单极式和受限单极式可逆PWM直流电源 20

1.3.5 PWM-M系统的开环机械特性 21

1.4 调速系统的性能指标 22

1.4.1 静态指标 22

1.4.2 动态指标 25

思考题与习题 28

第2章 单闭环直流调速系统 29

2.1 具有转速负反馈的直流调速系统 29

2.1.1 系统的组成及工作原理 29

2.1.2 系统的稳态性能分析 31

2.1.3 单闭环速度反馈系统的动态分析 35

2.2 具有电流截止负反馈的转速闭环调速系统 40

2.2.1 系统的组成 40

2.2.2 系统的性能分析 41

2.2.3 给定积分器 43

2.2.4 系统无静差的实现 44

2.2.5 具有电流截止负反馈的无静差调速系统 47

2.3 电压负反馈单闭环直流调速系统 49

思考题与习题 52

第3章 转速、电流双闭环直流调速系统 54

3.1 快速系统与最佳过渡过程 54

3.1.1 快速系统 54

3.1.2 最大电流约束条件下的最佳起动过程 54

3.1.3 最大电流约束条件下的最佳制动过程 56

3.2 转速、电流双闭环直流调速系统基础 57

3.2.1 单闭环调速系统存在的问题 57

3.2.2 转速、电流双闭环调速系统的组成 58

3.2.3 双闭环调速系统的静特性 59

3.2.4 双闭环调速系统的动态性能 61

3.3 具有电流自适应功能的双闭环调速系统 64

3.3.1 电流断续问题的提出 64

3.3.2 电流自适应双闭环调速系统 65

3.4 带励磁控制的直流调速系统 68

3.4.1 恒转矩调速与恒功率调速 68

3.4.2 两种带励磁控制的调速系统 68

思考题与习题 71

第4章 直流调速系统的工程设计与调试 72

4.1 典型系统的性能指标与参数的关系 72

4.1.1 典型Ⅰ型系统 73

4.1.2 典型Ⅱ型系统 75

4.1.3 典型Ⅰ、Ⅱ型系统的性能指标比较 80

4.2 系统的校正和调节器的设计 82

4.2.1 直接校正成典型系统 83

4.2.2 低频大惯性环节的近似处理 84

4.2.3 高频小惯性群的近似处理 86

4.2.4 高次项的近似处理 89

4.3 双闭环直流调速系统的工程设计 90

4.3.1 参数的确定和测试 91

4.3.2 电流环的设计 93

4.3.3 转速环的设计 96

4.4 双闭环直流调速系统的调试 103

4.4.1 整流装置中触发器的调试 103

4.4.2 电流环的调试 104

4.4.3 转速环的调试 104

4.4.4 系统的静特性调试 105

4.4.5 故障分析 105

思考题与习题 106

第5章 直流电动机的可逆调速系统 108

5.1 可逆调速系统的主电路 108

5.1.1 电枢反接可逆线路 108

5.1.2 励磁可逆线路 110

5.1.3 电枢可逆系统和磁场可逆系统的比较 111

5.2 V-M可逆系统的工作状态分析 111

5.2.1 V-M系统的两种工作状态 111

5.2.2 可逆系统的四象限运行 112

5.3 晶闸管反并联系统的可逆控制方案及实现方法 113

5.3.1 环流的产生、种类及抑制方法 113

5.3.2 α＝β配合控制的有环流可逆调速系统 115

5.3.3 可控环流可逆调速系统 117

5.4 逻辑无环流可逆调速系统 119

5.4.1 逻辑控制无环流系统的方案及特点 119

5.4.2 可逆系统对无环流逻辑控制器的要求 121

5.4.3 无环流逻辑控制器的实现 122

5.4.4 逻辑无环流可逆调速系统的工作原理 126

思考题与习题 128

下篇 交流调速系统 130

第6章 基于稳态数学模型的异步电动机变频调速系统 130

6.1 三相异步电动机的稳态等效电路 130

6.2 基于稳态数学模型的控制方式 131

6.2.1 电压－频率的协调控制方式 132

6.2.2 转差频率控制的基本原理 137

6.3 电压源型恒压频比控制的变频调速系统 141

6.4 转差频率控制的变频调速系统 144

6.4.1 电流源型转差频率控制的变频调速系统 144

6.4.2 电压源型转差频率控制的变频调速系统 146

思考题与习题 147

第7章 变频器及PWM调制技术 148

7.1 变频调速装置及其电源特性 148

7.2 变频器的基本结构 150

7.3 电压正弦PWM调制技术 152

7.3.1 SPWM的基本原理 152

7.3.2 三相桥式逆变器的主电路 154

7.3.3 单极性SPWM调制方法 154

7.3.4 单极性SPWM波的谐波分析 157

7.3.5 双极性SPWM调制方法 158

7.3.6 SPWM的调制方式 161

7.3.7 双极性SPWM调制方法的实现 163

7.4 PWM模式的优化 166

7.4.1 准正弦波脉宽调制 166

7.4.2 消除特定谐波法 167

7.5 SVPWM调制方法 169

7.5.1 电压空间矢量的定义 169

7.5.2 逆变器的开关状态和电压矢量 170

7.5.3 SVPWM算法 171

7.5.4 电压矢量的作用顺序及电压利用率 172

7.6 死区机理及其补偿方法 173

7.6.1 逆变器输出电压的误差分析 174

7.6.2 死区补偿方法 178

思考题与习题 180

第8章 基于动态数学模型的异步电动机矢量控制系统 182

8.1 矢量控制的基本概念 182

8.1.1 直流电动机和异步电动机的电磁转矩 182

8.1.2 矢量控制的基本思想 183

8.2 异步电动机在不同坐标系上的数学模型 184

8.2.1 交流电动机的坐标系与空间矢量的概念 185

8.2.2 异步电动机在三相坐标系上的数学模型 187

8.2.3 坐标变换及变换矩阵 191

8.2.4 异步电动机在两相静止坐标系上的数学模型 199

8.2.5 异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型 201

8.2.6 异步电动机在两相坐标系上的状态方程 203

8.3 磁场定向和矢量控制方程式 205

8.3.1 按转子磁场定向的异步电动机矢量控制系统 205

8.3.2 异步电动机的其他两种磁场定向方法 207

8.4 异步电动机矢量控制系统 209

8.4.1 异步电动机的直接矢量控制系统 209

8.4.2 异步电动机的转差型矢量控制系统 211

思考题与习题 213

第9章 异步电动机的直接转矩控制技术 215

9.1 圆形磁链轨迹的直接转矩控制 215

9.1.1 直接转矩控制基础 215

9.1.2 圆形磁链轨迹直接转矩控制的原理 217

9.1.3 滞环控制器的数字实现 221

9.2 六边形磁链轨迹的直接转矩控制 224

9.2.1 六边形磁链运动轨迹和电压矢量的关系 224

9.2.2 六边形磁链轨迹的直接转矩控制系统的基本结构 226

9.3 使用SVPWM调制方法的直接转矩控制系统 228

9.3.1 转子磁场定向的DTC-SVPWM控制系统 229

9.3.2 带有转矩闭环的DTC-SVPWM控制系统 230

9.3.3 基于极坐标系的双闭环DTC-SVPWM控制系统 231

9.4 按定子磁场定向的DTC-SVPWM控制系统 232

9.4.1 按定子磁场定向的异步电动机的数学模型 233

9.4.2 DTC-SVPWM控制系统的调节器设计方法 235

思考题与习题 238

第10章 异步电动机的磁链估计技术 239

10.1 磁链检测方法的分类 239

10.2 磁链的电压模型 240

10.2.1 磁链在α-β标系上的电压模型 240

10.2.2 磁链在α-β坐标系上的电流模型 244

10.2.3 在按转子磁场定向的M-T坐标系上的磁链观测器 246

10.3 定子相电压的估计与测量 247

10.3.1 相电压重构 248

10.3.2 相电压与线电压之间的关系 250

10.4 电压模型的改进 250

10.4.1 低通滤波器法 250

10.4.2 级联低通滤波器法 254

10.4.3 交叉校正法 257

思考题与习题 260

第11章 永磁同步电动机调速系统 261

11.1 永磁电动机 261

11.1.1 永磁电动机的分类 261

11.1.2 永磁体在转子上的安装方式 263

11.2 永磁同步电动机的数学模型及稳态特性 264

11.2.1 永磁同步电动机在d-q坐标系上的数学模型 264

11.2.2 永磁同步电动机在α-β坐标系上的数学模型 266

11.2.3 永磁同步电动机的相角特性 268

11.3 电流控制方式 269

11.3.1 id＝0的控制方式 269

11.3.2 MTPA控制方式 270

11.3.3 MTPV控制方式 272

11.3.4 弱磁控制方式 273

11.3.5 最小功率损耗控制 274

11.3.6 各种控制方式的比较 275

11.4 电流、电压限制下的最大输出转矩 276

11.5 永磁同步电动机的矢量控制系统 281

11.5.1 基速以下的控制方法 282

11.5.2 基速以下不同控制方式的比较 284

11.6 弱磁控制方法 286

11.6.1 前馈弱磁控制方法 286

11.6.2 反馈弱磁控制法 293

思考题与习题 294

参考文献 296