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绪论 1

0.1 实验要求 1

0.1.1 预习要求 1

0.1.2 实验过程 2

0.1.3 实验报告 2

0.2 仿真软件及其开发环境 3

0.2.1 MATLAB简介 3

0.2.2 Simulink简介 4

0.2.3 Simulink模块库 5

0.2.4 Simulink仿真的运行 9

0.3 电力拖动自动控制系统实验台 12

0.3.1 MCL系列电气传动教学实验台技术参数 12

0.3.2 MCL系列电气传动教学实验台组件配置 12

0.4 船舶电力推进系统模拟实验台 14

第一篇 直流电力拖动自动控制系统原理与实践 19

第1章 直流电力拖动控制系统原理 19

1.1 可控直流电源 19

1.1.1 旋转变流机组 19

1.1.2 静止可控整流器 21

1.1.3 直流斩波器或脉宽调制变换器 22

1.2 晶闸管-电动机直流电力拖动控制系统 23

1.2.1 触发脉冲相位控制 24

1.2.2 电流脉动与平波电抗器 25

1.2.3 晶闸管-电动机系统的四象限运行 25

1.3 直流脉宽变换器-电动机系统 28

1.3.1 不可逆PWM变换器-电动机系统 29

1.3.2 有制动的不可逆PWM变换器-电动机系统 30

1.3.3 可逆PWM变换器-电动机系统 30

1.4 转速、电流反馈控制的直流电力拖动控制 32

1.5 可逆电力拖动控制系统 34

1.5.1 α＝β配合控制的有环流可逆电力拖动控制系统 34

1.5.2 逻辑控制无环流可逆电力拖动控制系统 40

第2章 直流电力拖动自动控制系统仿真技术 44

2.1 直流电动机开环电力拖动控制系统仿真技术 44

2.2 转速闭环控制的直流电力拖动控制系统仿真 47

2.2.1 带转速负反馈的有静差直流调速系统 48

2.2.2 带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统仿真 50

2.3 转速、电流双闭环控制的直流电力拖动控制系统仿真 51

2.3.1 基于双闭环直流电力拖动系统动态结构图的仿真 51

2.3.2 使用Powersystem模块的直流双闭环系统仿真 54

2.4 直流可逆电力拖动控制系统仿真 57

2.4.1 α=β配合控制的有环流可逆调速系统的仿真 57

2.4.2 逻辑控制无环流直流可逆调速系统仿真 62

2.5 直流PWM-M可逆调速系统 66

2.5.1 H形直流PWM-M调速系统主电路的仿真 66

2.5.2 双极式控制直流PWM-M可逆调速系统仿真 69

第3章 直流电力拖动自动控制系统实验 72

3.1 电气传动实验器件功能和原理 72

3.1.1 MCL-18挂箱 72

3.1.2 MCL-33挂箱 79

3.1.3 MCL-34挂箱 80

3.1.4 MCL-10A挂箱 84

3.2 晶闸管-电动机参数测定实验 85

3.2.1 实验目的 85

3.2.2 实验系统组成和工作原理 86

3.2.3 实验设备及仪器 86

3.2.4 注意事项 86

3.2.5 实验内容与实验步骤 86

3.3 转速、电流双闭环调速系统实验 92

3.3.1 实验目的 92

3.3.2 实验内容 92

3.2.3 实验系统实验组成及工作原理 92

3.3.4 双闭环调速系统调试原则 93

3.3.5 实验设备及仪器 93

3.3.6 注意事项 94

3.3.7 实验方法 94

3.4 逻辑无环流可逆调速系统实验 103

3.4.1 实验目的 103

3.4.2 实验内容 103

3.4.3 实验系统的组成及工作原理 104

3.4.4 实验设备及仪器 105

3.4.5 实验预习 105

3.4.6 注意事项 105

3.4.7 实验方法 105

3.5 双闭环H桥可逆直流脉宽调速系统实验 109

3.5.1 实验目的 109

3.5.2 实验系统的组成和工作原理 109

3.5.3 实验设备及仪器 110

3.5.4 注意事项 110

3.5.5 实验内容与实验步骤 111

第二篇 交流电力拖动自动控制系统原理与实践 119

第4章 三相异步电动机电力拖动控制系统 119

4.1 三相异步电动机变压调速系统 119

4.1.1 异步电动机改变电压时的机械特性 119

4.1.2 闭环控制的变压调速的系统构成 121

4.2 三相异步电动机晶闸管串级调速系统 123

4.3 三相异步电动机的变频调速系统 124

4.3.1 三相异步电动机的变频调速原理 124

4.3.2 变压变频装置 126

4.3.3 正弦波脉宽调制技术 129

4.3.4 电压空间矢量PWM控制技术 131

4.3.5 三相异步电动机变压变频调速系统构成 137

4.4 三相异步电动机矢量控制系统 139

4.4.1 矢量控制的基本思想 139

4.4.2 坐标变换和矢量变换 141

4.4.3 三相异步电动机的数学模型 143

4.4.4 矢量控制的变频调速系统 148

4.5 三相异步电动机直接转矩控制系统 152

第5章 交流电力拖动自动控制系统仿真 155

5.1 三相异步电动机性能的仿真 155

5.1.1 异步电动机连接正弦电压工作 155

5.1.2 PWM变频器-电动机系统仿真 158

5.2 三相异步电动机减压软启动系统仿真 160

5.3 转速开环恒压频比控制的三相异步电动机调速系统仿真 162

5.4 三相异步电动机矢量控制调速系统的仿真 165

第6章 交流电力拖动自动控制系统实验 169

6.1 电气传动实验器件功能和原理 169

6.1.1 MCL-05挂箱 169

6.1.2 MCL-09挂箱 171

6.1.3 MCL-13A挂箱 173

6.2 三相异步电动机变压调速系统实验 175

6.2.1 实验目的 175

6.2.2 实验系统组成及工作原理 175

6.2.3 实验设备和仪器 177

6.2.4 注意事项 177

6.2.5 实验内容与实验步骤 178

6.3 三相异步电动机串级调速系统实验 180

6.3.1 实验目的 180

6.3.2 实验系统组成及工作原理 180

6.3.3 实验设备和仪器 180

6.3.4 注意事项 182

6.3.5 实验内容与实验步骤 183

6.4 异步电动机SPWM与电压空间矢量控制变频调速系统 184

6.4.1 实验目的 184

6.4.2 实验系统组成及工作原理 185

6.4.3 实验设备和仪器 186

6.4.4 注意事项 187

6.4.5 实验内容与实验步骤 187

6.5 基于直接转矩控制变频调速系统实验 189

6.5.1 实验目的 189

6.5.2 实验系统组成及工作原理 189

6.5.3 实验设备和仪器 191

6.5.4 实验内容与实验步骤 191

第三篇 机械负载模拟原理与船舶电力推进系统实验 197

第7章 机械负载模拟原理 197

7.1 机械负载特性 197

7.1.1 典型的机械负载转矩特性 197

7.1.2 螺旋桨负载转矩特性 199

7.2 机械负载模拟的基本原理 201

7.2.1 机械负载模拟装置的构成 201

7.2.2 直流电机机械负载模拟的动态结构 202

7.2.3 直流电机机械负载模拟的系统校正 204

7.3 直流电机模拟机械负载仿真 206

7.3.1 直流电机模拟机械负载的仿真程序 206

7.3.2 反抗性恒转矩机械负载模拟的仿真 208

7.3.3 位能性恒转矩机械负载模拟的仿真 209

7.3.4 通风机类机械负载模拟的仿真 210

7.3.5 恒功率机械负载模拟的仿真 211

7.3.6 机械负载转矩模拟动态性能的仿真 212

第8章 船舶螺旋桨负载模型及仿真 214

8.1 船舶水平面运动模型 214

8.1.1 船舶直航推进运动方程 214

8.1.2 船舶航行阻力特性 216

8.2 螺旋桨负载模型 217

8.2.1 螺旋桨的推力和阻转矩 217

8.2.2 考虑船桨相互作用的螺旋桨负载模型 218

8.3 船舶螺旋桨负载特性仿真 221

8.3.1 考虑船舶影响的螺旋桨负载仿真模型 221

8.3.2 考虑船舶影响的螺旋桨推进器仿真 221

8.4 船舶螺旋桨负载特性仿真实验 224

8.4.1 实验目的 224

8.4.2 实验内容 224

8.4.3 预习要求 224

8.4.4 实验设备 224

8.4.5 注意事项 224

8.4.6 实验步骤 225

第9章 船舶螺旋桨负载模拟实验装置 229

9.1 螺旋桨负载模拟装置的硬件设计 229

9.2 螺旋桨负载模拟装置软件 230

9.3 船舶螺旋桨负载模拟系统测试 232

9.4 船舶电力推进装置实验 240

9.4.1 实验目的 240

9.4.2 实验内容 240

9.4.3 预习要求 240

9.4.4 实验设备 241

9.4.5 注意事项 241

9.4.6 实验步骤 241

实验报告一：晶闸管-电动机参数测定实验 249

实验报告二：速度、电流双闭环调速系统实验 253

实验报告三：逻辑无环流可逆调速系统实验 257

实验报告四：双闭环H桥可逆直流脉宽调速系统实验 261

实验报告五：三相异步电动机变压调速系统实验 265

实验报告六：三相异步电动机串级调速系统实验 267

实验报告七：三相异步电动机矢量控制系统实验 269

实验报告八：基于直接转矩控制变频调速系统实验 273

实验报告九：船舶螺旋桨负载特性仿真实验 277

实验报告十：船舶电力推进装置实验 279

参考文献 283