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本書(shū)將電力傳動(dòng)以及電機(jī)調(diào)速控制的相關(guān)知識(shí)有機(jī)融為一體，結(jié)合電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的應(yīng)用和技術(shù)解決方案，全面、系統(tǒng)地介紹了電機(jī)傳動(dòng)以及調(diào)速的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、先進(jìn)技術(shù)和應(yīng)用實(shí)踐，主要包括電力傳動(dòng)及電力電子變換器基礎(chǔ)，直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)等具體調(diào)速的原理、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、實(shí)際應(yīng)用等。附錄中提供了關(guān)于直流調(diào)速系統(tǒng)的CDIO項(xiàng)目任務(wù)書(shū)，全書(shū)配套課件可在以下鏈接免費(fèi)下載：http://download.cip.com.cn/html/20170717/378135615.html。本書(shū)可供電氣技術(shù)人員、電機(jī)修理人員以及相關(guān)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)師生參考。

電力傳動(dòng)與控制是大學(xué)本科電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的必修內(nèi)容�？紤]到電力傳動(dòng)與控制技術(shù)具有非常強(qiáng)的綜合性，想要很好地學(xué)習(xí)和理解這門(mén)技術(shù)，必須要有足夠的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，也就是需要掌握電機(jī)學(xué)電力電子技術(shù)自動(dòng)控制原理微機(jī)原理以及檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)（或電氣測(cè)量）等先修課程的基本內(nèi)容。電力傳動(dòng)與控制的核心就是電機(jī)調(diào)速。按電機(jī)的類(lèi)型劃分，電機(jī)調(diào)速可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩種。直流調(diào)速在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)一直占據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的主流地位，但隨著現(xiàn)代電機(jī)制造技術(shù)和現(xiàn)代電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，以及微處理器運(yùn)算能力和運(yùn)算速度的大幅度提高，近20年以來(lái)，交流調(diào)速取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前，在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，交流調(diào)速已經(jīng)取代直流調(diào)速，占據(jù)了主導(dǎo)地位。但作為教材，直流調(diào)速方面的內(nèi)容仍然有充足的理由繼續(xù)保留。主要原因有以下幾條。首先，直流調(diào)速的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制算法，是交流調(diào)速的樣本和基礎(chǔ)；高性能的交流調(diào)速技術(shù)如矢量控制，正是利用坐標(biāo)變換的手段，將交流電機(jī)模擬為直流電機(jī)，并按直流調(diào)速的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制算法進(jìn)行控制。其次，相對(duì)于交流電機(jī)高階、強(qiáng)耦合、非線(xiàn)性的特點(diǎn)，直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型非常簡(jiǎn)單，與自動(dòng)控制原理課程的銜接非常容易，對(duì)初學(xué)者而言也更容易上手實(shí)踐。再次，直流調(diào)速系統(tǒng)也并未完全退出市場(chǎng)，在某些功率比較大、精度要求比較高的場(chǎng)合如重型機(jī)械領(lǐng)域還有較多的應(yīng)用。綜上所述，本書(shū)仍給予直流調(diào)速足夠的篇幅，與交流調(diào)速基本相當(dāng)。考慮到當(dāng)前流行的先修課程教材《電機(jī)學(xué)》中有關(guān)傳動(dòng)基礎(chǔ)的部分非常少，與本課程的銜接不好。為此本書(shū)特增加一篇的內(nèi)容，作為兩門(mén)課程的過(guò)渡內(nèi)容。如果選用《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》作為先修課程教材，這部分內(nèi)容可以選講或者不講。當(dāng)前流行的先修課程教材《電力電子技術(shù)》中有關(guān)調(diào)速用變換器及其控制的內(nèi)容也比較少，同樣與本課程的銜接不好。為此本書(shū)也增加了電力傳動(dòng)中的電力電子技術(shù)一章，作為銜接，也放在第1篇內(nèi)。此外，轉(zhuǎn)速檢測(cè)是調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)成成分，也寫(xiě)了一章，同樣安排在第1篇。為了配合當(dāng)前本科教育中對(duì)工程實(shí)踐和CDIO項(xiàng)目式教學(xué)的要求，本書(shū)提供了關(guān)于直流調(diào)速系統(tǒng)的CDIO項(xiàng)目任務(wù)書(shū)，作為附錄。本書(shū)配套課件資源請(qǐng)自行免費(fèi)下載：http://download.cip.com.cn/html/20170717/378135615.html。本書(shū)由燕山大學(xué)王立喬、沈虹、吳俊娟、肖瑩和郭忠南共同編寫(xiě)。其中，緒論由王立喬編寫(xiě)，第1章由郭忠南編寫(xiě)，第2章由沈虹編寫(xiě)，第3、第4章由王立喬編寫(xiě)，第5章由郭忠南、吳俊娟編寫(xiě)，第6、第7章由吳俊娟、王立喬編寫(xiě)，第8章由肖瑩編寫(xiě)，第9、第10章由沈虹、肖瑩編寫(xiě)，第11章由肖瑩、王立喬編寫(xiě)。全書(shū)由王立喬統(tǒng)稿。由于學(xué)識(shí)有限，書(shū)中難免有不足之處，歡迎讀者批評(píng)指正。編著者

緒論/001

0.1電力傳動(dòng)的發(fā)展概況001

0.2電力傳動(dòng)的分類(lèi)和應(yīng)用002

0.2.1直流傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用002

0.2.2交流傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用003

0.3本書(shū)的主要內(nèi)容003

第1篇電力傳動(dòng)基礎(chǔ)

第1章直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)基礎(chǔ)/005

1.1電力傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)005

1.1.1電力傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程005

1.1.2工作機(jī)構(gòu)各物理量的折算006

1.1.3生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性008

1.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性010

1.2.1機(jī)械特性方程011

1.2.2固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性012

1.2.3機(jī)械特性的繪制014

1.2.4電力傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求015

1.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)017

1.3.1啟動(dòng)方法017

1.3.2串電阻啟動(dòng)的各級(jí)電阻計(jì)算018

1.3.3造成他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)延緩的原因及應(yīng)對(duì)措施021

1.4他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)022

1.4.1能耗制動(dòng)022

1.4.2反接制動(dòng)024

1.4.3回饋制動(dòng)026

1.5他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速027

1.5.1調(diào)速指標(biāo)028

1.5.2三種調(diào)速方式原理及技術(shù)分析030

1.5.3調(diào)速方法的轉(zhuǎn)矩特性及其與負(fù)載的配合033

習(xí)題034

第2章交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)基礎(chǔ)/036

2.1異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行036

2.1.1異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型036

2.1.2異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性037

2.1.3異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系038

2.1.4異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行039

2.2異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速042

2.2.1異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速043

2.2.2繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速044

2.2.3籠式三相異步電動(dòng)機(jī)變極對(duì)數(shù)調(diào)速045

2.2.4異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速046

2.3同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型與傳動(dòng)基礎(chǔ)047

2.3.1同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩角特性047

2.3.2同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行049

2.3.3同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)050

2.3.4同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速050

習(xí)題050

第3章電力傳動(dòng)中的電力電子技術(shù)/051

3.1晶閘管相控整流器051

3.1.1負(fù)載電流連續(xù)時(shí)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性051

3.1.2負(fù)載電流斷續(xù)時(shí)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性052

3.1.3電流斷續(xù)的不利影響及其抑制方法053

3.1.4V-M系統(tǒng)的多象限運(yùn)行054

3.1.5晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)055

3.2直流PWM斬波器057

3.2.1兩象限PWM斬波器057

3.2.2H型四象限PWM斬波器060

3.2.3電能回饋與泵升電壓的限制063

3.2.4直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性及多象限運(yùn)行064

3.2.5直流PWM斬波器的數(shù)學(xué)模型067

3.3交流變頻器的電路結(jié)構(gòu)067

3.3.1交-直-交變頻器068

3.3.2交-交變頻器071

3.4交流變頻器的脈寬調(diào)制技術(shù)073

3.4.1三相電壓型逆變器的PWM技術(shù)073

3.4.2三相電流型逆變器的PWM技術(shù)082

3.4.3多電平逆變器的PWM技術(shù)083

習(xí)題085

第4章轉(zhuǎn)速測(cè)量基礎(chǔ)/087

4.1模擬測(cè)速087

4.1.1直流測(cè)速發(fā)電機(jī)087

4.1.2交流測(cè)速發(fā)電機(jī)088

4.2數(shù)字測(cè)速089

4.2.1數(shù)字轉(zhuǎn)速傳感器090

4.2.2數(shù)字測(cè)速方法092

4.2.3數(shù)字濾波095

習(xí)題096

第2篇直流調(diào)速系統(tǒng)

第5章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)/097

5.1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)097

5.1.1開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題098

5.1.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)組成及其靜特性098

5.1.3閉環(huán)靜特性與開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的對(duì)比100

5.1.4轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析102

5.1.5轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)107

5.2反饋控制規(guī)律和無(wú)靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)109

5.2.1反饋控制規(guī)律109

5.2.2積分控制規(guī)律111

5.2.3比例積分控制規(guī)律113

5.2.4無(wú)靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)115

5.3轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及穩(wěn)態(tài)分析117

5.3.1轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成117

5.3.2轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析119

5.4轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析121

5.4.1啟動(dòng)過(guò)程121

5.4.2抗擾性能的定性分析124

5.4.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用125

習(xí)題125

第6章調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)法及其在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用/127

6.1控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正的基本要求和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)127

6.1.1控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正的基本要求127

6.1.2控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)128

6.2調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)法130

6.2.1工程設(shè)計(jì)法的基本流程130

6.2.2典型系統(tǒng)及其性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系131

6.2.3非典型系統(tǒng)的典型化140

6.3工程設(shè)計(jì)法在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用144

6.3.1電流環(huán)設(shè)計(jì)145

6.3.2轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)148

6.3.3飽和非線(xiàn)性條件下轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算152

6.4轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋控制155

6.4.1帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理156

6.4.2退飽和時(shí)間和退飽和轉(zhuǎn)速158

6.4.3帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能159

習(xí)題160

第7章可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)/161

7.1可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī) (V-M) 直流調(diào)速系統(tǒng)組成及工作模式分析161

7.1.1可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成161

7.1.2可逆晶閘管-電動(dòng)機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作模式分析162

7.2可逆V-M直流調(diào)速系統(tǒng)的環(huán)流分析及有環(huán)流控制方式163

7.2.1環(huán)流的抑制原理164

7.2.2=配合控制的有環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)166

7.3可逆V-M直流調(diào)速系統(tǒng)的無(wú)環(huán)流控制方式169

7.3.1邏輯控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)169

7.3.2無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)170

習(xí)題171

第3篇交流調(diào)速系統(tǒng)

第8章標(biāo)量控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)/172

8.1異步電動(dòng)機(jī)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制的基本原理172

8.1.1基頻以下調(diào)速173

8.1.2基頻以上調(diào)速173

8.2異步電動(dòng)機(jī)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性173

8.2.1基頻以下電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性174

8.2.2基頻以上電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性176

8.3異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及調(diào)速性能分析177

8.3.1基于電壓型變頻器的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)177

8.3.2基于電流型變頻器的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)178

8.3.3調(diào)速性能分析179

8.4轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)179

8.4.1轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理180

8.4.2基于恒Eg/1控制的轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)181

8.4.3基于恒勵(lì)磁電流控制的轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)182

8.4.4轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的性能分析184

8.4.5最大轉(zhuǎn)差頻率的計(jì)算185

8.4.6轉(zhuǎn)差頻率控制的特點(diǎn)186

習(xí)題186

第9章高動(dòng)態(tài)性能的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)/188

9.1異步電動(dòng)機(jī)的三相動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及其性質(zhì)188

9.1.1異步電動(dòng)機(jī)三相動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型188

9.1.2異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)192

9.2坐標(biāo)變換193

9.2.1三相坐標(biāo)系到兩相坐標(biāo)系的變換(3/2)193

9.2.2兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換(2s/2r)196

9.2.3三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換(3s/2r)197

9.2.4直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)變換 (K/P變換)198

9.3三相異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型198

9.3.1異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型198

9.3.2異步電動(dòng)機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型200

9.3.3異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程201

9.4異步電動(dòng)機(jī)磁鏈與轉(zhuǎn)速的估計(jì)205

9.4.1磁鏈的估計(jì)205

9.4.2轉(zhuǎn)速的估計(jì)207

9.5按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)209

9.5.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型209

9.5.2矢量控制基本原理210

9.5.3電流跟蹤控制的實(shí)現(xiàn)方法211

9.5.4磁鏈閉環(huán)的直接矢量控制212

9.5.5磁鏈開(kāi)環(huán)的間接矢量控制214

9.5.6電流型變頻器的矢量控制215

9.5.7矢量控制系統(tǒng)的性能分析216

9.6按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)216

9.6.1直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理216

9.6.2定子電壓空間矢量的控制作用217

9.6.3基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)218

9.6.4直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能分析220

習(xí)題221

第10章繞線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)/222

10.1串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本原理222

10.1.1繞線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢(shì)的作用222

10.1.2電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理223

10.1.3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)和停車(chē)225

10.2串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性及其雙閉環(huán)控制原理226

10.2.1異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路226

10.2.2串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速特性227

10.2.3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩229

10.3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及工程設(shè)計(jì)231

10.3.1串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率231

10.3.2串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)233

10.3.3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)233

10.4雙饋調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理235

10.4.1雙饋調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)235

10.4.2雙饋調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行模式分析236

10.5雙饋調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制239

10.5.1同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下雙饋調(diào)速系統(tǒng)的功率關(guān)系239

10.5.2定子磁鏈定向下的矢量控制240

10.5.3雙饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子側(cè)變流器的控制結(jié)構(gòu)圖241

10.5.4雙饋調(diào)速系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)變流器的控制結(jié)構(gòu)圖242

10.5.5雙饋電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用243

習(xí)題245

第11章同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)/246

11.1同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法246

11.1.1他控變頻調(diào)速系統(tǒng)246

11.1.2自控變頻調(diào)速系統(tǒng)247

11.2電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)248

11.2.1電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)變頻器的結(jié)構(gòu)及基本工作原理248

11.2.2電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)變頻器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型251

11.2.3電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)變頻器的矢量控制系統(tǒng)254

11.3永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)258

11.3.1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)259

11.3.2正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的自控變頻調(diào)速系統(tǒng)264

習(xí)題267

附錄直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的CDIO三級(jí)項(xiàng)目教學(xué)培養(yǎng)方案/268

參考文獻(xiàn)/272

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