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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