电力传动与调速控制系统及应用
作者：王立乔，沈虹，吴俊娟
出版时间： 2017年版
内容简介
本书将电力传动以及电机调速控制的相关知识有机融为一体，结合电机调速控制系统的应用和技术解决方案，全面、系统地介绍了电机传动以及调速的有关基础知识、先进技术和应用实践，主要包括电力传动及电力电子变换器基础，直流电机调速系统、交流电机调速系统等具体调速的原理、设计细节、实际应用等。本书可供电气技术人员、电机修理人员以及相关电气自动化专业师生参考。
目录
绪论/001
0.1电力传动的发展概况001
0.2电力传动的分类和应用002
0.2.1直流传动系统的应用002
0.2.2交流传动系统的应用003
0.3本书的主要内容003
第1篇电力传动基础
第1章直流电动机传动基础/005
1.1电力传动系统的运动学基础005
1.1.1电力传动系统的运动方程005
1.1.2工作机构各物理量的折算006
1.1.3生产机械的负载转矩特性008
1.2他励直流电动机的机械特性010
1.2.1机械特性方程011
1.2.2固有机械特性与人为机械特性012
1.2.3机械特性的绘制014
1.2.4电力传动系统稳定运行的要求015
1.3他励直流电动机的启动017
1.3.1启动方法017
1.3.2串电阻启动的各级电阻计算018
1.3.3造成他励直流电动机启动延缓的原因及应对措施021
1.4他励直流电动机的制动022
1.4.1能耗制动022
1.4.2反接制动024
1.4.3回馈制动026
1.5他励直流电动机的调速027
1.5.1调速指标028
1.5.2三种调速方式原理及技术分析030
1.5.3调速方法的转矩特性及其与负载的配合033
习题034
第2章交流电动机传动基础/036
2.1异步电动机的机械特性和稳态运行036
2.1.1异步电动机稳态数学模型036
2.1.2异步电动机的机械特性037
2.1.3异步电动机的功率关系038
2.1.4异步电动机的稳态运行039
2.2异步电动机的调速042
2.2.1异步电动机调压调速043
2.2.2绕线式异步电动机转子回路串电阻调速044
2.2.3笼式三相异步电动机变极对数调速045
2.2.4异步电动机转差离合器调速046
2.3同步电动机的稳态数学模型与传动基础047
2.3.1同步电动机的转矩角特性047
2.3.2同步电动机的稳态运行049
2.3.3同步电动机的启动050
2.3.4同步电动机的调速050
习题050
第3章电力传动中的电力电子技术/051
3.1晶闸管相控整流器051
3.1.1负载电流连续时V-M系统的机械特性051
3.1.2负载电流断续时V-M系统的机械特性052
3.1.3电流断续的不利影响及其抑制方法053
3.1.4V-M系统的多象限运行054
3.1.5晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数055
3.2直流PWM斩波器057
3.2.1两象限PWM斩波器057
3.2.2H型四象限PWM斩波器060
3.2.3电能回馈与泵升电压的限制063
3.2.4直流脉宽调速系统的机械特性及多象限运行064
3.2.5直流PWM斩波器的数学模型067
3.3交流变频器的电路结构067
3.3.1交-直-交变频器068
3.3.2交-交变频器071
3.4交流变频器的脉宽调制技术073
3.4.1三相电压型逆变器的PWM技术073
3.4.2三相电流型逆变器的PWM技术082
3.4.3多电平逆变器的PWM技术083
习题085
第4章转速测量基础/087
4.1模拟测速087
4.1.1直流测速发电机087
4.1.2交流测速发电机088
4.2数字测速089
4.2.1数字转速传感器090
4.2.2数字测速方法092
4.2.3数字滤波095
习题096
第2篇直流调速系统
第5章闭环控制的直流调速系统/097
5.1转速单闭环调速系统的分析与设计097
5.1.1开环调速系统存在的问题098
5.1.2闭环调速系统组成及其静特性098
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
7.2.2α=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
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/ω1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
9.2.1三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