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1 单闭环直流调速系统 1

1.1 直流调速系统的构成 1

1.1.1 由旋转变流机组供电的直流调速系统 1

1.1.2 晶闸管-电动机直流调速系统 1

1.2 单闭环调速系统的稳态分析与设计 3

1.2.1 V-M系统的开环机械特性 3

1.2.2 转速负反馈单闭环调速系统的组成及其静特性 6

1.2.3 开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较 9

1.2.4 闭环调速系统的基本性质 9

1.2.5 转速负反馈单闭环调速系统稳态参数计算 11

1.2.6 闭环调速系统中的电流截止负反馈环节及其特性 12

1.3 单闭环调速系统的动态分析与设计 15

1.3.1 系统的动态数学模型 15

1.3.2 单闭环调还系统的稳定条件 18

1.3.3 动态校正--PI调节器设计 19

1.4 无静差调速系统 24

1.4.1 系统无静差的实现 24

1.4.2 采用积分(I)调节器 25

1.4.3 采用比例积分(PI)调节器的单闭环无静差调速系统 26

1.4.4 稳态抗扰误差分析 28

1.5.1 电压负反馈单闭环有静差调速系统 30

1.5 电压反馈电流补偿控制的调速系统 30

1.5.2 电流正反馈--扰动量的补偿控制 31

1.5.3 电流补偿控制调速系统的稳定性 34

习题1 34

2 双闭环直流调速系统 37

2.1 双闭环调速系统的构成 37

2.1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 38

2.1.2 调节器输出限幅值的整定 38

2.1.3 调节器锁零 38

2.1.4 系统中调节器输入、输出电压极性的确定 39

2.2.2 双闭环调速系统的静特性 40

2.2.1 双闭环调速系统的稳态结构图 40

2.2 双闭环调速系统的稳态结构及其静特性 40

2.2.3 双闭环调速系统的稳态工作点及其稳态参数的计算 41

2.3 双闭环调速系统的动态分析与设计 42

2.3.1 双闭环调速系统的动态数学模型 42

2.3.2 具有限幅输出的PI调节器的动态响应 42

2.3.3 双闭环调速系统的动态特性 43

2.3.4 两个调节器的作用 46

2.3.5 双闭环调速系统的工程设计 46

习题2 77

3.1.3 励磁反接可逆线路 80

3.1.1 开关切换法 80

3.1.2 晶闸管反并联法 80

3 直流可逆调速系统 80

3.1 直流可逆调速系统的构成 80

3.2 晶闸管直流可逆系统的回馈制动 81

3.3 有环流的可逆调速系统 82

3.3.1 可逆系统中的环流 82

3.3.2 直流平均环流与配合控制 82

3.3.3 瞬时脉动环流及其抑制 84

3.3.4 直流可调速系统的制动过程分析 85

3.3.5 可控环流可逆调速系统 86

3.4.1 逻辑控制无环流系统的构成 88

3.4.2 可逆系统对无环流逻辑控制器的要求 88

3.4 无环流可逆调速系统 88

3.4.3 逻辑控制无环流可逆调速系统的实现 89

习题3 91

4 直流脉宽调速控制系统 92

4.1 PWM变换器的工作原理 92

4.1.1 不可逆PWM变换器 92

4.1.2 可逆PWM变换器 94

4.1.3 电枢电流脉动量 97

4.2 PWM调速系统的开环机械特性 98

4.2.1 电流连续时的机械特性 99

4.2.2 电流断续时的机械特性 99

4.3 脉宽调速系统的构成 99

4.3.1 锯齿波发生器 100

4.3.2 脉宽调制器 101

4.3.3 集成脉宽调制器 102

4.3.4 PWM直流调速系统实例 103

4.4 PWM功率变换器的设计 106

4.4.1 直流调速系统对PWM功率变换器的要求 106

4.4.2 电力电子器件的选择 106

习题4 106

5 交流调压调速 108

5.1 交流调速的基本类型 108

5.2 交流调压调速系统 111

5.2.1 三相交流调压电路 111

5.2.2 异步电动机在调压时的机械特性 112

5.2.3 闭环控制的调压调速系统 113

5.2.4 调压调速时的效率和出力 116

习题5 118

6 绕线型异步电动机的串级调速系统 119

6.1 串级调速原理及基本类型 119

6.1.1 串级调速原理 119

6.1.2 串级调速的四种运行状态 120

6.1.3 串级调速系统的基本类型 121

6.2 串级调速系统的工作特性 122

6.2.1 串级调速系统转子整流电路工作状态 122

6.2.2 串级调速系统的调速特性n=f(Id,β) 125

6.2.3 串级调速系统的转矩特性T=f(Id) 126

6.2.4 串级调速系统的机械特性T=f(s) 127

6.3 串级调速的双闭环控制系统 128

6.3.1 双闭环串级调速系统的组成 128

6.3.2 双闭环串级调速系统的动态数学模型 129

6.3.3 双闭环串级调速系统调节器参数的确定 130

6.4 串级调速系统的能量指标 131

6.4.1 串级调速系统的效率 131

6.4.2 串级调速系统的功率因数 132

6.5.1 异步电动机容量选择 134

6.5.2 逆变变压器容量计算 134

6.5 串级调速系统设计的几个特殊问题 134

6.5.3 启动方式 135

6.6 超同步串级调速系统 135

6.6.1 超同步串级调速工作原理 135

6.6.2 超同步串级调速的再生制动 135

6.6.3 超同步串级调速系统的优点 136

习题6 136

7 交流异步电动机变频调速系统 138

7.1 异步电动机变频调速的基本控制方式 138

7.1.1 基频以下调速 138

7.1.2 基频以上调速 141

7.2.1 间接变频装置(交-直-交变频装置) 142

7.2 变频器与逆变器 142

7.2.2 电压源和电流源变频器 143

7.2.3 直接变频装置(交-交变频) 146

7.2.4 正弦波脉宽调制(SPWM)逆变器 148

7.2.5 电流跟踪式PWM逆变器 154

7.2.6 磁链跟踪式PWM逆变器 155

7.3 转速开环恒压频比控制的变频调速系统 158

7.3.1 电压源型晶闸管变频器-异步电动机调速系统 158

7.3.2 电流源型晶闸管变频器-异步电动机调速系统 160

7.4.1 基本概念 161

7.4.2 控制规律 161

7.4 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 161

7.4.3 转差频率控制的变压变频调速系统 163

7.5 异步电动机的多变量数学模型和坐标转换 164

7.5.1 三相异步电动机的多变量非线性数学模型 164

7.5.2 坐标变换和变换矩阵 168

7.5.3 三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型 172

7.6 按转子磁场定向的矢量控制系统 176

7.6.1 矢量控制系统的构想 177

7.6.2 矢量控制的基本方程 178

7.6.3 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统和转子磁链模型 179

7.6.4 磁链开环转差控制的矢量控制系统 181

7.7.1 基本原理 182

7.7.2 定子磁链和转矩算法模型 182

7.7 按定子磁场控制的直接转矩控制系统 182

7.8 感应电动机直接转矩控制系统举例 184

7.8.1 定子圆形旋转磁场的建立 185

7.8.2 定子磁链控制规律 185

7.8.3 转矩控制规律 186

7.8.4 最优开关模式表 187

习题7 188

8 同步电动机的调速系统 189

8.1 同步电动机调速系统的分类及特点 189

8.1.1 同步电动机调速系统的特点 189

8.1.2 调速用同步电动机的类型 189

8.1.3 同步电动机调速系统的分类 190

8.2 无换向器电动机调速系统 191

8.2.1 无换向器电动机的工作原理 191

8.2.2 无换向器电动机的组成 194

8.2.3 无换向器电动机的换流 197

8.2.4 无换向器电动机的基本特征 199

8.2.5 无换向器电动机调速系统分析 202

8.2.6 无换向器电动机调速系统的设计特点 208

8.3 开关磁阻电动机调速系统 210

8.3.1 开关磁阻电动机的原理 210

8.3.2 开关磁阻电动机的运行方式 211

8.3.3 开关磁阻电动机的特性 214

8.3.4 开关磁阻电动机的控制 218

习题8 220

9 数字及网络化运动控制系统 221

9.1 数字化调速系统 221

9.2 数字位置随动系统 222

9.3 网络化运动控制系统 222

9.3.1 总线的基本概念与操作 222

9.3.2 通信系统简介 225

9.3.3 计算机局域网及其拓扑结构 230

9.3.4 网络的传输介质 231

9.3.5 介质访问控制方式 233

9.3.6 数据交换 237

9.3.7 差错控制 239

9.3.8 网络互连 242

9.4 PROFIBUS-DP 243

9.4.1 PROFIBUS-DP的基本功能 243

9.4.2 DP扩展功能 245

9.4.3 设备数据库文件(GSD)允许开放式配置 246

9.4.4 PROFIBUS-DP行规 247

9.5 PROFIBUS-DP现场总线 248

9.5.1 现场总线的种类 248

9.5.2 基于PROFIBUS-DP现场总线的多机调速系统 248

习题9 248

参考文献 250