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绪论 1

0.1电机及电力拖动系统概述 1

0.2交直流调速控制系统概述 2

0.3本课程的任务 5

第1章 直流电机 6

1.1直流电机的工作原理和结构 6

1.1.1直流电机的工作原理 6

1.1.2直流电机的主要结构 8

1.2直流电机的铭牌数据及主要系列 11

1.2.1直流电机的铭牌数据 11

1.2.2直流电机系列 12

1.3直流电机的电枢绕组 12

1.3.1直流电机电枢绕组的一般介绍 12

1.3.2直流电机电枢绕组的基本形式 15

1.4直流电机的磁场 19

1.4.1直流电机的空载磁场 19

1.4.2直流电机负载时的磁场及电枢反应 20

1.5直流电机的电磁转矩和电枢电动势 22

1.5.1直流电机的电枢电动势 22

1.5.2直流电机的电磁转矩 23

1.6直流电机的换向 23

1.6.1换向概述 23

1.6.2换向的电磁理论 24

1.6.3改善换向的方法 26

1.6.4防止环火与补偿绕组 26

1.7直流电动机 28

1.7.1直流电动机按励磁方式分类 28

1.7.2直流电动机的基本方程式 28

1.7.3他励（并励）直流电动机的工作特性 29

1.7.4串励直流电动机的工作特性 31

1.7.5复励直流电动机的工作特性 32

1.7.6直流电动机的适用范围 33

1.8直流发电机 33

1.8.1直流发电机的励磁方式 33

1.8.2直流发电机的基本方程式 34

1.8.3他励直流发电机的特性 35

1.8.4并励直流发电机 38

1.8.5复励直流发电机 40

本章小结 40

习题 41

第2章 直流电动机的电力拖动 43

2.1电力拖动系统的动力学基础 43

2.1.1电力拖动系统的组成 43

2.1.2电力拖动系统的运动方程式 43

2.1.3多轴拖动系统的折算 44

2.2负载的转矩特性 49

2.3他励直流电动机的机械特性 51

2.3.1他励直流电动机的机械特性方程 51

2.3.2他励直流电动机的机械特性曲线 52

2.3.3电力拖动系统稳定运行条件 56

2.4他励直流电动机的起动 57

2.4.1对起动的要求 57

2.4.2电枢回路串电阻起动 58

2.4.3减压起动 61

2.5他励直流电动机的制动 61

2.5.1能耗制动 61

2.5.2反接制动 63

2.5.3回馈制动（再生制动） 65

2.5.4他励直流电动机的四象限运行 67

2.6他励直流电动机的调速 67

2.6.1调速指标 67

2.6.2他励直流电动机的调速方法 69

2.7直流调速方式与负载的配合 74

2.7.1电动机的容许输出与充分利用 74

2.7.2他励直流电动机的调速方式 74

2.7.3负载类型与电动机调速方式的匹配 75

2.8串励和复励直流电动机的电力拖动 77

2.8.1串励直流电动机的电力拖动 77

2.8.2复励直流电动机的电力拖动 81

2.9电力拖动系统的过渡过程 82

2.9.1过渡过程概念 82

2.9.2电力拖动系统动态分析 82

本章小结 85

习题 86

第3章 直流电动机调速控制系统 88

3.1直流调速系统的组成及数学模型 88

3.1.1直流调速系统的组成 88

3.1.2可控直流电源 88

3.1.3直流调速系统及数学模型 91

3.2调速系统的控制要求和开环直流调速系统 99

3.2.1调速系统的控制要求 99

3.2.2开环直流调速系统的特性及存在的问题 99

3.3转速负反馈单闭环直流调速系统 101

3.3.1单闭环直流调速系统的组成及静特性 101

3.3.2单闭环直流调速系统稳态参数的计算 106

3.3.3单闭环直流调速系统的动态分析 107

3.4无静差直流调速系统和积分控制规律 110

3.4.1比例调节器的特性 110

3.4.2比例积分调节器的特性 110

3.4.3无静差直流调速系统及其稳态参数计算 113

3.5单闭环直流调速系统的限流保护 114

3.5.1电流截止负反馈 114

3.5.2带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统 116

3.6转速电流双闭环直流调速系统 117

3.6.1双闭环直流调速系统的组成及静特性 117

3.6.2双闭环直流调速系统的数学模型 120

3.6.3双闭环直流调速系统的起动过程 121

3.6.4双闭环直流调速系统的动态抗扰性能 122

3.7调速器的工程设计方法 123

3.7.1工程设计方法的基本思路 123

3.7.2典型系统及其参数与性能指标的关系 124

3.7.3工程设计中的近似处理 133

3.8转速电流双闭环直流调速系统的设计 137

3.8.1电流调节器的设计 138

3.8.2转速调节器的设计 141

3.9弱磁控制的直流调速系统 147

3.9.1变压与弱磁的配合控制 147

3.9.2励磁电流的闭环控制 147

3.10可逆直流调速控制系统 149

3.10.1 PWM可逆直流调速控制系统 149

3.10.2 V-M可逆直流调速控制系统 150

3.11直流调速系统与仿真 154

3.11.1开环直流调速系统的仿真 155

3.11.2有静差转速负反馈直流调速系统的建模与仿真 156

3.11.3单闭环无静差转速负反馈直流调速系统的建模与仿真 157

3.11.4电流截止负反馈直流调速系统的建模与仿真 158

3.11.5转速电流双闭环直流调速系统的建模与仿真 159

本章小结 161

习题 161

第4章 三相异步电动机 165

4.1三相异步电动机的工作原理和基本结构 165

4.1.1三相异步电动机的工作原理 165

4.1.2三相异步电动机的基本结构 166

4.1.3三相异步电动机的铭牌数据及主要系列 167

4.2三相交流电机的定子绕组 169

4.2.1三相交流绕组的基本要求和分类 169

4.2.2单层绕组 170

4.2.3双层叠绕组 174

4.3绕组的感应电动势 176

4.3.1线圈的感应电动势 176

4.3.2线圈组的电动势 178

4.3.3相电动势 178

4.3.4短距因数与分布因数 179

4.4绕组的磁动势 179

4.4.1单相绕组的磁动势——脉振磁动势 179

4.4.2三相绕组的磁动势——旋转磁动势 183

4.5三相异步电动机的空载运行 187

4.5.1空载运行时的电磁关系 187

4.5.2空载运行时的定子电压平衡关系 188

4.6三相异步电动机的负载运行 189

4.6.1负载运行时的物理情况 189

4.6.2异步电动机的等效电路及相量图 191

4.7三相异步电动机的功率和电磁转矩 194

4.7.1功率转换过程和功率平衡方程式 194

4.7.2转矩平衡方程式 195

4.7.3电磁转矩公式 196

4.8三相异步电动机的工作特性 197

本章小结 198

习题 199

第5章 三相异步电动机的电力拖动基础 201

5.1三相异步电动机的机械特性 201

5.1.1三相异步电动机的机械特性表达式 201

5.1.2三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性 203

5.2三相异步电动机的起动 207

5.2.1三相异步电动机的起动性能分析 207

5.2.2三相异步电动机的起动方法 207

5.3三相异步电动机的制动 219

5.3.1三相异步电动机的能耗制动 219

5.3.2三相异步电动机的反接制动 221

5.3.3三相异步电动机的回馈制动 223

5.4三相异步电动机的调速 225

5.4.1转差功率消耗型异步电动机调速方法 225

5.4.2转差功率回馈型异步电动机调速方法——串级调速 227

5.4.3转差功率不变型异步电动机调速方法 229

本章小结 234

习题 234

第6章 异步电动机调速控制系统 237

6.1变压变频调速的基础知识 237

6.1.1电压频率协调控制时的机械特性 237

6.1.2交-直-交变压变频器 240

6.2变压变频脉宽调制（PWM）技术 243

6.2.1正弦波脉宽调制（SPWM）控制技术 244

6.2.2电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术 246

6.2.3电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术 247

6.3基于异步电动机稳态模型的变压变频调速 253

6.3.1转速开环变压变频调速系统 254

6.3.2转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统 256

6.4异步电动机的动态数学模型和坐标变换 259

6.4.1异步电动机的动态数学模型 259

6.4.2坐标变换和变换矩阵 264

6.5异步电动机在两相坐标系上的动态数学模型 268

6.5.1异步电动机在两相任意旋转坐标系（dq坐标系）上的数学模型 268

6.5.2异步电动机在两相静止坐标系（αβ坐标系）上的数学模型 270

6.5.3异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型 271

6.5.4异步电动机在两相坐标系上的状态方程 271

6.6异步电动机矢量控制变频调速系统 274

6.6.1矢量控制系统的基本思路和转子磁链模型 274

6.6.2转速磁链闭环的矢量控制系统——直接矢量控制系统 280

6.6.3磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制系统 281

6.6.4矢量控制系统的特点与存在的问题 283

6.7异步电动机直接转矩控制变频调速系统 283

6.7.1直接转矩控制的实质 283

6.7.2定子电压矢量对磁链和转矩的调节作用 284

6.7.3异步电动机直接转矩控制系统 285

6.8三相异步电动机调速系统的仿真 288

6.8.1三相异步电动机直接起动情况下的仿真 288

6.8.2三相异步电动机开环VVVF系统的仿真 289

6.8.3矢量控制系统的仿真 292

6.8.4直接转矩控制仿真分析 297

6.9电力拖动控制系统应用 300

6.9.1变频恒压供水系统 300

6.9.2多电动机同步调速系统 301

6.9.3卷绕机械恒张力控制 302

本章小结 303

习题 303

第7章 电力拖动系统电动机的选择 305

7.1拖动系统选择电动机的原则 305

7.2电动机的发热与冷却 305

7.2.1电动机的发热 305

7.2.2电动机的冷却 307

7.3电动机的工作制 307

7.4电动机负载功率的计算和额定功率的选择 309

7.4.1电动机额定功率选择的步骤 309

7.4.2负载功率的计算 309

7.4.3电动机额定功率的选择 310

7.5电动机种类、结构的选择 316

7.5.1电动机种类的选择 316

7.5.2电动机结构型式的选择 317

本章小结 317

习题 317

参考文献 319