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第一篇 直流调速系统和随动系统2

第一章 闭环控制的直流调速系统2

1-1 直流调速系统用的可控直流电源2

一、旋转变流机组2

二、静止可控整流器3

三、直流斩波器和脉宽调制变换器4

1-2 晶闸管－电动机系统的特殊问题6

一、触发脉冲相位控制6

二、电流脉动的影响及其抑制措施8

三、电流波形的连续和断续8

四、晶闸管－电动机系统的机械特性9

一、转速控制的要求和调速指标10

1-3 反馈控制闭环调速系统的稳态分析和设计10

二、开环调速系统的性能和存在的问题12

三、闭环调速系统的组成及其静特性13

四、开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较14

五、反馈控制规律16

六、反馈控制调速系统的主要部件和稳态参数计算17

七、限流保护——电流截止负反馈21

八、小结23

1-4 反馈控制闭环调速系统的动态分析和设计24

一、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型24

二、稳定条件29

三、动态校正——PI调节器设计30

二、比例积分控制规律33

四、小结35

一、积分调节器和积分控制规律36

1-5 无静差调速系统和积分、比例积分控制规律36

三、稳态抗扰误差分析39

四、无静差调速系统举例及稳态参数计算41

1-6 电压反馈电流补偿控制的调速系统43

一、电压负反馈调速系统43

二、电流正反馈和补偿控制规律44

三、电流补偿控制调速系统的数学模型和稳定条件47

第二章 多环控制的直流调速系统48

2-1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性48

一、问题的提出48

二、转速、电流双闭环调速系统的组成49

三、稳态结构图和静特性50

四、各变量的稳态工作点和稳态参数计算51

2-2 双闭环调速系统的动态性能51

一、动态数学模型51

二、起动过程分析52

三、动态性能和两个调节器的作用53

四、调节器的设计问题55

五、小结55

2-3 调节器的工程设计方法56

一、工程设计方法的基本思路56

二、典型系统57

三、感应同步器（BIS） 158

三、控制系统的动态性能指标58

四、典型Ⅰ型系统参数和性能指标的关系60

五、典型Ⅱ型系统参数和性能指标的关系64

六、调节器结构的选择和传递函数的近似处理——非典型系统的典型化68

七、调节器最佳整定设计法72

2-4 按工程设计方法设计双闭环系统的电流调节器和转速调节器76

一、电流调节器的设计76

二、转速调节器的设计80

三、转速调节器退饱和时转速超调量的计算83

四、设计举例86

2-5 转速超调的抑制——转速微分负反馈90

一、问题的提出90

二、带转速微分负反馈双闭环调速系统的基本原理90

三、退饱和时间和退饱和转速92

四、转速微分反馈参数的工程设计方法92

五、带转速微分负反馈双闭环调速系统的抗扰性能93

一、带电流变化率内环的三环调速系统94

六、小结94

2-6 三环调速系统94

二、带电压内环的三环调速系统96

2-7 弱磁控制的直流调速系统99

一、电枢电压与励磁配合控制99

二、非独立控制励磁的调速系统99

第三章 可逆调速系统102

3-1 晶闸管－电动机系统的可逆线路102

一、电枢反接可逆线路102

二、励磁反接可逆线路103

3-2 晶闸管－电动机系统的回馈制动104

一、晶闸管装置的整流和逆变状态104

三、如何在V-M系统中实现发电回馈制动106

二、电动机的发电回馈制动106

一、环流及其种类107

3-3 两组晶闸管可逆线路中的环流107

二、直流平均环流与配合控制108

三、瞬时脉动环流及其抑制109

3-4 有环流可逆调速系统110

一、α=β配合控制的有环流可逆调速系统110

二、制动过程分析111

三、可控环流的可逆调速系统114

3-5 无环流可逆调速系统116

一、逻辑控制的无环流可逆调速系统116

二、错位控制的无环流可逆调速系统124

4-1 脉宽调制变换器127

第四章 直流脉宽调速系统127

一、不可逆PWM变换器128

二、可逆PWM变换器130

4-2 脉宽调速系统的开环机械特性133

4-3 脉宽调速系统的控制电路134

一、脉宽调制器134

二、逻辑延时环节136

三、基极驱动器136

4-4 晶体管脉宽调速系统的特殊问题137

一、电流脉动量和转速脉动量137

三、电力晶体管的安全工作区和缓冲电路142

二、脉宽调制器和PWM变换器的传递函数142

四、电力晶体管的开关过程、开关损耗和最佳开关频率147

五、泵升电压限制电路150

第五章 位置随动系统151

5-1 位置随动系统概述151

一、位置随动系统的应用151

二、位置随动系统的主要组成部件及其工作原理151

三、位置随动系统与调速系统的比较152

四、位置随动系统的分类153

5-2 位置信号的检测154

一、自整角机（BS）154

二、旋转变压器（BR）157

四、光电编码盘159

5-3 自整角机位置随动系统及其设计161

一、自整角机位置随动系统的组成和数学模型161

二、位置随动系统的稳态误差分析及参数计算164

三、位置随动系统的动态校正172

四、小结187

第二篇 交流调速系统189

第六章 交流调速的基本类型和交流变压调速系统189

6-1 交流调速的基本类型190

6-2 闭环控制的交流变压调速系统——一种转差功率消耗型调速系统190

一、异步电动机改变电压时的机械特性191

二、闭环控制的变压调速系统及其静特性192

三、近似的动态结构图193

7-1 变频调速的基本控制方式197

第七章 异步电动机变压变频调速系统（VVVF系统）——转差功率不变型的调速系统197

二、基频以上调速198

一、基频以下调速198

7-2 静止式变频装置199

一、间接变频装置（交－直－交变频装置）199

二、直接变频装置（交－交变频装置）200

三、电压源和电流源变频器201

7-3 正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器202

一、SPWM逆变器的工作原理203

二、SPWM逆变器的同步调制和异步调制208

三、SPWM的控制模式及其实现209

四、高开关频率的电流滞环控制SPWM逆变器213

二、电压、频率协调控制下的机械特性215

7-4 异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性215

一、恒压恒频时异步电动机的机械特性215

三、小结218

7-5 转速开环、恒压频比控制的变频调速系统218

一、转速开环的交－直－交电压源变频调速系统219

二、转速开环的交－直－交电流源变频调速系统225

7-6 转速闭环、转差频率控制的变频调速系统228

一、转差频率控制的基本概念228

二、转差频率控制规律229

三、转差频率控制的变频调速系统230

四、优点与不足231

五、近似动态结构图232

7-7 异步电动机的多变量数学模型和坐标变换233

一、异步电动机动态数学模型的性质234

二、三相异步电动机的多变量数学模型235

三、坐标变换和变换阵239

四、异步电动机在任意二相旋转坐标系上的数学模型246

六、异步电动机在二相同步旋转坐标系上的数学模型253

四、磁链开环、转差型矢量控制的交－直－交电流源变频调速系统253

五、异步电动机在二相静止坐标系上的数学模型253

七、异步电动机在二相同步旋转坐标系上按转子磁场定向的数学模型——M、T坐标系数学模型254

八、小结255

7-8 矢量控制的变频调速系统255

一、异步电机的坐标变换结构图和等效直流电机模型255

二、矢量控制系统的构想256

三、矢量控制基本方程式257

五、转子磁链观测模型259

七、矢量控制系统中调节器的设计问题261

六、转速、磁链闭环控制的电流滞环型PWM变频调速系统261

第八章 绕线转子异步电动机串级调速系统——转差功率回馈型的调速系统264

8-1 串级调速原理及其基本类型264

一、异步电动机转子附加电动势时的265

二、附加电动势的获得与电气串级调速系统265

三、串级调速系统的其它类型267

8-2 串级调速系统性能的讨论268

一、串级调速机械特性268

二、逆变变压器268

三、串级调速装置的容量269

四、串级调速系统的效率270

8-3 异步电动机在串级调速工作时的机械特性272

一、异步电动机转子整流电路的电压与电流272

二、异步电动机在串级调速时的电磁转矩274

三、异步电动机在串级调速工作时的机械特性方程式278

8-4 具有双闭环控制的串级调速系统279

一、闭环控制系统的组成279

二、串级调速系统的动态数学模型279

三、调速系统调节器参数的确定281

8-5 超同步串级调速系统282

一、超同步串级调速工作原理283

二、超同步串级调速系统的再生制动工作283

一、串级调速系统的功率因数及其改善途径284

8-6 串级调速系统的几个特殊问题284

二、串级调速系统的控制方式288

第九章 同步电动机的变频调速系统290

9-1 同步电动机的变频调速290

9-2 他控变频同步电动机调速系统和矢量控制291

一、转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统291

二、由交－交变频器供电的大型低速同步电动机调速系统291

三、同步电动机的矢量控制系统292

四、同步电动机的多变量数学模型295

9-3 自控变频同步电动机（无换向器电机）调速系统297

一、工作原理297

二、控制系统301

附录305

参考文献309