交流调速系统

作者简介

本书系统地介绍现代交流调速系统的基本原理、数学模型、控制系统和应用性能，以理论联系实际、深入浅出作为编写方针。第2版在第1版的基础上，按照技术与应用发展的需要做了必要的扩充与修订，其中特别增加了“中压大容量变频技术”和“无速度传感器的高性能异步电动机调速系统”两章内容。第3版又按实际发展需要做了一定的增删，例如增加了SVPWM控制技术、绕线转子异步电动机双馈控制技术、基于模型参考自适应系统用PI闭环控制构造转速等内容。

本书主要供电气自动化领域的工程技术人员阅读和参考，也可作为大专院校相关专业的教学参考书，以及工程技术人员继续教育的培训教材。

书籍目录

第3版前言

第2版前言

第1版前言

第1章绪论1

1.1交流调速系统的发展和应用1

1.2交流调速系统的基本类型2

1.2.1异步电动机调速系统的基本类型2

1.2.2同步电动机调速系统的基本类型3

1.3现代交流调速的技术基础3

第2章异步电动机转差功率消耗型调速系统5

2.1异步电动机恒频变压调速系统5

2.1.1异步电动机恒频变压调速电路5

2.1.2异步电动机改变电压时的机械特性6

2.1.3闭环控制的恒频变压调速系统及其静特性8

2.2异步电动机恒频变压调速时的转差功率损耗分析9

2.3变压控制在软起动器和轻载减压节能运行中的应用11

2.3.1轻载减压节能运行12

2.3.2软起动器13

第3章异步电动机变压变频调速原理和按稳态模型控制的转差功率不变型调速系统15

3.1异步电动机变压变频调速的基本控制方式15

3.1.1基频以下调速15

3.1.2基频以上调速16

3.2异步电动机电压频率协调控制时的稳态特性17

3.2.1异步电动机的稳态等效电路和感应电动势17

3.2.2恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性17

3.2.3基频以下电压频率协调控制时的机械特性18

3.2.4基频以上恒压变频控制时的机械特性21

3.3笼型异步电动机恒压频比控制的调速系统22

3.3.1转速开环恒压频比控制调速系统的构成22

3.3.2转速开环恒压频比控制调速系统的控制作用24

3.4转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统25

3.4.1转差频率控制的基本概念25

3.4.2基于异步电动机稳态模型的转差频率控制规律25

3.4.3转差频率控制的变压变频调速系统26

第4章静止式变压变频器和PWM控制技术28

4.1静止式变压变频器的主要类型28

4.1.1交直交和交交变压变频器28

4.1.2电压源型和电流源型逆变器31

4.1.3 180°导通型和120°导通型逆变器32

4.2六拍交-直-交变频器输出电压的谐波分析36

4.2.1谐波分析36

4.2.2变频器输出谐波对异步电动机工作的影响38

4.3正弦波脉宽调制(SPWM)控制技术41

4.3.1基本思想41

4.3.2正弦波脉宽调制原理42

4.3.3SPWM波的基波电压45

4.3.4脉宽调制的制约条件47

4.3.5同步调制与异步调制48

4.3.6SPWM波的实现50

4.3.7SPWM变压变频器的输出谐波分析53

4.4消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM)控制技术56

4.5电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术57

4.6电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术61

4.6.1电压空间矢量61

4.6.2电压空间矢量与磁链空间矢量的关系64

4.6.3六拍阶梯波逆变器供电时异步电动机的基本电压矢量64

4.6.4六拍阶梯波逆变器供电时异步电动机的旋转磁场67

4.6.5期望电压空间矢量的形成69

4.6.6 SVPWM的实现方法71

4.6.7 SVPWM控制时的电动机定子磁链72

4.6.8 SVPWM控制时逆变器的输出电压74

4.7桥臂器件开关死区对PWM变压变频器工作的影响76

4.7.1死区及其对变压变频器输出波形的影响76

4.7.2死区对变压变频器输出电压的影响77

第5章中压大功率变频技术79

5.1中压大功率变频技术的各种方案79

5.2三电平逆变器80

5.2.1工作原理80

5.2.2中性点箝位型逆变器工作状态的切换82

5.2.3中性点箝位型逆变器的输出电压波形83

5.2.4中性点箝位型逆变器的特点85

5.2.5三电平逆变器的控制策略86

5.3单元串联式多电平PWM变频器90

5.3.1单元串联式多电平变频器的工作原理90

5.3.2变频器整流电路的多重化连接92

5.3.3多电平移相式PWM控制95

第6章异步电动机的动态数学模型和坐标变换98

6.1异步电动机动态数学模型的性质98

6.2三相异步电动机的多变量非线性动态数学模型99

6.2.1电压方程式100

6.2.2磁链方程式100

6.2.3转矩方程式103

6.2.4电气传动系统的运动方程式104

6.2.5三相异步电动机的动态数学模型104

6.3坐标变换和变换矩阵105

6.3.1坐标变换的原则和基本思路105

6.3.2三相两相变换(3/2变换)107

6.3.3两相两相旋转变换(2s/2r变换)108

6.3.4直角坐标-极坐标变换(K/P变换)109

6.4三相异步电动机在两相正交坐标系上的动态数学模型110

6.4.1异步电动机在静止两相正交坐标系(αβ坐标系)上的动态数学模型110

6.4.2异步电动机在两相同步旋转坐标系(dq坐标系)上的动态数学模型112

6.5三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程式114

6.5.1ω-ψr-is状态方程式114

6.5.2ω-ψs-is状态方程式116

第7章异步电动机按动态模型控制的高性能调速系统117

7.1矢量控制系统的发展历史和基本思路117

7.2按转子磁链定向的矢量控制方程式及其解耦控制119

7.3转子磁链模型121

7.3.1计算转子磁链的电流模型122

7.3.2计算转子磁链的电压模型124

7.3.3电压模型与电流模型的选择和切换125

7.4转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制系统125

7.4.1带磁链除法环节和电流内环的直接矢量控制系统125

7.4.2带转矩内环的直接矢量控制系统126

7.5磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制系统127

7.6异步电动机按定子磁链砰砰控制的直接转矩控制系统129

7.6.1直接转矩控制系统的发展历史和基本特点129

7.6.2定子磁链和转矩反馈模型130

7.6.3定子电压矢量开关状态的选择131

7.6.4直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较133

7.6.5改善直接转矩控制系统性能的方案135

第8章异步电机转差功率馈送型控制系统——绕线转子异步电机双馈控制和串级调速137

8.1绕线转子异步电机双馈时的转子回路137

8.1.1异步电机转子回路附加电动势的作用138

8.1.2转子回路的电力变流单元139

8.2异步电机双馈控制的五种工况140

8.2.1次同步转速电动状态140

8.2.2反转倒拉制动状态141

8.2.3超同步转速回馈制动状态141

8.2.4超同步转速电动状态142

8.2.5次同步转速回馈制动状态142

8.3绕线转子异步电动机串级调速系统143

8.3.1电气串级调速系统的组成143

8.3.2串级调速系统的起动、调速与停车144

8.3.3异步电动机串级调速机械特性的特征146

8.3.4串级调速装置的电压和功率148

8.3.5串级调速系统的效率和功率因数149

8.3.6其他类型的串级调速系统151

8.3.7串级调速系统的双闭环控制153

8.4绕线转子异步电机双馈控制技术153

8.4.1双馈控制的工况与应用153

8.4.2双馈工作用的AC/DC双向PWM变流器155

第9章无速度传感器的高性能异步电动机调速系统159

9.1开环计算角速度——基于电动机数学模型计算转子角速度或角转差159

9.1.1利用转子电动势计算同步角速度后求得转子角速度160

9.1.2利用转矩计算转差角速度后求得转子角速度163

9.2闭环构造角速度——基于闭环控制作用构造角速度信号163

9.2.1比较定子电流转矩分量用PI闭环控制构造角速度164

9.2.2比较电磁转矩用PI闭环控制构造角速度165

9.2.3比较转子磁链的电压、电流模型用PI闭环控制构造角速度165

9.2.4比较定子电压用PI闭环控制构造角速度166

9.2.5比较定子电流用PI闭环控制构造角速度167

9.2.6基于模型参考自适应系统用PI闭环控制构造角速度167

9.3特征信号处理——利用电动机结构上的特征产生角速度信号169

9.3.1检测转子齿谐波磁场的感应电动势产生角速度信号169

9.3.2注入高频信号获取角速度信号170

第10章同步电动机调速系统171

10.1同步电动机的特点和类型171

10.2转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统172

10.3直流励磁同步电动机调速系统173

10.3.1负载换相交-直-交电流型变频直流励磁同步电动机调速系统173

10.3.2交-交变压变频器供电的大功率低速直流励磁同步电动机调速系统173

10.3.3按气隙磁场定向的同步电动机矢量控制系统174

10.3.4直流励磁同步电动机的多变量动态数学模型178

10.3.5交-直-交电压源型变频器供电的直流励磁同步电动机调速系统180

10.4永磁同步电动机调速系统181

10.4.1梯形波永磁同步电动机(无刷直流电动机)调速系统182

10.4.2正弦波永磁同步电动机调速系统185

参考文献188

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