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绪论1

0.1 电力传动的发展概况1

0.2 电力传动的分类和应用2

0.2.1 直流传动系统的应用2

0.2.2 交流传动系统的应用3

0.3 本书的主要内容3

第1篇 电力传动基础5

第1章 直流电动机传动基础5

1.1 电力传动系统的运动学基础5

1.1.1 电力传动系统的运动方程5

1.1.2 工作机构各物理量的折算6

1.1.3 生产机械的负载转矩特性8

1.2 他励直流电动机的机械特性10

1.2.1 机械特性方程11

1.2.2 固有机械特性与人为机械特性12

1.2.3 机械特性的绘制14

1.2.4 电力传动系统稳定运行的要求15

1.3 他励直流电动机的启动17

1.3.1 启动方法17

1.3.2 串电阻启动的各级电阻计算18

1.3.3 造成他励直流电动机启动延缓的原因及应对措施21

1.4 他励直流电动机的制动22

1.4.1 能耗制动22

1.4.2 反接制动24

1.4.3 回馈制动26

1.5 他励直流电动机的调速27

1.5.1 调速指标28

1.5.2 三种调速方式原理及技术分析30

1.5.3 调速方法的转矩特性及其与负载的配合33

习题34

第2章 交流电动机传动基础36

2.1 异步电动机的机械特性和稳态运行36

2.1.1 异步电动机稳态数学模型36

2.1.2 异步电动机的机械特性37

2.1.3 异步电动机的功率关系38

2.1.4 异步电动机的稳态运行39

22异步电动机的调速42

2.2.1 异步电动机调压调速43

2.2.2 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速44

2.2.3 笼式三相异步电动机变极对数调速45

2.2.4 异步电动机转差离合器调速46

2.3 同步电动机的稳态数学模型与传动基础47

2.3.1 同步电动机的转矩角特性47

2.3.2 同步电动机的稳态运行49

2.3.3 同步电动机的启动50

2.3.4 同步电动机的调速50

习题50

第3章 电力传动中的电力电子技术51

3.1 晶闸管相控整流器51

3.1.1 负载电流连续时V-M系统的机械特性51

3.1.2 负载电流断续时V-M系统的机械特性52

3.1.3 电流断续的不利影响及其抑制方法53

3.1.4 V-M系统的多象限运行54

3.1.5 晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数55

3.2 直流PWM斩波器57

3.2.1 两象限PWM斩波器57

3.2.2 H型四象限PWM斩波器60

3.2.3 电能回馈与泵升电压的限制63

3.2.4 直流脉宽调速系统的机械特性及多象限运行64

3.2.5 直流PWM斩波器的数学模型67

3.3 交流变频器的电路结构67

3.3.1 交-直-交变频器68

3.3.2 交-交变频器71

3.4 交流变频器的脉宽调制技术73

3.4.1 三相电压型逆变器的PWM技术73

3.4.2 三相电流型逆变器的PWM技术82

3.4.3 多电平逆变器的PWM技术83

习题85

第4章 转速测量基础87

4.1 模拟测速87

4.1.1 直流测速发电机87

4.1.2 交流测速发电机88

4.2 数字测速89

4.2.1 数字转速传感器90

4.2.2 数字测速方法92

4.2.3 数字滤波95

习题96

第2篇 直流调速系统97

第5章 闭环控制的直流调速系统97

5.1 转速单闭环调速系统的分析与设计97

5.1.1 开环调速系统存在的问题98

5.1.2 闭环调速系统组成及其静特性98

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

7.2.2 α=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172

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/ωl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 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