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第1章 绪论1

1.1　机电传动的目的和任务1

1.2　机电传动及其控制系统的发展概况1

1.3　课程的性质和任务3

1.4　课程的内容安排3

第2章 机电传动系统的动力学基础5

2.1　机电传动系统的运动方程式5

2.2　负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算7

2.2.1　负载转矩的折算8

2.2.2　转动惯量和飞轮转矩的折算9

2.3　机电传动系统的负载特性10

2.3.1　恒转矩型负载特性10

2.3.2　离心式通风机型负载特性11

2.3.3　直线型负载特性11

2.3.4　恒功率型负载特性12

2.4　机电传动系统稳定运行的条件12

习题与思考题13

第3章　直流电机的工作原理及特性15

3.1　直流电机的基本结构和工作原理15

3.1.1　直流电机的基本结构15

3.1.2　直流电机的基本工作原理17

3.2　直流发电机19

3.2.1　他励发电机20

3.2.2　并励发电机21

3.2.3　复励发电机22

3.3　直流电动机的机械特性22

3.3.1　他励电动机的机械特性23

3.3.2　串励电动机的机械特性26

3.3.3　复励电动机的机械特性27

3.4　直流他励电动机的启动特性28

3.5　直流他励电动机的调速特性30

3.5.1　改变电枢电路外串电阻Rad31

3.5.2　改变电动机电枢供电电压U31

3.5.3　改变电动机主磁通Ф32

3.6　直流他励电动机的制动特性33

3.6.1　反馈制动33

3.6.2　反接制动35

3.6.3　能耗制动38

习题与思考题40

第4章　机电传动系统的过渡过程42

4.1　研究机电传动系统过渡过程的实际意义42

4.2　机电传动系统过渡过程的分析43

4.3　机电时间常数τm45

4.4　加快机电传动系统过渡过程的方法46

习题与思考题48

第5章 交流电动机的工作原理及特性49

5.1　三相异步电动机的结构和工作原理49

5.1.1　三相异步电动机的基本结构49

5.1.2　三相异步电动机的工作原理51

5.1.3　三相异步电动机的旋转磁场52

5.1.4　定子绕组线端连接方式55

5.2　三相异步电动机的定子电路和转子电路56

5.2.1　定子电路的分析56

5.2.2　转子电路的分析57

5.2.3　三相异步电动机的额定值59

5.2.4　三相异步电动机的能流图60

5.3　三相异步电动机的转矩与机械特性61

5.3.1　三相异步电动机的转矩61

5.3.2　三相异步电动机的机械特性62

5.4　三相异步电动机的启动特性66

5.4.1　鼠笼式异步电动机的启动方法66

5.4.2　线绕式异步电动机的启动方法71

5.4.3　特殊鼠笼式电动机73

5.5　三相异步电动机的调速方法与特性74

5.5.1　改变极对数调速75

5.5.2　改变转差率调速76

5.5.3　变频调速82

5.6　三相异步电动机的制动特性84

5.6.1　反馈制动85

5.6.2　反接制动86

5.6.3　能耗制动87

5.7　单相异步电动机88

5.7.1　单相异步电动机的磁场88

5.7.2　单相异步电动机的启动方法89

5.8　同步电动机91

5.8.1　同步电动机的基本结构91

5.8.2　同步电动机的工作原理和运行特性92

5.8.3　同步电动机的启动93

习题与思考题94

第6章 控制电动机97

6.1　交流伺服电动机97

6.1.1　两相交流伺服电动机的结构97

6.1.2　基本工作原理98

6.1.3　消除自转现象的措施99

6.1.4　特性和应用100

6.2　直流伺服电动机101

6.3　力矩电动机102

6.3.1　永磁式直流力矩电动机的结构特点103

6.3.2　直流力矩电动机转矩大、转速低的原因103

6.3.3　直流力矩电动机的特点和应用104

6.4　小功率同步电动机104

6.4.1　永磁式同步电动机105

6.4.2　磁阻式电磁减速同步电动机106

6.5　直线电动机107

6.5.1　直线异步电动机的结构108

6.5.2　直线异步电动机的工作原理108

6.5.3　直线电动机的特点及应用109

习题与思考题110

第7章　机电传动控制系统中常用的检测元件111

7.1　速度传感器112

7.1.1　测速发电机112

7.1.2　桥式速度传感器116

7.1.3　增量式光电脉冲编码器（光电测速计）117

7.1.4　磁性编码器（电磁式脉冲发生器）118

7.2　线位移传感器119

7.2.1　差动变压器119

7.2.2　感应同步器120

7.2.3　光栅位移传感器122

7.2.4　激光干涉位移传感器124

7.3　角位移传感器124

7.3.1　伺服电位器125

7.3.2 自整角机125

7.3.3　旋转变压器128

7.3.4　绝对式光电编码器132

习题与思考题134

第8章　继电器-接触器控制136

8.1　常用控制电器与执行电器136

8.1.1　非自动控制电器137

8.1.2 自动控制电器139

8.1.3　主令电器146

8.1.4　执行电器148

8.2　继电器-接触器控制的常用基本线路151

8.2.1　继电器-接触器自动控制线路的构成151

8.2.2　继电器-接触器自动控制的基本线路153

8.3　生产机械中常用的几种自动控制方法163

8.3.1　按行程的自动控制163

8.3.2　按时间的自动控制165

8.3.3　按速度的自动控制167

8.3.4　按电流的自动控制168

习题与思考题169

第9章　可编程序控制器172

9.1　可编程序控制器的基本结构、工作原理和主要特点173

9.1.1　PLC的基本结构173

9.1.2　PLC的基本工作原理176

9.1.3　PLC的主要特点及规格性能177

9.2　可编程序控制器的内部等效继电器电路179

9.3　可编程序控制器的编程和指令系统183

9.3.1 PLC的编程方法与一般规则183

9.3.2　PLC的指令系统186

9.3.3　常用的编程技巧195

9.4　可编程序控制器的应用201

9.4.1　电动机常用控制线路举例202

9.4.2　装配流水线的控制205

9.4.3　PLC控制系统的开发步骤206

9.4.4　钻孔动力头的控制211

9.4.5　搬运机械手的控制214

9.4.6　十字路口交通信号灯自动控制218

习题与思考题223

第10章 电力电子技术225

10.1　电力半导体器件226

10.1.1　不可控型开关器件227

10.1.2　半控型开关器件227

10.1.3　全控型开关器件236

10.2　电力半导体器件的驱动电路及保护243

10.2.1　电力半导体器件的驱动电路243

10.2.2　电力电子器件的保护与串、并联256

10.3　可控整流电路261

10.3.1　单相半波可控整流电路261

10.3.2　单相桥式可控整流电路264

10.3.3　三相半波可控整流电路268

10.3.4　三相桥式全控整流电路271

10.4　逆变电路273

10.4.1　有源逆变电路274

10.4.2　无源逆变电路276

10.5　斩波电路与PWM控制技术284

10.5.1　斩波电路284

10.5.2　PWM控制技术288

10.6　应用实例——UPS电源295

习题与思考题297

第11章　直流传动控制系统300

11.1　机电传动控制系统的组成和分类300

11.1.1　机电传动控制系统的组成300

11.1.2 自动控制系统的分类303

11.2　机电传动控制系统调速方案的选择303

11.2.1　机械与电气调速方法303

11.2.2　生产机械对自动调速系统技术指标的要求304

11.2.3　机电传动控制系统方案的确定原则305

11.3 晶闸管-电动机直流传动控制系统309

11.3.1　单闭环直流调速系统309

11.3.2　双闭环直流调速系统325

11.3.3　可逆直流调速系统328

11.4　直流脉宽调制（PWM）调速系统335

11.4.1　直流脉宽调制（PWM）调速系统的基本工作原理335

11.4.2　直流脉宽调制（PWM）调速系统的主要特点336

11.4.3　直流脉宽调制（PWM）调速系统的组成337

11.4.4　直流脉宽调制（PWM）调速系统的分析342

11.5　微型计算机控制的直流传动系统343

11.5.1　用微机取代ASR、ACR两个电子调节器等的系统344

11.5.2　保留ASR、ACR两个电子调节器的微机控制系统345

11.5.3　微机控制的双闭环可逆直流调速系统346

习题与思考题347

第12章　交流传动控制系统349

12.1 鼠笼式异步电动机变压变频调速系统350

12.1.1　变频器的基本构成与分类350

12.1.2　模拟式IGBT—SPWM—VVVF交流调速系统353

12.1.3　数字式恒压频比控制交流调速系统355

12.2　矢量变换控制交流变频调速系统357

12.2.1　异步电动机矢量变换控制原理357

12.2.2　坐标变换与矢量变换358

12.2.3　异步电动机矢量控制变频调速系统的原理结构图360

12.3　无刷直流电动机调速系统362

12.3.1　无刷直流电动机的基本结构和工作原理363

12.3.2　无刷直流电动机的电磁转矩和机械特性366

12.3.3　无刷直流电动机调速系统368

12.3.4　无刷直流电动机驱动控制的专用芯片介绍370

12.4 由交—交变频器供电的同步电动机调速系统372

12.4.1　交—交变频器的基本工作原理372

12.4.2　交—交变频器的控制方式373

12.4.3　三相输出的交—交变频器主电路374

12.5　变频器的选择与使用377

12.5.1　通用变频器的功能377

12.5.2　通用变频器的结构377

12.5.3　变频器类型的选择378

12.5.4　变频器容量的选择379

12.5.5　变频器外围设备的应用及注意事项381

12.5.6　变频器外部接线与应用实例382

12.5.7　变频器的调试和运行步骤385

12.5.8　变频器的自身保护功能及故障分析385

12.6　开关磁阻电动机调速系统387

12.6.1　开关磁阻电动机的基本结构和工作原理388

12.6.2　开关磁阻电动机的控制原理389

12.6.3　开关磁阻电动机调速系统的功率变换器393

12.6.4　开关磁阻电动机调速系统的特点395

12.7　异步电动机调压调速系统397

12.7.1　采用晶闸管的交流调压电路397

12.7.2　闭环控制的变压调速系统及其静特性399

12.7.3　异步电动机变极调压调速系统400

12.8　绕线式异步电动机串级调速系统400

12.8.1　串级调速系统的基本工作原理400

12.8.2　晶闸管双闭环串级调速系统402

习题与思考题404

第13章　步进电动机传动控制系统406

13.1　步进电动机407

13.1.1　步进电动机的结构与工作原理407

13.1.2　实用的小步距角步进电动机409

13.1.3　步进电动机的分类410

13.1.4　步进电动机的主要特性与性能指标413

13.2　步进电动机驱动电源的环形分配器416

13.2.1　硬件环形分配器416

13.2.2　软件环形分配器419

13.3　步进电动机驱动电源的功率放大电路421

13.3.1　单电压限流型驱动电路422

13.3.2　高低压切换型驱动电路422

13.3.3　斩波恒流驱动电路423

13.3.4　调频调压驱动电路424

13.3.5　模块化的步进电动机驱动器425

13.4　步进电动机的控制与应用427

13.4.1　步进电动机步距角的细分控制427

13.4.2　步进电动机的开环控制430

13.4.3　步进电动机的闭环控制432

13.4.4　应用步进电动机驱动时应注意的一些问题433

习题与思考题435

第14章 机电传动控制系统中电动机的选择436

14.1 电动机容量选择的原则436

14.2　电动机的发热与冷却437

14.3　不同工作制下电动机容量的选择438

14.3.1　连续工作制电动机容量的选择438

14.3.2　短时工作制电动机容量的选择441

14.3.3　重复短时工作制电动机容量的选择442

14.4　电动机容量选择的统计法和类比法444

14.5 晶闸管供电对电动机的影响444

14.6 电动机的种类、电压、转速和结构形式的选择445

14.6.1　根据生产机械的负载性质来选择电动机的类型445

14.6.2　电动机电压等级的选择446

14.6.3　电动机额定转速的选择446

14.6.4　电动机结构形式的选择447

习题与思考题448

附录A　常用电气图形符号450

附录B　常用电气技术文字符号454

附录C　部分习题与思考题的答案或提示456

参考文献457