電力傳動控制系統(tǒng)

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣工程與自動化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我國工業(yè)的整體面貌。同時(shí)，對社會的生產(chǎn)方式、人們的生活方式和思想觀念也產(chǎn)生了重大的影響，并在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著與信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和能源科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的交叉融合，它正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化的方向發(fā)展。教育是培養(yǎng)人才和增強(qiáng)民族創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，高等學(xué)校作為國家培養(yǎng)人才的主要基地，肩負(fù)著教書育人的神圣使命。在實(shí)際教學(xué)中，根據(jù)社會需求，構(gòu)建具有時(shí)代特征、反映最新科技成果的知識體系是每個(gè)教育工作者義不容辭的光榮任務(wù)。教書育人，教材先行.機(jī)械工業(yè)出版社幾十年來出版了大量的電氣工程與自動化類教材，有些教材十幾年、幾十年長盛不衰，有著很好的基礎(chǔ)。為了適應(yīng)我國目前高等學(xué)校電氣工程與自動化類專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，配合各高等學(xué)校的教學(xué)改革進(jìn)程，滿足不同類型、不同層次的學(xué)校在課程設(shè)置上的需求，由中國機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會電氣工程及自動化學(xué)科教育委員會、中國電工技術(shù)學(xué)會高校工業(yè)自動化教育專業(yè)委員會、機(jī)械工業(yè)出版社共同發(fā)起成立了“全國高等學(xué)校電氣工程與自動化系列教材編審委員會”，組織出版新的電氣工程與自動化類系列教材。這類教材基于“加強(qiáng)基礎(chǔ).削枝強(qiáng)干.循序漸進(jìn).力求創(chuàng)新”的原則，通過對傳統(tǒng)課程內(nèi)容的整合、交融和改革，以不同的模塊組合來滿足各類學(xué)校特色辦學(xué)的需要。

內(nèi)容概要

本書是普通高等教育電氣工程與自動化類“十一五”規(guī)劃教材，主要是針對電氣工程及其自動化、自動化等專業(yè)大學(xué)本科編寫的。為適應(yīng)教學(xué)改革和學(xué)科發(fā)展的需要，本書在陳伯時(shí)主編的《電力拖動自動控制系統(tǒng)》的主要內(nèi)容基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前電力傳動控制技術(shù)的新發(fā)展，進(jìn)行了精簡和重組。全書分為5章。第1章是全書的基礎(chǔ)，介紹了電力傳動控制系統(tǒng)的基本組成和共性問題，包括系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與組成，電動機(jī)、電力電子變流器、系統(tǒng)檢測和控制器的基本概念及原理。第2章以統(tǒng)一電機(jī)理論為基礎(chǔ)，建立了各種電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并構(gòu)建了電力傳動系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型。第3章為直流傳動控制系統(tǒng)，在前兩章的基礎(chǔ)上，專門分析和討論了系統(tǒng)的控制原理、結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性等問題。第4章為交流傳動控制系統(tǒng)，包括異步電動機(jī)和同步電動機(jī)的控制原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性等問題。第5章介紹了電力傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法?！　”緯m用于普通高等學(xué)校電氣工程及其自動化、自動化專業(yè)作為本科教材使用，也適用于機(jī)械、電子等專業(yè)，并可作為職工大學(xué)、夜大及大專院校有關(guān)專業(yè)的教材，也可供有關(guān)工程技術(shù)人員閱讀和參考，其中部分較深入的內(nèi)容可作為研究生學(xué)習(xí)和研究的參考資料。

作者簡介

湯天浩，分別于1982年和1987年在上海工業(yè)大學(xué)獲學(xué)士和碩士學(xué)位，1998年在上海大學(xué)獲博士學(xué)位，2005年赴法國中央理工大學(xué)（EcoleCer，traledeNantes）學(xué)習(xí)和研究?，F(xiàn)為上海海事大學(xué)電力傳動與控制研究所所長、教授、博士生導(dǎo)師，上海市教委重點(diǎn)學(xué)科“電力電子與電力傳動”學(xué)科帶頭人。中法聯(lián)合伽利略系統(tǒng)與海上安全智能交通研究所副所長。已主持完成多項(xiàng)國家級和省部級科研項(xiàng)目，其中：燃料電池試驗(yàn)船的研發(fā)工作填補(bǔ)了國內(nèi)在新能源船舶研究方面的空白。已在國內(nèi)外公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文100多篇，主編國家級十一五規(guī)劃教材《電機(jī)及拖動基礎(chǔ)》，自動化專業(yè)本科系列教材《電機(jī)與拖動基礎(chǔ)》。1999年獲上海市育才獎。

書籍目錄

序一 序二 前言 常用符號表 緒論 第1章 電力傳動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與組成 　1.1 電力傳動控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和共性問題 　　1.1.1 電力傳動控制系統(tǒng)的組成與分類 　　1.1.2 電力傳動控制系統(tǒng)的共性問題 　1.2 電動機(jī)的主要類型與調(diào)速方法 　　1.2.1 直流電動機(jī)及其調(diào)速方法 　　1.2.2 交流電動機(jī)及其調(diào)速方法 　1.3 電力電子變流器的結(jié)構(gòu)與類型 　　1.3.1 直流輸出變換器 　　1.3.2 交流輸出變換器 　1.4 電力傳動控制系統(tǒng)的檢測方法 　　1.4.1 直接檢測方法 　　1.4.2 信號處理 　　1.4.3 狀態(tài)觀測和參數(shù)估計(jì) 　1.5 電力傳動控制系統(tǒng)的控制與分析方法 　　1.5.1 電力傳動控制系統(tǒng)的要求和指標(biāo) 　　1.5.2 PD控制器 　　1.5.3 先進(jìn)控制方法 　　1.5.4 系統(tǒng)分析和仿真 　本章小結(jié) 　思考題與習(xí)題 第2章 電力傳動系統(tǒng)的模型 　2.1 直流電動機(jī)的模型 　2.2 統(tǒng)一電機(jī)理論模型 　　2.2.1 統(tǒng)一電機(jī)理論的基本思路 　　2.2.2 第一種原型電機(jī) 　　2.2.3 第二種原型電機(jī) 　　2.2.4 由統(tǒng)一電機(jī)理論建立的直流電動機(jī)模型 　2.3 交流電動機(jī)模型 　2.4 坐標(biāo)變換理論 　　2.4.1 線性變換簡介 　　2.4.2 坐標(biāo)變換的原則及約束 　　2.4.3 Park變換 　2.5 基于統(tǒng)一電機(jī)理論的交流電動機(jī)建模 　　2.5.1 異步電動機(jī)模型變換 　　2.5.2 同步電動機(jī)模型 　2.6 電力電子變流器的建模 　本章小結(jié) 　思考題與習(xí)題 第3章 直流傳動控制系統(tǒng) 　3.1 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與主要問題 　　3.1.1 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 　　3.1.2 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主要問題 　　3.1.3 開環(huán)系統(tǒng)的靜特性計(jì)算 　3.2 轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 　　3.2.1 轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 　　3.2.2 轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析 　　3.2.3 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析和設(shè)計(jì) 　　3.2.4 比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng) 　3.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 　　3.3.1 直流電動機(jī)起動的要求及控制策略 　　3.3.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 　　3.3.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析 　　3.3.4 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析 　　3.3.5 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 　3.4 直流調(diào)速系統(tǒng)的電壓與磁場協(xié)調(diào)控制 　　3.4.1 直流電動機(jī)磁場控制的問題 　　3.4.2 直流電動機(jī)的電壓與磁場協(xié)調(diào)控制策略 　　3.4.3 電壓與磁場協(xié)調(diào)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制原理 　3.5 直流調(diào)速系統(tǒng)的可逆控制 　　3.5.1 可逆控制的主要問題 　　3.5.2 無環(huán)流控制的可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 　　3.5.3 有環(huán)流控制的可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 　3.6 直流調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真 　本章小結(jié) 　思考題與習(xí)題 第4章 交流傳動控制系統(tǒng) 　4.1 異步電動機(jī)的變壓控制系統(tǒng) 　　4.1.1 異步電動機(jī)在任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的動態(tài)等效電路 　　4.1.2 異步電動機(jī)的變壓控制系統(tǒng) 　　4.1.3 轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)控制的異步電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng) 　　4.1.4 變壓控制在異步電動機(jī)軟起動中的應(yīng)用 　4.2 異步電動機(jī)的變壓變頻控制系統(tǒng) 　　4.2.1 變壓變頻調(diào)速的控制模式及其機(jī)械特性 　　4.2.2 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng) 　　4.2.3 轉(zhuǎn)速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調(diào)速系統(tǒng) 　　4.2.4 按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng) 　　4.2.5 按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 　4.3 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的雙饋控制系統(tǒng) 　　4.3.1 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)雙饋控制的基本原理和運(yùn)行模式 　　4.3.2 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的次同步轉(zhuǎn)速調(diào)速——串級調(diào)速系統(tǒng) 　　4.3.3 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的超同步轉(zhuǎn)速調(diào)速——雙饋調(diào)速系統(tǒng) 　4.4 同步電動機(jī)控制系統(tǒng) 　　4.4.1 同步電動機(jī)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的動態(tài)等效電路及方程 　　4.4.2 同步電動機(jī)按定子磁鏈定向的矢量控制調(diào)速系統(tǒng) 　　4.4.3 永磁同步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子位置定向的矢量控制系統(tǒng) 　　4.4.4 直流無刷同步電動機(jī)控制系統(tǒng)本章小結(jié) 　思考題與習(xí)題 第5章 電力傳動控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) 　5.1 電力傳動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 　　5.1.1 電力傳動控制系統(tǒng)的控制要求 　　5.1.2 電力傳動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 　　5.1.3 電力傳動控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo) 　5.2 電力傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 　　5.2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和方法 　　5.2.2 調(diào)節(jié)器最佳整定設(shè)計(jì)法 　　5.2.3 基于典型系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法[1] 　　5.2.4 數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 　5.3 基于MATLAB的系統(tǒng)仿真方法 　　5.3.1 MATLAB的Simulink仿真平臺 　　5.3.2 電力傳動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真舉例 　本章小結(jié) 　思考題與習(xí)題 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：自1888年特斯拉（Tesla）發(fā)明感應(yīng)電動機(jī)，從此開始了用電動機(jī)進(jìn)行電力傳動的時(shí)代。最初的電力傳動是采用傳導(dǎo)傳動（又稱聯(lián)動電力拖動）的方式，它是由一臺電動機(jī)，并由數(shù)個(gè)傳動裝置將運(yùn)動傳輸?shù)綌?shù)個(gè)工作機(jī)構(gòu)。代替?zhèn)鲗?dǎo)傳動的是單電機(jī)電力傳動方式，即一個(gè)工作機(jī)械由一臺電動機(jī)驅(qū)動。后來，由于生產(chǎn)的需要，工作機(jī)械也越來越復(fù)雜，出現(xiàn)了多電機(jī)電力傳動方式，如自動化機(jī)床、加工中心等。1956年，晶閘管在貝爾（Bell）實(shí)驗(yàn)室誕生，開始了第二次電子革命，從此“電子”進(jìn)入到強(qiáng)電領(lǐng)域，電力電子器件成為弱電控制強(qiáng)電的紐帶。其重要意義在于：電力電子學(xué)把機(jī)器時(shí)代、電氣時(shí)代和電子時(shí)代開創(chuàng)的技術(shù)融合在一起。20世紀(jì)60年代，電力電子器件進(jìn)入電力傳動領(lǐng)域，可以方便地通過電能變換裝置來控制電機(jī)的運(yùn)行方式。其后，自動化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)也不斷應(yīng)用于電機(jī)控制，使電力傳動系統(tǒng)發(fā)生了根本性改變。目前，電力傳動系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已遍及能源、電力、機(jī)械、采礦、冶金、輕紡、化工、電子信息、交通運(yùn)輸和家用電器等領(lǐng)域。由于電動機(jī)具有性能優(yōu)良、高效可靠、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，電力傳動系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代社會生產(chǎn)和生活的方方面面，可以說假如沒有電力傳動，需要運(yùn)動的裝置和系統(tǒng)就難以運(yùn)行。目前小電機(jī)與傳動的現(xiàn)狀可以概括為：1）電力傳動現(xiàn)已取代了其他傳動形式，成為主要的運(yùn)動控制形式。這是因?yàn)殡妱訖C(jī)與其他原動機(jī)相比有許多優(yōu)點(diǎn)，比如：電能的獲得和轉(zhuǎn)換比較經(jīng)濟(jì)；傳輸和分配比較便利；操作和控制容易，特別是易于實(shí)現(xiàn)自動與遠(yuǎn)程控制。因此，目前絕大多數(shù)的生產(chǎn)機(jī)械都采用電力傳動。

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