特種電動機(jī)調(diào)速控制技術(shù)及應(yīng)用

前言

　　隨著自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是高性能永磁材料的問世，電動機(jī)制造技術(shù)水平得到了極大的提高，也為特種電動機(jī)的制造、控制和應(yīng)用提出了更高的要求，提供了更廣闊的發(fā)展空間?！　τ谝话愕娜嗍蠡\式交流電動機(jī)及其變頻調(diào)速控制方式，大家都比較熟悉，同時(shí)也有較多的資料和書籍介紹這方面的內(nèi)容。但對于具有特殊應(yīng)用要求的特種電動機(jī)及其控制和應(yīng)用，由于其應(yīng)用面相對較窄使其需求應(yīng)用較少，而且其控制裝置較貴，相關(guān)的書籍較少，使得這方面的理論知識和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較為缺乏?！　”緯荚谕ㄟ^對特種電動機(jī)的構(gòu)造、調(diào)速控制原理及應(yīng)用的介紹，使讀者達(dá)到快速學(xué)習(xí)特種電動機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用的目的。筆者查閱了大量的國內(nèi)外關(guān)于特種電動機(jī)調(diào)速控制的論文和書籍（見參考文獻(xiàn)），重點(diǎn)選擇了當(dāng)今人們最為關(guān)心的、具有節(jié)能潛質(zhì)的和具有特色的特種電動機(jī)（如開關(guān)磁阻電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)、普通同步電動機(jī)、直流無刷電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、直線電動機(jī)、超聲波電動機(jī)）進(jìn)行介紹。　　本書既有理論論述，又有實(shí)際工程應(yīng)用介紹，具有全面性、系統(tǒng)性、實(shí)用性、可讀性的特點(diǎn)，避免繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算和高深的理論，從實(shí)際出發(fā)，深入淺出，涉及的范圍廣，內(nèi)容豐富，特別是有具體的實(shí)例介紹，對于學(xué)習(xí)特種電動機(jī)應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。　　本書適合作為各類高等院校自動化專業(yè)、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)用書，也可作為從事特種電動機(jī)變頻調(diào)速以及特種運(yùn)動控制應(yīng)用研究的廣大技術(shù)人員的參考用書?！　∮捎诰幷咚接邢蓿瑫须y免有錯(cuò)誤和不妥之處，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書主要從特種電動機(jī)的構(gòu)造、調(diào)速控制原理及應(yīng)用角度出發(fā)，以開關(guān)磁阻電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)、普通同步電動機(jī)、直流無刷電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、直線電動機(jī)、超聲波電動機(jī)、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)等為對象介紹其調(diào)速控制原理及應(yīng)用技術(shù)。    本書適合作為各類高等院校自動化專業(yè)、機(jī)電一體化及相關(guān)專業(yè)的教學(xué)用書，也可作為從事特種電動機(jī)變頻調(diào)速以及特種運(yùn)動控制應(yīng)用研究的廣大技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

1  開關(guān)磁阻電動機(jī)  1.1  概述  1.2  開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡介    1.2.1  開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(SRD)原理    1.2.2  電動機(jī)結(jié)構(gòu)    1.2.3  控制電路    1.2.4  開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)SRD的特點(diǎn)  1.3  開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別    1.3.1  主電路比較    1.3.2  控制策略比較  1.4  開關(guān)磁阻電動機(jī)技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用場合    1.4.1  開關(guān)磁阻電動機(jī)的外形及安裝尺寸    1.4.2  性能曲線    1.4.3  開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用場合    1.4.4  SRDlO系列開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率  1.5  開關(guān)磁阻電動機(jī)無位置傳感器的CGSM驅(qū)動策略    1.5.1  CGSM原理    1.5.2  CGSM在開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用    1.5.3  應(yīng)用    1.5.4  實(shí)驗(yàn)結(jié)果    1.5.5  啟動  1.6  電動車用開關(guān)磁阻電動機(jī)全工況運(yùn)行方案    1.6.1  SRD的基本分析    1.6.2  SRM全工況運(yùn)行分析    1.6.3  SRM全工況運(yùn)行仿真結(jié)果    1.6.4  SRM全工況運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果分析  1.7  基于DSP的大功率開關(guān)磁阻電動機(jī)全數(shù)字控制系統(tǒng)在礦山絞車上的應(yīng)用    1.7.1  開關(guān)磁阻電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型    1.7.2  電流斬波控制(CCC)    1.7.3  系統(tǒng)主回路    1.7.4  控制器硬件和軟件設(shè)計(jì)    1.7.5  現(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果  1.8  開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)在煤礦上的應(yīng)用    1.8.1  在煤礦中應(yīng)用的幾種調(diào)速方式的比較    1.8.2  開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用實(shí)例    1.8.3  技術(shù)性能和特點(diǎn)    1.8.4  保護(hù)和故障診斷功能    1.8.5  開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的維護(hù)  1.9  開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)在抽油機(jī)上的應(yīng)用    1.9.1  主要特點(diǎn)    1.9.2  現(xiàn)場應(yīng)用及效果分析    1.9.3  問題及對策2  永磁同步電動機(jī)  2.1  永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)及隔磁措施    2.1.1  轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)    2.1.2  隔磁措施  2.2  永磁同步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型  2.3  永磁同步電動機(jī)的變頻調(diào)速    2.3.1  永磁同步電動機(jī)及其運(yùn)行控制方法    2.3.2  永磁同步電動機(jī)的恒壓頻比控制  2.4  永磁同步電動機(jī)空間電壓矢量控制(SVM)      2.4.1  永磁同步電動機(jī)的SVM-DTC控制    2.4.2  調(diào)速方式的比較    2.4.3  永磁同步電動機(jī)變頻調(diào)速在化纖、玻璃行業(yè)中的應(yīng)用  2.5  基于奇異攝動的永磁同步電動機(jī)無位置傳感器控制    2.5.1  PMSM驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型    2.5.2  雙時(shí)間尺度分解    2.5.3  基于雙時(shí)間尺度的位置及速度估計(jì)算法    2.5.4  仿真結(jié)果  2.6  永磁同步電動機(jī)變結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)矩控制及定子磁鏈的觀測    2.6.1  PMSM同步電動機(jī)變結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)矩控制器    2.6.2  數(shù)字化PMSM變結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)    2.6.3  實(shí)驗(yàn)結(jié)果    2.6.4  自適應(yīng)滑模觀測器  2.7  永磁同步電動機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制策略    2.7.1  永磁同步電動機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制基本方案    2.7.2  基于電磁轉(zhuǎn)矩和定子電流直軸分量的直接轉(zhuǎn)矩控制方案    2.7.3  基于電磁轉(zhuǎn)矩和無功轉(zhuǎn)矩的直接轉(zhuǎn)矩控制方案    2.7.4  基于預(yù)測控制算法的直接轉(zhuǎn)矩控制方案  2.8  永磁同步電動機(jī)的弱磁控制策略仿真研究    2.8.1  永磁同步電動機(jī)弱磁擴(kuò)速原理分析    2.8.2  電流控制器的飽和    2.8.3  永磁同步電動機(jī)弱磁控制區(qū)域的確定    2.8.4  基于最小端電壓比的永磁同步電動機(jī)弱磁控制策略    2.8.5  永磁同步電動機(jī)的弱磁控制策略的仿真3  大功率普通同步電動機(jī)  3.1  結(jié)構(gòu)和工作原理  3.2  同步電動機(jī)變頻調(diào)速.  3.3  同步電動機(jī)的控制方式    3.3.1  工作原理    3.3.2  同步轉(zhuǎn)速    3.3.3  運(yùn)行方式  3.4  跟轉(zhuǎn)子勵(lì)磁有關(guān)的兩種同步電動機(jī)  3.5  中高壓變頻器在大功率同步電動機(jī)上的應(yīng)用    3.5.1  同步電動機(jī)的工頻啟動投勵(lì)過程    3.5.2  變頻器驅(qū)動同步電動機(jī)時(shí)的啟動整步過程    3.5.3  電流型變頻器用于大型風(fēng)機(jī)的啟動    3.5.4  同步變頻啟動的工作原理    3.5.5  實(shí)際使用效果  3.6  電壓型PWM變頻裝置在同步電動機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用    3.6.1  同步電動機(jī)適宜變頻調(diào)速的范圍    3.6.2  同步電動機(jī)變頻調(diào)速的特點(diǎn)  3.7  同步電動機(jī)變頻啟動中的典型故障    3.7.1  啟動裝置的基本組成及主要參數(shù)    3.7.2  啟動過程    3.7.3  故障現(xiàn)象及原始處理過程  3.8  負(fù)載換相同步電動機(jī)(可控硅電動機(jī))      3.8.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    3.8.2  工作原理    3.8.3  機(jī)械特性和調(diào)速  3.9  PH系列變頻器在同步電動機(jī)上的應(yīng)用4  直流無刷電動機(jī)  4.1  直流無刷電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理    4.1.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    4.1.2  工作原理    4.1.3  運(yùn)行特性和調(diào)速原理    4.1.4  直流無刷電動機(jī)調(diào)速特性    4.1.5  直流無刷電動機(jī)調(diào)速器技術(shù)參數(shù)  4.2  一種新型永磁雙凸極直流無刷電動機(jī)    4.2.1  DSPM-BLDC電動機(jī)基本運(yùn)行原理    4.2.2  變參數(shù)PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與單斬電流滯環(huán)相結(jié)合的雙閉環(huán)控制    4.2.3 9kW DSPM-BLDC電動機(jī)恒速系統(tǒng)  4.3  直流無刷電動機(jī)EPS系統(tǒng)的控制策略及一種PWM調(diào)制方法    4.3.1  EPS系統(tǒng)概述    4.3.2  EE5系統(tǒng)控制策略    4.3.3  一種低損耗的PWM調(diào)制方法    4.3.4  實(shí)驗(yàn)結(jié)果  4.4  直流無刷電動機(jī)的直接自控制    4.4.1  DSC原理    4.4.2  BLDC-DSC的實(shí)現(xiàn)    4.4.3  仿真及結(jié)果    4.4.4  實(shí)驗(yàn)及結(jié)果  4.5  集中繞組永磁無刷電動機(jī)    4.5.1  永磁無刷電動機(jī)的應(yīng)用    4.5.2  集中繞組永磁無刷電動機(jī)的繞組構(gòu)成    4.5.3  集中繞組永磁無刷電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩分析  4.6  基于DSP的無位置傳感器的直流無刷電動機(jī)控制系統(tǒng)    4.6.1  基于TMS320LF240x芯片方案一    4.6.2  基于MC56F8013芯片方案二  4.7  雷達(dá)伺服系統(tǒng)中直流無刷電動機(jī)換相檢測算法研究    4.7.1  反電勢檢測和預(yù)估結(jié)合算法    4.7.2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果  4.8  開關(guān)電容變換器在直流無刷電動機(jī)驅(qū)動電路中的應(yīng)用    4.8.1  自舉電路工作原理    4.8.2  開關(guān)電容變換器工作原理分析    4.8.3  控制方法    4.8.4  仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果  4.9  縫紉機(jī)用直流無刷電動機(jī)位置伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)    4.9.1  位置伺服系統(tǒng)控制框圖    4.9.2  位置伺服系統(tǒng)的硬件組成    4.9.3  位置伺服系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)    4.9.4  實(shí)驗(yàn)結(jié)果5  步進(jìn)電動機(jī)及其控制  5.1  步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理    5.1.1  步進(jìn)電動機(jī)的工作原理    5.1.2  反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)    5.1.3  永磁式和感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)    5.1.4  步進(jìn)電動機(jī)的特點(diǎn)  5.2  反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的特性    5.2.1  步進(jìn)電動機(jī)的靜態(tài)特性    5.2.2  步進(jìn)電動機(jī)的單步運(yùn)行    5.2.3  步進(jìn)電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行和動特性  5.3  步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制器的構(gòu)成  5.4  步進(jìn)電動機(jī)的功率驅(qū)動電路    5.4.1  單極性驅(qū)動電路    5.4.2  雙極性驅(qū)動電路  5.5  步進(jìn)電動機(jī)的角度細(xì)分控制    5.5.1  角度細(xì)分控制原理    5.5.2  角度細(xì)分控制的電路實(shí)現(xiàn)    5.5.3  細(xì)分控制專用集成電路  5.6  步進(jìn)電動機(jī)的單片機(jī)控制    5.6.1  脈沖分配    5.6.2  步進(jìn)電動機(jī)的速度控制    5.6.3  步進(jìn)電動機(jī)的加減速與定位控制6  直線電動機(jī)  6.1  概述    6.1.1  直線電動機(jī)的原理和分類    6.1.2  直線電動機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展概況  6.2  直線感應(yīng)電動機(jī)    6.2.1  直線感應(yīng)電動機(jī)的主要類型和基本結(jié)構(gòu)    6.2.2  直線感應(yīng)電動機(jī)的基本工作原理    6.2.3  直線感應(yīng)電動機(jī)的工作特性    6.2.4  直線感應(yīng)電動機(jī)的邊緣效應(yīng)  6.3  直線直流電動機(jī)    6.3.1  永磁式直線電流電動機(jī)    6.3.2  電磁式直線直流電動機(jī)  6.4  直線和平面步進(jìn)電動機(jī)    6.4.1  直線步進(jìn)電動機(jī)    6.4.2  平面步進(jìn)電動機(jī)  6.5  直線感應(yīng)電動機(jī)的應(yīng)用    6.5.1  直線感應(yīng)電動機(jī)的應(yīng)用原則    6.5.2  直線感應(yīng)電動機(jī)的應(yīng)用情況7  超聲波電動機(jī)  7.1  超聲波電動機(jī)概述    7.1.1  超聲波電動機(jī)的基本原理    7.1.2  超聲波電動機(jī)的發(fā)展    7.1.3  超聲波電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及其應(yīng)用    7.1.4  超聲波電動機(jī)存在的問題及研究重點(diǎn)  7.2  超聲波電動機(jī)的常見結(jié)構(gòu)與分類    7.2.1  超聲波電動機(jī)的常見結(jié)構(gòu)    7.2.2  超聲波電動機(jī)的分類  7.3  行波型超聲波電動機(jī)的調(diào)速機(jī)理    7.3.1  行波的形成    7.3.2  超聲波電動機(jī)的調(diào)速機(jī)理  7.4  行波型超聲波電動機(jī)的驅(qū)動控制    7.4.1  行波型超聲波電動機(jī)的調(diào)速控制方法    7.4.2  逆變器主回路    7.4.3  頻率跟蹤技術(shù)8  其它型電動機(jī)調(diào)速及應(yīng)用  8.1  繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)調(diào)速控制  8.2  球磨機(jī)的調(diào)整    8.2.1  概況    8.2.2  負(fù)荷特性    8.2.3  選用新型的U形外特性變頻器來實(shí)現(xiàn)節(jié)電    8.2.4  TM系列球磨機(jī)用同步電動機(jī)    8.2.5  陶瓷行業(yè)球磨機(jī)節(jié)能改造  8.3  電磁離合器調(diào)速    8.3.1  電磁離合器概述    8.3.2  電磁離合器的效率    8.3.3  節(jié)電效率估算  8.4  單相電容電動機(jī)調(diào)速    8.4.1  單相電容電動機(jī)的工作原理    8.4.2  單相電容電動機(jī)變頻逆變原理    8.4.3  單相電容電動機(jī)變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)例  8.5  雙異步電動機(jī)組合移相調(diào)速    8.5.1  雙電機(jī)移相調(diào)速的思路    8.5.2  組合移相調(diào)速電路的結(jié)構(gòu)及控制方式    8.5.3  移相變流的調(diào)速原理    8.5.4  移相變流電路的參數(shù)選擇及功率傳輸?shù)姆治? 8.6  變頻器調(diào)速對環(huán)境的影響    8.6.1  對電動機(jī)的影響    8.6.2  對電纜的影響    8.6.3  對于EMC、絕緣、接地的影響    8.6.4  其它的影響參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　開關(guān)磁阻電動機(jī)（Switched Reluctance Motor，SRM）是20世紀(jì)70年代后發(fā)展起來的一種新型電動機(jī)?！　￠_關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（Switched Reluctance Driver，SRD）是以現(xiàn)代電力電子與微機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它由開關(guān)磁阻電動機(jī)（SRM）與微機(jī)智能控制器兩部分組成，其突出特點(diǎn)是效率高，節(jié)能效果好，調(diào)速范圍廣，無啟動沖擊電流，啟動轉(zhuǎn)矩大，控制靈活；此外，還具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固可靠、成本低等優(yōu)點(diǎn)。除可以取代已有的電氣傳動調(diào)速系統(tǒng)（如直流調(diào)速、變頻調(diào)速系統(tǒng)）外，SRD還十分適用于運(yùn)輸車輛驅(qū)動、龍門刨床、各種機(jī)械等需要重載啟動、頻繁啟動、正反轉(zhuǎn)、長期低速運(yùn)行等應(yīng)用場合。　　20世紀(jì)60年代以前，調(diào)速系統(tǒng)以直流機(jī)組為主。20世紀(jì)60年代中期，由晶閘管構(gòu)成的V-M（晶閘管一直流電動機(jī)）系統(tǒng)逐步取代了直流機(jī)組。20世紀(jì)70年代中期，全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)迫使世界各國投入了大量的財(cái)力來研究調(diào)速系統(tǒng)。由于交流異步電動機(jī)技術(shù)比較成熟，人們將研究的重點(diǎn)放到變頻調(diào)速技術(shù)上。到20世紀(jì)90年代初，變頻調(diào)速技術(shù)趨于成熟，占據(jù)了調(diào)速市場的主導(dǎo)地位。　在20世紀(jì)80年代初，SRD在全世界業(yè)界展開大規(guī)模的研究與應(yīng)用，同時(shí)，自1984年起，我國許多單位開展了SRD研究工作。由于SRD是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，傳統(tǒng)的電動機(jī)企業(yè)缺乏電力電子及微機(jī)控制技術(shù)開發(fā)力量，而一些電力電子企業(yè)又不具備SRM設(shè)計(jì)和制造能力，因此，長期以來，我國SRD實(shí)用化工作進(jìn)展緩慢，沒有得到大量的推廣應(yīng)用?！　∥覈?998年就把發(fā)展電動機(jī)調(diào)速節(jié)能和電力電子節(jié)電技術(shù)寫進(jìn)《中華人民共和國節(jié)約能源法》中，用法律形式強(qiáng)制改造電動機(jī)恒速運(yùn)行為調(diào)速方法運(yùn)行。國家發(fā)改委提出的“電動機(jī)系統(tǒng)節(jié)能計(jì)劃”明確提出的目標(biāo)是：提高電動機(jī)15％～20％的效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)電1000億kW·h／年?！　￠_關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)SRD作為新一代調(diào)速產(chǎn)品，具有高效、調(diào)速范圍寬、適用范圍廣、簡單、可靠、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。我國現(xiàn)已成功研制出1.1～90kW系列產(chǎn)品，并于2004年通過國家中小型電動機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的全面性能檢驗(yàn)，用戶反映良好?！　〗?jīng)過20多年的發(fā)展，SRD技術(shù)已基本成熟，相信SRD最終將取代直流調(diào)速、變頻調(diào)速，成為調(diào)速市場的主力軍之一。

編輯推薦

　　本書旨在通過對特種電動機(jī)的構(gòu)造、調(diào)速控制原理及應(yīng)用的介紹，使讀者達(dá)到快速學(xué)習(xí)特種電動機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用的目的。作者查閱了大量的國內(nèi)外關(guān)于特種電動機(jī)調(diào)速控制的論文和書籍，重點(diǎn)選擇了當(dāng)今人們最為關(guān)心的、具有節(jié)能潛質(zhì)的和具有特色的特種電動機(jī)(如開關(guān)磁阻電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)、普通同步電動機(jī)、直流無刷電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、直線電動機(jī)、超聲波電動機(jī))進(jìn)行介紹?！　”緯扔欣碚撜撌觯钟袑?shí)際工程應(yīng)用介紹，具有全面性、系統(tǒng)性、實(shí)用性、可讀性的特點(diǎn)，避免繁瑣的數(shù)學(xué)運(yùn)算和高深的理論，從實(shí)際出發(fā)，深入淺出，涉及的范圍廣，內(nèi)容豐富，特別是有具體的實(shí)例介紹，對于學(xué)習(xí)特種電動機(jī)應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。

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