电动机控制 (2010 年度畅销榜NO.8917 )

全书共12章，主要内容包括电力传动计算基础、直流电动机的闭环调速系统、电动机变频调速的原理、变频器的基本功能和合理使用、异步电动机的数学模型和高性能变频调速、同步电动机和无刷电动机的控制方法，以及电动机控制系统的数字仿真等。全书以直流电动机的控制为基础，以交流电动机变频调速为主线，着重介绍电力传动与控制的基础知识，探讨电动机的转速、电流、电压、磁通（链）、转矩等的控制策略，同时适当介绍较为深入的最新研究成果。每章的作业中适当引人一些工程应用类型题，供读者深入探讨某些问题。\r\n\r\n 本书可作为电气工程及其自动化专业和相关专业在职人员进行继续教育的教材，也可作为工程技术人员进行电力传动和控制系统设计、安装调试的参考书。 \r\n\r\n \r\n
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序 \r\n\r\n 前言 \r\n\r\n 第1章 电力传动计算基础 \r\n\r\n 1. 1 直线运动 \r\n\r\n 1. 1. 1 距离. 速度. 加速度. 力和质量 \r\n\r\n 1. 1. 2 质量和重量, \r\n\r\n 1. 1. 3 直线运动的功. 功率. 动能 \r\n\r\n 1. 2 旋转运动 \r\n\r\n 1. 2. 1 转矩. 角速度 \r\n\r\n 1. 2. 2 转动惯量. 飞轮矩GD2和运动方程 \r\n\r\n 1. 2. 3 旋转运动的功. 功率和动能 \r\n\r\n 1. 2. 4 GD2的折算及惯性系数 \r\n\r\n 1. 3 电动机所需输出功率的计算基础 \r\n\r\n 1. 3. 1 由力和速度确定输出功率 \r\n\r\n 1. 3. 2 由转矩和角速度确定输出功率 \r\n\r\n 1. 3. 3 输送流体的功率 \r\n\r\n 1. 3. 4 动力传动装置的效率 \r\n\r\n 1. 4 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第2章 电动机的启动与制动 \r\n\r\n 2. 1 电机的发展 \r\n\r\n 2. 2 电动机的转速转矩特性 \r\n\r\n 2. 3 负载的转速转矩特性和稳定运行 \r\n\r\n 2. 4 加速时间 \r\n\r\n 2. 4. 1 转速与时间的关系 \r\n\r\n 2. 4. 2 异步电动机的加速时间 \r\n\r\n 2. 4. 3 直流电动机的加速时间 \r\n\r\n 2. 5 启动电阻的计算 \r\n\r\n 2. 5. 1 电阻值和启动档数 \r\n\r\n 2. 5. 2 串电阻启动的启动时间 \r\n\r\n 2. 6 各种电动机的启动方法 \r\n\r\n 2. 6. 1 笼式异步电动机的启动方法 \r\n\r\n 2. 6. 2 绕线式异步电动机的启动 \r\n\r\n 2. 6. 3 直流电动机的启动 \r\n\r\n 2. 6. 4 同步电动机的启动 \r\n\r\n 2. 7 制动 \r\n\r\n 2. 7. 1 制动的分类 \r\n\r\n 2. 7. 2 制动时间 \r\n\r\n 2. 7. 3 制动机构所产生的损耗 \r\n\r\n 2. 8 正转. 反转. 拖动转矩. 制动转矩的表示方法 \r\n\r\n 2. 9 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第3章 电动机控制基础 \r\n\r\n 3. 1 电力传动与电动机调速 \r\n\r\n 3. 2 异步电动机调速的基础知识 \r\n\r\n 3. 2. 1 异步电动机的基本原理 \r\n\r\n 3. 2. 2 异步电动机的等值电路 \r\n\r\n 3. 2. 3 电力半导体器件 \r\n\r\n 3. 2. 4 变频器的种类 \r\n\r\n 3. 2. 5 PWM控制技术 \r\n\r\n 3. 2. 6 调速系统的性能指标 \r\n\r\n 3. 3 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第4章 直流电动机调速系统 \r\n\r\n 4. 1 直流他励电动机的基本原理和机械特性 \r\n\r\n 4. 2 斩波器-直流电动机系统的控制 \r\n\r\n 4. 2. 1 用于传动的直流斩波器的基本电路 \r\n\r\n 4. 2. 2 混合式斩波器系统运行分析 \r\n\r\n 4. 3 相控整流器-直流电动机的调速性能 \r\n\r\n 4. 3. 1 开环机械特性 \r\n\r\n 4. 3. 2 单闭环调速系统的性能分析 \r\n\r\n 4. 3. 3 单闭环有静差直流控制系统的其他形式 \r\n\r\n 4. 3. 4 闭环调速系统的性能分析 \r\n\r\n 4. 3. 5 闭环调速系统的设计 \r\n\r\n 4. 4 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第5章 异步电动机调速的基本方法 \r\n\r\n 5. 1 异步电动机的速度控制方法 \r\n\r\n 5. 1. 1 变极调速 \r\n\r\n 5. 1. 2 定予调压调速 \r\n\r\n 5. 1. 3 转子串电阻调速 \r\n\r\n 5. 1. 4 串级调速 \r\n\r\n 5. 1. 5 电磁转差离合器调速 \r\n\r\n 5. 1. 6 变频调速 \r\n\r\n 5. 2 异步电动机非正弦供电时的运行特性 \r\n\r\n 5. 2. 1 异步电动机的谐波磁场 \r\n\r\n 5. 2. 2 异步电动机的谐波电流 \r\n\r\n 5. 2. 3 异步电动机的谐波转矩 \r\n\r\n 5. 2. 4 谐波电流引起的损耗 \r\n\r\n 5. 2. 5 异步电动机特性的测量 \r\n\r\n 5. 3 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第6章 异步电动机的变压变频调速 \r\n\r\n 6. 1 异步电动机变频调速的控制方式 \r\n\r\n 6. 1. 1 保持U／f恒定 \r\n\r\n 6. 1. 2 保持输出转矩为常数(恒转矩调速) \r\n\r\n 6. 1. 3 保持输出功率为常数(恒功率调速) \r\n\r\n 6. 1. 4 矢量控制 \r\n\r\n 6. 2 电压型变频器-异步电动机系统的VF比恒定控制 \r\n\r\n 6. 2. 1 系统构成 \r\n\r\n 6. 2. 2 基本性能分析 \r\n\r\n 6. 2. 3 VF比恒定控制运行中的不稳定现象 \r\n\r\n 6. 2. 4 回馈制动方式 \r\n\r\n 6. 3 异步电动机的转差频率控制 \r\n\r\n 6. 3. 1 转差频率控制的基本原理 \r\n\r\n 6. 3. 2 转差频率控制的系统构成 \r\n\r\n 6. 3. 3 系统性能分析 \r\n\r\n 6. 4 异步电动机的磁链轨迹控制 \r\n\r\n 6. 4. 1 PWM逆变器输出电压的矢量表示 \r\n\r\n 6. 4. 2 磁链轨迹控制 \r\n\r\n 6. 5 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第7章 通用变频器的基本性能和合理使用 \r\n\r\n 7. 1 通用变频器的发展 \r\n\r\n 7. 1. 1 中小容量变频器 \r\n\r\n 7. 1. 2 大容量变频调速 \r\n\r\n 7. 1. 3 特殊用途的交流驱动调速 \r\n\r\n 7. 1. 4 无速度传感器矢量控制调速系统 \r\n\r\n 7. 2 通用变频器的基本运行方式 \r\n\r\n 7. 2. 1 通用变频器的操作和显示 \r\n\r\n 7. 2. 2 通用变频器的基本运行方式 \r\n\r\n 7. 3 变频器的功能及合理使用 \r\n\r\n 7. 3. 1 U／f类型的选择 \r\n\r\n 7. 3. 2 启动转矩的调整 \r\n\r\n 7. 3. 3 加速. 减速时间的设定 \r\n\r\n 7. 3. 4 参数自动调整 \r\n\r\n 7. 3. 5 频率跨跳 \r\n\r\n 7. 3. 6 制动电阻的选择 \r\n\r\n 7. 3. 7 电子热继电器保护设定 \r\n\r\n 7. 3. 8 直流制动 \r\n\r\n 7. 3. 9 变频器和商用电源的切换 \r\n\r\n 7. 3. 10 变频器的保护 \r\n\r\n 7. 4 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第8章 高性能异步电动机变频调速系统 \r\n\r\n 8. 1 异步电动机的矢量控制 \r\n\r\n 8. 1. 1 异步电动机的动态数学模型 \r\n\r\n 8. 1. 2 矢量控制理论 \r\n\r\n 8. 1. 3 转子磁场定向矢量控制系统的构成 \r\n\r\n 8. 2 提高系统响应速度的技术 \r\n\r\n 8. 2. 1 影响响应速度的因素 \r\n\r\n 8. 2. 2 提高系统响应速度的方法 \r\n\r\n 8. 3 无速度传感器矢量控制 \r\n\r\n 8. 3. 1 速度的辨识方法 \r\n\r\n 8. 3. 2 磁链的观测 \r\n\r\n 8. 4 异步电动机控制系统的参数自整定 \r\n\r\n 8. 4. 1 异步电动机控制系统参数自整定的目的 \r\n\r\n 8. 4. 2 异步电动机参数自整定的分类 \r\n\r\n 8. 4. 3 异步电动机控制系统参数自整定的原理 \r\n\r\n 8. 5 电流控制策略 \r\n\r\n 8. 5. 1 非线性开关电流控制器 \r\n\r\n 8. 5. 2 线性控制器 \r\n\r\n 8. 5. 3 预测控制器 \r\n\r\n 8. 6 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第9章 绕线式异步电动机的串级调速 \r\n\r\n 9. 1 绕线式异步电动机串级调速的原理 \r\n\r\n 9. 1. 1 绕线式异步电动机转子串电势调速的基本方程式 \r\n\r\n 9. 1. 2 串级调速系统的功率流动 \r\n\r\n 9. 2 串级调速的实现方法 \r\n\r\n 9. 2. 1 恒功率型串级调速 \r\n\r\n 9. 2. 2 恒转矩型串级调速 \r\n\r\n 9. 2. 3 晶闸管静止型串级调速 \r\n\r\n 9. 3 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第10章 同步电动机的变频调速 \r\n\r\n 10. 1 同步电动机的类型 \r\n\r\n 10. 1. 1 隐极式同步电动机 \r\n\r\n 10. 1. 2 凸极式同步电动机 \r\n\r\n 10. 1. 3 永磁同步电动机 \r\n\r\n 10. 1. 4 反应式同步电动机 \r\n\r\n 10. 2 同步电动机的稳态运行 \r\n\r\n 10. 2. 1 隐极式同步电动机 \r\n\r\n 10. 2. 2 凸极式同步电动机 \r\n\r\n 10. 2. 3 永磁同步电动机 \r\n\r\n 10. 2. 4 反应式同步电动机 \r\n\r\n 10. 3 变频调速运行 \r\n\r\n 10. 4 同步电动机的控制原理 \r\n\r\n 10. 4. 1 同步电动机使用电压型变频器的开环控制 \r\n\r\n 10. 4. 2 自控式同步电动机 \r\n\r\n 10. 5 永磁同步电动机的伺服控制 \r\n\r\n 10. 5. 1 PWM变频器同步电动机的驱动 \r\n\r\n 10. 5. 2 永磁同步电动机的性能分析 \r\n\r\n 10. 5. 3 自控式同步电动机的转矩角控制 \r\n\r\n 10. 5. 4 电流追踪型永磁同步电动机驱动系统 \r\n\r\n 10. 5. 5 永磁同步电动机的磁场定向控制 \r\n\r\n 10. 6 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第11章 小型无刷电动机的调速 \r\n\r\n 11. 1 无刷直流电动机的调速系统 \r\n\r\n 11. 1. 1 三相半波无刷直流电动机 \r\n\r\n 11. 1. 2 三相全波无刷直流电动机 \r\n\r\n 11. 1. 3 三相正弦无刷直流电动机 \r\n\r\n 11. 1. 4 位置传感器 \r\n\r\n 11. 1. 5 驱动性能和控制原理 \r\n\r\n 11. 2 步进电动机的速度控制 \r\n\r\n 11. 2. 1 变磁阻步进电动机 \r\n\r\n 11. 2. 2 永磁步进电动机 \r\n\r\n 11. 2. 3 混合式步进电动机 \r\n\r\n 11. 2. 4 驱动电路 \r\n\r\n 11. 3 开关磁阻电动机的速度控制 \r\n\r\n 11. 3. 1 功率变换电路 \r\n\r\n 11. 3. 2 开关磁阻电动机的转矩产生机理 \r\n\r\n 11. 4 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 第12章 电动机控制系统的数字仿真 \r\n\r\n 12. 1 概述 \r\n\r\n 12. 2 面向微分方程的数字仿真 \r\n\r\n 12. 2. 1 一阶线性常微分方程 \r\n\r\n 12. 2. 2 欧拉法 \r\n\r\n 12. 2. 3 龙格-库塔法 \r\n\r\n 12. 3 面向结构图的数字仿真 \r\n\r\n 12. 3. 1 线性系统的数字仿真 \r\n\r\n 12. 3. 2 连续系统离散相似法数字仿真 \r\n\r\n 12. 4 电动机控制系统的仿真 \r\n\r\n 12. 4. 1 双闭环直流调速系统的数字仿真 \r\n\r\n 12. 4. 2 电压型变频器-异步电动机调速系统的数字仿真 \r\n\r\n 12. 5 控制系统仿真软件SIMULINK简介 \r\n\r\n 12. 5. 1 系统构成 \r\n\r\n 12. 5. 2 计算顺序 \r\n\r\n 12. 6 小结 \r\n\r\n 计算与思考 \r\n\r\n 参考文献 \r\n
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"电气工程"一词源自英文的"Electrical Engineering". 在汉语中, "电工程"念起来不顺口, 因而便有"电机工程". "电气工程". "电力工程"或"电工"这样的名称. 20世纪60年代以前多用"电机工程"这个词. 现在国家学科目录上已经先后使用"电工"和"电气工程"作为一级学科名称.

大致是第二次世界大战之后出现了"电子工程"(Electronic Engineering)这个词. 之后, 随着科学技术的迅速发展, 从原来的"电(机)工程"范畴里先后分出去了"无线电电子学(电子工程)". "自动控制(自动化)"等专业, "电(机)工程"的含义变窄了. 虽然"电(机. 气)工程"的专业含义缩小到"电力工程"和"电工制造"的范围, 但是科学技术的发展使得学科之间的交叉. 融合更加密切, 学科之间的界限更加模糊. "你中有我, 我中有你"是当今学科或专业的重要特点. 因此, 虽然高等院校"电气工程"专业的教学主要定位于培养与电能的生产. 输送. 应用. 测量. 控制等相关科学和工程技术的专业人才, 但是教学内容却应该有更宽广的范围.

清华大学电机系在1932年建系时, 课程设置基本上仿效美国麻省理工学院电机工程学系的模式. 一年级学习工学院的共同必修课, 如普通物理. 微积分. 英文. 国文. 画法几何. 工程画. 经济学概论等课程, 二年级学习电工原理. 电磁测量. 静动力学. 机件学. 热机学. 金工实习. 微分方程及化学等课程, 从三年级开始专业分组, 电力组除继续学习电工原理. 电工实验. 测量外, 还学习交流电路. 交流电机. 电照学. 工程材料. 热力工程. 电力传输. 配电工程. 发电所. 电机设计与制造以及动力厂设计等选修课程. 西南联大时期加强了数学课程, 更新了电工原理教材, 增加了电磁学. 应用电子学等主干课程和电声学. 运算微积分等选修课程. 抗战胜利之后又增设了一批如电子学及其实验, 开关设备. 电工材料. 高压工程. 电工数学. 对称分量. 汞弧整流器等选修课程.

1952年院系调整之后, 开始了学习前苏联教育模式的教学改革. 电机系以莫斯科动力学院和列宁格勒工业大学为模式, 按专业制定和修改教学计划及教学大纲. 这段时期教学计划比较注重数学. 物理. 化学等基础课, 注重电工基础. 电机学. 工业电子学. 调节原理等技术基础课, 同时还加强了实践环节, 包括实验. 实习和"真刀真枪"的毕业设计等. 但是这个时期存在专业划分过细, 工科内容过重等问题.

改革开放之后, 教学改革进入一个新的时期. 为了适应科学技术的发展和人才市场从计划分配到自主择业转变的需要, 清华大学电机系在20世纪80年代末把原来的电力系统及其自动化. 高电压与绝缘技术. 电机及其控制等专业合并成"宽口径"的"电气工程及其自动化"专业, 并且开始了更深刻的课程体系的改革. 首先, 技术基础课的课程设置和内容得到大大的拓展. 不但像电工基础. 电子学. 电机学这些传统的技术基础课的教学内容得到更新, 课时有所压缩, 而且像计算机系列课. 控制理论. 信号与系统等信息科学的基础课程以及电力电子技术系列课已经规定为本专业必修课程. 此外, 网络和通信基础. 数字信号处理. 现代电磁测量等也列入了选修课程. 其次, 专业课程设置分为专业基础课和专业课两类, 初步完成了从"拼盘"到"重组"的改革, 覆盖了比原先3个专业更宽广的领域. 电力系统分析. 高电压工程和电力传动与控制等成为专业基础课, 另外, 在专业课之外还有一组以扩大专业知识面和介绍新技术. 新进展为主的任选课程.

虽然在电气工程学科基础上新产生的一些研究方向先后形成独立的学科或专业, 但是曾经作为第三次工业革命三大动力之一的电气工程, 其内涵和外延都会随着科学技术和社会经济的发展而发展. 大功率电力电子器件. 高温超导线材. 大规模互联电网. 混沌动力学. 生物电磁学等新事物的出现和发展等, 正在为电气工程学科的发展开辟新的空间. 教学计划既要有相对的稳定, 又要与时俱进. 不断有所改革. 相比之下, 教材的建设往往相对滞后. 因此, 清华大学电机系决定分批出版电气工程系列教材, 这些教材既反映近10多年来广大教师积极进行教学改革已经取得的丰硕成果, 也表明我们在教材建设上还要不断努力, 为本专业和相关专业的教学提供优秀教材和教学参考书的决心.

这是一套关于电气工程学科的基本理论和应用技术的高等学校教材. 主要读者对象为电气工程专业的本科生. 研究生以及在本专业领域工作的科学工作者和工程技术人员. 欢迎广大读者提出宝贵意见.

清华大学电气工程系列教材编委会

2003年8月于清华园

随着电力电子技术. 微电子技术及现代控制理论的发展, 以电动机速度控制为中心的电动机控制系统已经得到广泛应用. 在各个工业部门及日常生活中, 电动机控制系统展示了高效率的驱动性能. 良好的控制特性.

为了适应传统学科改造的需要, 使学生在学习完电机学. 电力电子技术. 自动控制原理等专业基础课之后, 能够结合电动机控制系统, 学会分析电动机的转速. 转矩. 电压. 电流. 磁链等的控制策略和方法, 我们曾编写了变频器和电动机控制讲义, 作为本科生"电力传动与控制"课程的教材. 为适应近两年推行的减少学时. 增加学生实践能力的教学改革, 结合这几年的教学实践, 再次进行集中修订. 其中卢海惟编写第3. 5章, 黄立培编写其余章, 并负责全书的整理工作.

全书以直流电动机的控制为基础, 以交流电动机变频调速为主线, 着重介绍电力传动与控制的基础知识, 同时适当介绍较为深入的最新研究成果, 以负反馈控制为基本控制策略, 按照不同控制对象介绍控制系统的构成及其控制效果, 使用数学方程式(时域. 频域). 结构图. 相量图等不同类型的数学模型, 分析电机控制系统的基本工作原理与性能, 注重物理过程分析, 亦关注必要的定量计算. 全书包括电力传动计算基础. 直流电动机调速系统. 电动机变频调速的原理. 变频器的基本功能和合理使用. 高性能变频调速. 各种电动机的控制方法, 以及电动机控制系统的数字仿真等. 每章的作业中适当引入一些工程应用类型题, 供读者深入探讨某些问题.

本书可以作为高等院校电气工程及其自动化专业的教材和相关专业在职人员进行继续教育的教材, 亦可作为工程技术人员进行电力传动和控制系统设计. 安装调试的参考书.

由于水平所限, 书中一定有错误之处, 希望读者给以批评指正.

编 者

2003年4月于北京清华园

无封面