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绪论1

0.1电机及电力拖动系统概述1

0.2交直流调速控制系统概述2

0.3本课程的任务5

第1章 直流电机6

1.1直流电机的工作原理和结构6

1.1.1直流电机的工作原理6

1.1.2直流电机的主要结构8

1.2直流电机的铭牌数据及主要系列11

1.2.1直流电机的铭牌数据11

1.2.2直流电机系列12

1.3直流电机的电枢绕组12

1.3.1直流电机电枢绕组的一般介绍12

1.3.2直流电机电枢绕组的基本形式15

1.4直流电机的磁场19

1.4.1直流电机的空载磁场19

1.4.2直流电机负载时的磁场及电枢反应20

1.5直流电机的电磁转矩和电枢电动势22

1.5.1直流电机的电枢电动势22

1.5.2直流电机的电磁转矩23

1.6直流电机的换向23

1.6.1换向概述23

1.6.2换向的电磁理论24

1.6.3改善换向的方法26

1.6.4防止环火与补偿绕组26

1.7直流电动机28

1.7.1直流电动机按励磁方式分类28

1.7.2直流电动机的基本方程式28

1.7.3他励（并励）直流电动机的工作特性29

1.7.4串励直流电动机的工作特性31

1.7.5复励直流电动机的工作特性32

1.7.6直流电动机的适用范围33

1.8直流发电机33

1.8.1直流发电机的励磁方式33

1.8.2直流发电机的基本方程式34

1.8.3他励直流发电机的特性35

1.8.4并励直流发电机38

1.8.5复励直流发电机40

本章小结40

习题41

第2章 直流电动机的电力拖动43

2.1电力拖动系统的动力学基础43

2.1.1电力拖动系统的组成43

2.1.2电力拖动系统的运动方程式43

2.1.3多轴拖动系统的折算44

2.2负载的转矩特性49

2.3他励直流电动机的机械特性51

2.3.1他励直流电动机的机械特性方程51

2.3.2他励直流电动机的机械特性曲线52

2.3.3电力拖动系统稳定运行条件56

2.4他励直流电动机的起动57

2.4.1对起动的要求57

2.4.2电枢回路串电阻起动58

2.4.3减压起动61

2.5他励直流电动机的制动61

2.5.1能耗制动61

2.5.2反接制动63

2.5.3回馈制动（再生制动）65

2.5.4他励直流电动机的四象限运行67

2.6他励直流电动机的调速67

2.6.1调速指标67

2.6.2他励直流电动机的调速方法69

2.7直流调速方式与负载的配合74

2.7.1电动机的容许输出与充分利用74

2.7.2他励直流电动机的调速方式74

2.7.3负载类型与电动机调速方式的匹配75

2.8串励和复励直流电动机的电力拖动77

2.8.1串励直流电动机的电力拖动77

2.8.2复励直流电动机的电力拖动81

2.9电力拖动系统的过渡过程82

2.9.1过渡过程概念82

2.9.2电力拖动系统动态分析82

本章小结85

习题86

第3章 直流电动机调速控制系统88

3.1直流调速系统的组成及数学模型88

3.1.1直流调速系统的组成88

3.1.2可控直流电源88

3.1.3直流调速系统及数学模型91

3.2调速系统的控制要求和开环直流调速系统99

3.2.1调速系统的控制要求99

3.2.2开环直流调速系统的特性及存在的问题99

3.3转速负反馈单闭环直流调速系统101

3.3.1单闭环直流调速系统的组成及静特性101

3.3.2单闭环直流调速系统稳态参数的计算106

3.3.3单闭环直流调速系统的动态分析107

3.4无静差直流调速系统和积分控制规律110

3.4.1比例调节器的特性110

3.4.2比例积分调节器的特性110

3.4.3无静差直流调速系统及其稳态参数计算113

3.5单闭环直流调速系统的限流保护114

3.5.1电流截止负反馈114

3.5.2带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统116

3.6转速电流双闭环直流调速系统117

3.6.1双闭环直流调速系统的组成及静特性117

3.6.2双闭环直流调速系统的数学模型120

3.6.3双闭环直流调速系统的起动过程121

3.6.4双闭环直流调速系统的动态抗扰性能122

3.7调速器的工程设计方法123

3.7.1工程设计方法的基本思路123

3.7.2典型系统及其参数与性能指标的关系124

3.7.3工程设计中的近似处理133

3.8转速电流双闭环直流调速系统的设计137

3.8.1电流调节器的设计138

3.8.2转速调节器的设计141

3.9弱磁控制的直流调速系统147

3.9.1变压与弱磁的配合控制147

3.9.2励磁电流的闭环控制147

3.10可逆直流调速控制系统149

3.10.1 PWM可逆直流调速控制系统149

3.10.2 V-M可逆直流调速控制系统150

3.11直流调速系统与仿真154

3.11.1开环直流调速系统的仿真155

3.11.2有静差转速负反馈直流调速系统的建模与仿真156

3.11.3单闭环无静差转速负反馈直流调速系统的建模与仿真157

3.11.4电流截止负反馈直流调速系统的建模与仿真158

3.11.5转速电流双闭环直流调速系统的建模与仿真159

本章小结161

习题161

第4章 三相异步电动机165

4.1三相异步电动机的工作原理和基本结构165

4.1.1三相异步电动机的工作原理165

4.1.2三相异步电动机的基本结构166

4.1.3三相异步电动机的铭牌数据及主要系列167

4.2三相交流电机的定子绕组169

4.2.1三相交流绕组的基本要求和分类169

4.2.2单层绕组170

4.2.3双层叠绕组174

4.3绕组的感应电动势176

4.3.1线圈的感应电动势176

4.3.2线圈组的电动势178

4.3.3相电动势178

4.3.4短距因数与分布因数179

4.4绕组的磁动势179

4.4.1单相绕组的磁动势——脉振磁动势179

4.4.2三相绕组的磁动势——旋转磁动势183

4.5三相异步电动机的空载运行187

4.5.1空载运行时的电磁关系187

4.5.2空载运行时的定子电压平衡关系188

4.6三相异步电动机的负载运行189

4.6.1负载运行时的物理情况189

4.6.2异步电动机的等效电路及相量图191

4.7三相异步电动机的功率和电磁转矩194

4.7.1功率转换过程和功率平衡方程式194

4.7.2转矩平衡方程式195

4.7.3电磁转矩公式196

4.8三相异步电动机的工作特性197

本章小结198

习题199

第5章 三相异步电动机的电力拖动基础201

5.1三相异步电动机的机械特性201

5.1.1三相异步电动机的机械特性表达式201

5.1.2三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性203

5.2三相异步电动机的起动207

5.2.1三相异步电动机的起动性能分析207

5.2.2三相异步电动机的起动方法207

5.3三相异步电动机的制动219

5.3.1三相异步电动机的能耗制动219

5.3.2三相异步电动机的反接制动221

5.3.3三相异步电动机的回馈制动223

5.4三相异步电动机的调速225

5.4.1转差功率消耗型异步电动机调速方法225

5.4.2转差功率回馈型异步电动机调速方法——串级调速227

5.4.3转差功率不变型异步电动机调速方法229

本章小结234

习题234

第6章 异步电动机调速控制系统237

6.1变压变频调速的基础知识237

6.1.1电压频率协调控制时的机械特性237

6.1.2交-直-交变压变频器240

6.2变压变频脉宽调制（PWM）技术243

6.2.1正弦波脉宽调制（SPWM）控制技术244

6.2.2电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术246

6.2.3电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术247

6.3基于异步电动机稳态模型的变压变频调速253

6.3.1转速开环变压变频调速系统254

6.3.2转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统256

6.4异步电动机的动态数学模型和坐标变换259

6.4.1异步电动机的动态数学模型259

6.4.2坐标变换和变换矩阵264

6.5异步电动机在两相坐标系上的动态数学模型268

6.5.1异步电动机在两相任意旋转坐标系（dq坐标系）上的数学模型268

6.5.2异步电动机在两相静止坐标系（αβ坐标系）上的数学模型270

6.5.3异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型271

6.5.4异步电动机在两相坐标系上的状态方程271

6.6异步电动机矢量控制变频调速系统274

6.6.1矢量控制系统的基本思路和转子磁链模型274

6.6.2转速磁链闭环的矢量控制系统——直接矢量控制系统280

6.6.3磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制系统281

6.6.4矢量控制系统的特点与存在的问题283

6.7异步电动机直接转矩控制变频调速系统283

6.7.1直接转矩控制的实质283

6.7.2定子电压矢量对磁链和转矩的调节作用284

6.7.3异步电动机直接转矩控制系统285

6.8三相异步电动机调速系统的仿真288

6.8.1三相异步电动机直接起动情况下的仿真288

6.8.2三相异步电动机开环VVVF系统的仿真289

6.8.3矢量控制系统的仿真292

6.8.4直接转矩控制仿真分析297

6.9电力拖动控制系统应用300

6.9.1变频恒压供水系统300

6.9.2多电动机同步调速系统301

6.9.3卷绕机械恒张力控制302

本章小结303

习题303

第7章 电力拖动系统电动机的选择305

7.1拖动系统选择电动机的原则305

7.2电动机的发热与冷却305

7.2.1电动机的发热305

7.2.2电动机的冷却307

7.3电动机的工作制307

7.4电动机负载功率的计算和额定功率的选择309

7.4.1电动机额定功率选择的步骤309

7.4.2负载功率的计算309

7.4.3电动机额定功率的选择310

7.5电动机种类、结构的选择316

7.5.1电动机种类的选择316

7.5.2电动机结构型式的选择317

本章小结317

习题317

参考文献319