前言



常用符號表



緒論



第1章  電力傳動控制繫統的基本結構與組成



1.1  電力傳動控制繫統的基本結構和共同問題



1.1.1  電力傳動控制繫統的組成與分類



1.1.2電力傳動控制繫統的共同問題



1.2電動機的主要類型與調速方法



1.2.1直流電動機及其調速方法



1.2.2交流電動機及其調速方法



1.3電力傳動繫統的信號檢測



1.3.1直接檢測方法



1.3.2信號處理



1.3.3頻率和相位的數字檢測



1.4電力傳動控制繫統的控制與分析



1.4.1  電力傳動控制的要求和指標



1.4.2    PID控制器



1.4.3先進控制方法



1.4.4繫統分析和仿真



本章小結



思考題與習題



第2章  電力傳動繫統的電源變換



2.1  電力電子變流器的結構與分類



2.2直流變換器



2.2.1相控整流器



2.2.2直流斬波器



2.2.3   PWM整流器



2.3交流變換器



2.3.1交一直一交變頻器



2.3.2交一交變頻器



2.4電力電子變換器的設計與選型



2.4.1  電力電子變換器的設計




2.4.2電力電子變換器的選型



本章小結



思考題與習題



第3章電力傳動繫統的穩態模型



3.1穩態模型概念和建模方法



3.2直流電動機的數學模型



3.2.1他勵直流電動機的等效電路



3.2.2他勵直流電動機的靜態模型與



特性



3.2.3他勵直流電動機的動態模型



3.3交流異步電動機的數學模型



3.3.1  異步電動機的基本結構與工作



原理



3.3.2異步電動機的穩態等效電路與



靜特性



3.3.3異步電動機的穩態模型



3.4交流同步電動機的穩態模型



3.4.1  同步電動機基本結構與工作



原理



3.4.2  同步電動機的穩態等效電路與



模型



3.5電力電子變換器的穩態模型



本章小結



思考題與習題



第4章直流調速繫統



4.1  開環直流調速繫統的組成與主要



問題



4.1.1開環直流調速繫統的組成



4.1.2開環直流調速繫統的主要問題



4.1.3開環繫統的靜特性計算



4.2轉速閉環直流調速繫統



4.2.1轉速閉環直流調速繫統的組成



4.2.2轉速閉環直流調速繫統的穩態



分析



4.2.3反饋控制閉環直流調速繫統的動態



分析和設計



第5章交流異步電動機的基本控制方法



第6章電力傳動控制繫統的分析與設計



參考文獻

基礎篇前言我編寫的普通高等教育自動化專業規劃教材《電力傳動控制繫統》於2010年出版以來，由於體現了以電力傳動繫統的基本規律和共性問題為主線，利用電機原理、控制理論和電力電子技術等理論與工具，深入探討繫統結構、數學模型和控制策略，分析繫統特性，給出繫統設計方法和仿真試驗結果的編寫理念，在一些高校的使用中獲得一定的好評，但也暴露出一些缺點和不足。



    隨著近年來電力電子與電力傳動技術的飛速發展和廣泛應用，尤其在電氣節能技術、可再生能源與電氣化交通等技術需求下，原有的教材已不能適應時代的要求。為此，出版了這本《電力傳動控制繫統》教材，力圖與時俱進，使教學能跟上技術發展的需要。



    在編寫過程中，考慮到目前各高校都在精簡課程和學時，而原有的教材內容尚顯繁雜艱深，教學和學習難度較大，從選材、內容安排到闡述方法等方面都作了一些新的嘗試。全書分為3篇按兩冊出版，上冊基礎篇重點講解電力傳動控制繫統的基本結構、基礎知識和控制原理。下冊的提高篇將以統一電機模型為基礎，重點介紹交流傳動繫統的高性能控制方法；應用篇著重介紹近年來電力傳動繫統主要的應用領域與典型案例，使全書內容得到擴展和充實，而難點可以分散。



    本書為基礎篇，共有6章，其特點是：



    第1章介紹了電力傳動控制繫統的基本組成和共性問題，包括繫統基本結構與組成，電動機、傳感器和控制器的基本概念及原理，作為全書的引導。



    第2章概要回顧和介紹了電力傳動控制繫統常用的電力電子變換器，重點分析了各種變換電路拓撲和變流控制方法，既可讓學過“電力電子技術”課程的同學復習和鞏固原先的知識，也可使沒有電力電子知識基礎的人學習和掌握電力傳動所需的電能變換技術。



    第3章以穩態等效電路為基礎，集中建立了交、直流電動機的穩態數學模型，並構建了電力傳動繫統各環節的數學模型。避免了初學者學習和掌握交流電機動態建模與坐標變換的困難。



    在前3章的基礎上，第4章專門分析和討論了直流電力拖動繫統的控制，包括繫統控制原理、結構和運行特性等內容。



    第5章探討了基於穩態模型的交流拖動控制繫統，包括異步電動機和同步電動機的基本控制原理、繫統結構和運行特性等內容。為避免初學者在學習矢量控制繫統方面的困難，僅簡要介紹矢量控制的基本思想和方法，不做動態模型和坐標變換的推導，並適當介紹這些繫統的應用場合和實例，以加深同學對學習內容的理解。



    第6章介紹了電力傳動控制繫統的設計方法，從經典設計方法存在的問題出發，論述了具有實用價值的工程設計方法；針對數字控制繫統廣泛應用的需求，探討了采用數字頻域法進行繫統設計，試圖得到與工程設計法相似的設計方法；進而利用MATLAB仿真工具，通過計算機模擬實現繫統設計和仿真，並以繫統舉例，給出一些典型繫統的設計和仿真實驗結果。



    基礎篇比較淺顯易學，可供本科生和專科生學習，特別適合作為少學時的教材。主要內容的教學時數為36～54學時，各學校可根據各自教學大綱的需要選擇內容和安排教學。本書試圖突破傳統的教學模式，按照電力傳動控制繫統的框架結構、數學建模、繫統分析和設計的思路組織課程內容和進行教學。由於與傳統教材有較大差異，建議任課老師可根據教學要求、課程時數和學生程度有所選擇。比如：對於少學時課程，可以選擇第1~5章的主要內容組織教學和學習，第6章電力傳動控制繫統設計建議用於課程設計。在教學中，如果同學已事先學過“電力電子技術”“檢測技術”“計算計控制”等課程，第1、2章中有關內容可以跳過或隻作簡單的回顧，有些電力電子技術的深入內容也可略去不講；在第3章中，主要以直流電動機調壓控制為主，可為學習電力傳動控制繫統的基本結構、控制方法以及繫統分析和設計思路奠定基礎，有些較深入的內容僅供選用；第5章也是以交流異步電動機變壓變頻控制為主，其他調速方法或繫統可根據需要選擇。



    本書由上海海事大學湯天浩教授主編，參加編寫的有上海海事大學謝衛教授。謝衛教授以他在電機理論方面的深厚造詣，編寫了第3章中的電動機建模，並負責電子課件的制作。湯天浩教授編寫了第1～2章和第4～6章，並負責全書的統稿。



    本書的編寫還得到上海海事大學的大力支持，韓金剛博士和研究生瀋揚、陳雯潔等在MATLAB的Simulink仿真平臺，設計和建立了部分繫統的仿真模型並進行了仿真實驗，在此謹向他們的辛勤工作表示感謝。



    本書由上海大學陳伯時教授擔任主審。作為作者的博士生導師和學術領路人，陳教授自始至終關心和指導著本書全過程的編寫，從編寫大綱的擬定到內容的選取以及表述的方式，都提出了許多寶貴意見。特別是有關調節器設計的工程設計法，就是陳教授多年悉心研究和總結的成果，本書幾乎全盤照搬。在審稿過程中，陳教授仔細審閱了書稿，並在許多內容上作了逐字逐句的修改，本人對此表示衷心的感謝。



    由於本人水平有限，本書仍會存在許多缺點和不足，懇請廣大讀者批評指正。



    湯天浩於上海