交流調(diào)速系統(tǒng)（第3版）

第1章 緒論

1.1 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和應用

1.2 交流調(diào)速系統(tǒng)的基本類型

1.2.1 異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的基本類型

1.2.2 同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的基本類型

1.3 現(xiàn)代交流調(diào)速的技術(shù)基礎

第2章 異步電動機轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)

2.1 異步電動機恒頻變壓調(diào)速系統(tǒng)

2.1.1 異步電動機恒頻變壓調(diào)速電路

2.1.2 異步電動機改變電壓時的機械特性

2.1.3 閉環(huán)控制的恒頻變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性

2.2 異步電動機恒頻變壓調(diào)速時的轉(zhuǎn)差功率損耗分析

2.3 變壓控制在軟起動器和輕載減壓節(jié)能運行中的應用

2.3.1 輕載減壓節(jié)能運行

2.3.2 軟起動器

第3章 異步電動機變壓變頻調(diào)速原理

按穩(wěn)態(tài)模型控制的轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)

3.1 異步電動機變壓變頻調(diào)速的基本控制方式

3.1.1 基頻以下調(diào)速

3.1.2 基頻以上調(diào)速

3.2 異步電動機電壓"para" label-module="para">

3.2.1 異步電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路和感應電動勢

3.2.2 恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性

3.2.3 基頻以下電壓"para" label-module="para">

3.2.4 基頻以上恒壓變頻控制時的機械特性

3.3 籠型異步電動機恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)

3.3.1 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成

3.3.2 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)的控制作用

3.4 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

3.4.1 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念

3.4.2 基于異步電動機穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律

3.4.3 轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

第4章 靜止式變壓變頻器和PWM控制技術(shù)

4.1 靜止式變壓變頻器的主要類型

4.1.1 交直交和交交變壓變頻器

4.1.2 電壓源型和電流源型逆變器

4.1.3 180°導通型和120°導通型逆變器

4.2 六拍交直交變頻器輸出電壓的諧波分析

4.2.1 諧波分析

4.2.2 變頻器輸出諧波對異步電動機工作的影響

4.3 正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）控制技術(shù)

4.3.1 基本思想

4.3.2 正弦波脈寬調(diào)制原理

4.3.3 SPWM波的基波電壓

4.3.4 脈寬調(diào)制的制約條件

4.3.5 同步調(diào)制與異步調(diào)制

4.3.6 SPWM波的實現(xiàn)

4.3.7 SPWM變壓變頻器的輸出諧波分析

4.4 消除指定次數(shù)諧波的PWM（SHEPWM）控制技術(shù)

4.5 電流滯環(huán)跟蹤PWM（CHBPWM）控制技術(shù)

4.6 電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)

4.6.1 電壓空間矢量

4.6.2 電壓空間矢量與磁鏈空間矢量的關(guān)系

4.6.3 六拍階梯波逆變器供電時異步電動機的基本電壓矢量

4.6.4 六拍階梯波逆變器供電時異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

4.6.5 期望電壓空間矢量的形成

4.6.6 SVPWM的實現(xiàn)方法

4.6.7 SVPWM控制時的電動機定子磁鏈

4.6.8 SVPWM控制時逆變器的輸出電壓

4.7 橋臂器件開關(guān)死區(qū)對PWM變壓變頻器工作的影響

4.7.1 死區(qū)及其對變壓變頻器輸出波形的影響

4.7.2 死區(qū)對變壓變頻器輸出電壓的影響

第5章 中壓大功率變頻技術(shù)

5.1 中壓大功率變頻技術(shù)的各種方案

5.2 三電平逆變器

5.2.1 工作原理

5.2.2 中性點箝位型逆變器工作狀態(tài)的切換

5.2.3 中性點箝位型逆變器的輸出電壓波形

5.2.4 中性點箝位型逆變器的特點

5.2.5 三電平逆變器的控制策略

5.3 單元串聯(lián)式多電平PWM變頻器

5.3.1 單元串聯(lián)式多電平變頻器的工作原理

5.3.2 變頻器整流電路的多重化連接

5.3.3 多電平移相式PWM控制

第6章 異步電動機的動態(tài)數(shù)學模型和坐標變換

6.1 異步電動機動態(tài)數(shù)學模型的性質(zhì)

6.2 三相異步電動機的多變量非線性動態(tài)數(shù)學模型

6.2.1 電壓方程式

6.2.2 磁鏈方程式

6.2.3 轉(zhuǎn)矩方程式

6.2.4 電氣傳動系統(tǒng)的運動方程式

6.2.5 三相異步電動機的動態(tài)數(shù)學模型

6.3 坐標變換和變換矩陣

6.3.1 坐標變換的原則和基本思路

6.3.2 三相兩相變換（3/2變換）

6.3.3 兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換）

6.3.4 直角坐標極坐標變換（K/P變換）

6.4 三相異步電動機在兩相正交坐標系上的動態(tài)數(shù)學模型

6.4.1 異步電動機在靜止兩相正交坐標系（αβ坐標系）上的動態(tài)數(shù)學模型

6.4.2 異步電動機在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系（dq坐標系）上的動態(tài)數(shù)學模型

6.5 三相異步電動機在兩相坐標系上的狀態(tài)方程式

6.5.1 ωψris狀態(tài)方程式

6.5.2 ωψsis狀態(tài)方程式

第7章 異步電動機動態(tài)模型控制的高性能調(diào)速

7.1 矢量控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和基本思路

7.2 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程式及其解耦控制

7.3 轉(zhuǎn)子磁鏈模型

7.3.1 計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型

7.3.2 計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型

7.3.3 電壓模型與電流模型的選擇和切換

7.4 轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)——直接矢量控制系統(tǒng)

7.4.1 帶磁鏈除法環(huán)節(jié)和電流內(nèi)環(huán)的直接矢量控制系統(tǒng)

7.4.2 帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的直接矢量控制系統(tǒng)

7.5 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接矢量控制系統(tǒng)

7.6 異步電動機按定子磁鏈砰"_blank" href="/item/直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)/3953271" data-lemmaid="3953271">直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)

7.6.1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史和基本特點

7.6.2 定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩反饋模型

7.6.3 定子電壓矢量開關(guān)狀態(tài)的選擇

7.6.4 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較

7.6.5 改善直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)性能的方案

第8章 異步電機轉(zhuǎn)差功率饋送型控制系統(tǒng)

—繞線轉(zhuǎn)子異步電機雙饋控制和串級調(diào)速

8.1 繞線轉(zhuǎn)子異步電機雙饋時的轉(zhuǎn)子回路

8.1.1 異步電機轉(zhuǎn)子回路附加電動勢的作用

8.1.2 轉(zhuǎn)子回路的電力變流單元

8.2 異步電機雙饋控制的五種工況

8.2.1 次同步轉(zhuǎn)速電動狀態(tài)

8.2.2 反轉(zhuǎn)倒拉制動狀態(tài)

8.2.3 超同步轉(zhuǎn)速回饋制動狀態(tài)

8.2.4 超同步轉(zhuǎn)速電動狀態(tài)

8.2.5 次同步轉(zhuǎn)速回饋制動狀態(tài)

8.3 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)

8.3.1 電氣串級調(diào)速系統(tǒng)的組成

8.3.2 串級調(diào)速系統(tǒng)的起動、調(diào)速與停車

8.3.3 異步電動機串級調(diào)速機械特性的特征

8.3.4 串級調(diào)速裝置的電壓和功率

8.3.5 串級調(diào)速系統(tǒng)的效率和功率因數(shù)

8.3.6 其他類型的串級調(diào)速系統(tǒng)

8.3.7 串級調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制

8.4 繞線轉(zhuǎn)子異步電機雙饋控制技術(shù)

8.4.1 雙饋控制的工況與應用

8.4.2 雙饋工作用的AC/DC雙向PWM變流器

第9章 無速度傳感器的高性能異步電動機調(diào)速

9.1 開環(huán)計算角速度——基于電動機數(shù)學模型計算轉(zhuǎn)子角速度或角轉(zhuǎn)差

9.1.1 利用轉(zhuǎn)子電動勢計算同步角速度后求得轉(zhuǎn)子角速度

9.1.2 利用轉(zhuǎn)矩計算轉(zhuǎn)差角速度后求得轉(zhuǎn)子角速度

9.2 閉環(huán)構(gòu)造角速度——基于閉環(huán)控制作用構(gòu)造角速度信號

9.2.1 比較定子電流轉(zhuǎn)矩分量用PI閉環(huán)控制構(gòu)造角速度

9.2.2 比較電磁轉(zhuǎn)矩用PI閉環(huán)控制構(gòu)造角速度

9.2.3 比較轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓、電流模型用PI閉環(huán)控制構(gòu)造角速度

9.2.4 比較定子電壓用PI閉環(huán)控制構(gòu)造角速度

9.2.5 比較定子電流用PI閉環(huán)控制構(gòu)造角速度

9.2.6 基于模型參考自適應系統(tǒng)用PI閉環(huán)控制構(gòu)造角速度

9.3 特征信號處理——利用電動機結(jié)構(gòu)上的特征產(chǎn)生角速度信號

9.3.1 檢測轉(zhuǎn)子齒諧波磁場的感應電動勢產(chǎn)生角速度信號

9.3.2 注入高頻信號獲取角速度信號

第10章 同步電動機調(diào)速系統(tǒng)

10.1 同步電動機的特點和類型

10.2 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的同步電動機群調(diào)速系統(tǒng)

10.3 直流勵磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)

10.3.1 負載換相交直交電流型變頻直流勵磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)

10.3.2 交交變壓變頻器供電的大功率低速直流勵磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)

10.3.3 按氣隙磁場定向的同步電動機矢量控制系統(tǒng)

10.3.4 直流勵磁同步電動機的多變量動態(tài)數(shù)學模型

10.3.5 交直交電壓源型變頻器供電的直流勵磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)

10.4 永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)

10.4.1 梯形波永磁同步電動機（無刷直流電動機）調(diào)速系統(tǒng)

10.4.2 正弦波永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)2100433B

本書系統(tǒng)地介紹現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理、數(shù)學模型、控制系統(tǒng)和應用性能，以理論聯(lián)系實際、深入淺出作為編寫方針。第2版在第1版的基礎上，按照技術(shù)與應用發(fā)展的需要做了必要的擴充與修訂，其中特別增加了“中壓大容量變頻技術(shù)”和“無速度傳感器的高性能異步電動機調(diào)速系統(tǒng)”兩章內(nèi)容。第3版又按實際發(fā)展需要做了一定的增刪，例如增加了SVPWM控制技術(shù)、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋控制技術(shù)、基于模型參考自適應系統(tǒng)用PI閉環(huán)控制構(gòu)造轉(zhuǎn)速等內(nèi)容。

第2版前言

第1版前言

緒論

第一章 異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

第一節(jié) 異步電動機調(diào)壓調(diào)速原理和方法

第二節(jié) 晶閘管三相交流調(diào)壓電路

第三節(jié) 調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性

第四節(jié) 滑差電動機調(diào)速系統(tǒng)

第五節(jié) 異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)應用舉例

練習與思考題

第二章 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)

第一節(jié) 串級調(diào)速的原理及基本類型

第二節(jié) 低于同步轉(zhuǎn)速的串級調(diào)速系統(tǒng)的機械特性

第三節(jié) 串級調(diào)速系統(tǒng)的效率和功率因數(shù)

第四節(jié) 串級調(diào)速的閉環(huán)控制系統(tǒng)

第五節(jié) 串級調(diào)速系統(tǒng)應用中的幾個問題

第六節(jié) 單片機控制的串級調(diào)速系統(tǒng)實例

練習與思考題

第三章 變頻調(diào)速及變頻器

第一節(jié) 異步電動機變頻調(diào)速的控制方式和機械特性

第二節(jié) 變頻器的分類與特點

第三節(jié) 晶閘管變頻器

第四節(jié) 脈寬調(diào)制型變頻器

練習與思考題

第四章 異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)

第一節(jié) 轉(zhuǎn)速開環(huán)的晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第二節(jié) 晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)中的主要控制環(huán)節(jié)

第三節(jié) 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)

第四節(jié) 刪變頻調(diào)速系統(tǒng)中的功率接口

第五節(jié) PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)

練習與思考題

第五章 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制算法

第一節(jié) 矢量變換控制的基本概念

第二節(jié) 異步電動機的數(shù)學模型

第三節(jié) 坐標變換

第四節(jié) 交流電動機的矢量變換變頻調(diào)速系統(tǒng)

第五節(jié) 其他控制算法

練習與思考題

第六章 同步電動機調(diào)速系統(tǒng)與交流伺服系統(tǒng)

第一節(jié) 同步電動機調(diào)速的基本原理

第二節(jié) 永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)

第三節(jié) 交流伺服系統(tǒng)及應用

第四節(jié) 負載換相的同步電動機控制系統(tǒng)

練習與思考題

第七章 變頻調(diào)速應用

第一節(jié) 變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中應用的概況

第二節(jié) 現(xiàn)代變頻器的運行功能

第三節(jié) 典型變頻器產(chǎn)品的技術(shù)性能

第四節(jié) 變頻調(diào)速的運行特點和應用實例

練習與思考題

參考文獻2100433B

本書為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。書中詳細敘述了各種交流電力拖動自動控制系統(tǒng)的工作原理、實現(xiàn)方法、機械特性、運行特點及適用場合，包括凋壓調(diào)速和電磁離合器調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速、同步電動機調(diào)速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，重點為變頻調(diào)速系統(tǒng)，并介紹了新型電力電子器件及其控制和驅(qū)動電路、典型變頻器產(chǎn)品的技術(shù)性能與使用維護方法及多個變頻器工程應用實例。對交流伺服內(nèi)容介紹了數(shù)控系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)產(chǎn)品聯(lián)合控制的應用方法，并在精簡推導的前提下，扼要介紹了矢量變換、模糊控制等新型算法，在突出工程應用的同時保持了完整的交流調(diào)速理論體系。 本書的特點是：本著實際、實用的原則，盡量簡化理論推導，注重物理概念的闡述與分析；力求反映交流調(diào)速的最新技術(shù)及應用成果；強調(diào)交流調(diào)速的實現(xiàn)方法和工程應用。每章均有應用實例和習題。

本書第2版自2008年問世至今已經(jīng)走過6個年頭，承蒙很多高校材料力學教學第一線的老師和同學以及業(yè)余讀者的關(guān)愛和支持，已經(jīng)連續(xù)印刷了10次。 2012年獲得清華大學優(yōu)秀教材特等獎；同年，相應的教學成果獲得北京市高等學校優(yōu)秀教學成果一等獎。2012年本書第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材；2013年被批準為清華大學“985”三期名優(yōu)教材建設項目立項。

最近的6年里，著者秉承不斷提高課程重量、著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力的教育與教學理念，先后在清華大學、南京航空航天大學、北京工業(yè)大學以及北京郵電大學從事“材料力學”研究型教學的研究與實踐，堅持全過程講授這門課程，授課對象每年約200名。在同事和同學們的支持與幫助下，對于教育和教學改革又有了一些新的體會和收獲。材料力學（第3版）將著重反映6年來我們在研究型教學方面所取得的成果。主要有: 怎樣在基于普遍提高教學質(zhì)量的基礎上，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力；怎樣提高課程的吸引力，增強課程教學的學術(shù)性；怎樣挖掘基本教學內(nèi)容的深度；怎樣對傳統(tǒng)內(nèi)容中的某些概念、理論和方法加以改革和更新，突出挑戰(zhàn)性?；诖?，本書第3版修訂的主要內(nèi)容有以下幾方面。

第一，調(diào)整了部分章節(jié)，將材料的力學性能從“第2章 軸向載荷作用下桿件的材料力學問題”中獨立出來，形成“第3章 常溫靜載下材料的力學性能”； 重寫了“剪力圖與彎矩圖”作為第6章；將原來的第6章分為3章: “第7章 平面彎曲正應力分析與強度設計”和“第8章 彎曲剪應力分析與彎曲中心的概念”以及“第9章 斜彎曲、彎曲與拉伸或壓縮同時作用時的應力計算與強度設計”；將原來的第8章分為: “ 應力狀態(tài)與應變狀態(tài)分析”和“一般應力狀態(tài)下的強度設計準則及其工程應用”，分別列為第11章和12章；將原來的12章也分為兩章: “動載荷與動應力概述”和“疲勞強度與構(gòu)件壽命估算概述”，分別列為第16章和第17章。

第二，增加了部分教學內(nèi)容，主要有: 部分非金屬材料的力學性能；梁的位移疊加法中的逐段剛化法；應變分析；細長壓桿實驗結(jié)果；線性累積損傷與疲勞壽命估算等。

第三，將力系簡化的方法引入橫截面的內(nèi)力分析，改革傳統(tǒng)剪力圖與彎矩圖的畫法。

第四，正確處理變形與位移概念的聯(lián)系與區(qū)別，將確定梁的轉(zhuǎn)角和撓度的章節(jié)名改為“梁的位移分析與剛度設計”。

第五，在部分章節(jié)引入“反問題”: 相對于正問題，反問題的解答不是唯一的，通過對于反問題的思考，一方面可以加深對于正問題的理解；另一方面可以激勵創(chuàng)新思維。

第六，在部分章節(jié)設計了“開放式思維案例”作為學生課外學習和研究的資源。最近幾年的教學實踐表明，這對于刺激思維鼓勵創(chuàng)新是一種有效的措施。材料力學（第3版）第七，增加了若干工程案例以及災難性工程事故的力學解析。

第八，增加和改變了部分例題和習題。

隨著課程研究型教學在更多高校開展、深入和發(fā)展，材料力學的課程教學以及教材建設還會遇到一些新問題，我們將一如既往地堅持“在教學中研究，在研究中教學”，以不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為己任，在教學實踐的基礎上，不斷提高材料力學教材的質(zhì)量。

這一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在國內(nèi)完成；2013年7—8月在加拿大多倫多定稿。定稿期間，得到旅加的趙淵先生和范心明女士的大力支持和協(xié)助，在本書出版之際，著者謹表誠摯謝意。

誠摯地感謝廣大讀者對本書的關(guān)愛，希望大家對本書的缺點和不足提出寶貴意見。

范欽珊2014.1.11