《21世纪高等院校自动化专业系列教材 电力拖动自动控制系统 第3版》潘月斗，李擎，李华德作|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《21世纪高等院校自动化专业系列教材 电力拖动自动控制系统 第3版》

【作　者】潘月斗，李擎，李华德作

【丛书名】21世纪高等院校自动化专业系列教材

【页 数】 418

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2021.02

【ISBN号】978-7-111-67207-4

【价 格】99.00

【分 类】电力传动-自动控制系统-高等学校-教材

【参考文献】 潘月斗，李擎，李华德作. 21世纪高等院校自动化专业系列教材 电力拖动自动控制系统 第3版. 北京：机械工业出版社, 2021.02.

图书封面：

图书目录：

《21世纪高等院校自动化专业系列教材 电力拖动自动控制系统 第3版》内容提要：

《电力拖动自动控制系统第3版》全面、系统地介绍了现代电力拖动自动控制系统的基本理论，并对电力拖动控制系统的静、动态特性进行了较为深入的分析，还介绍了数字电力拖动自动控制系统的基本特点及数字化设计方法。本书包含4篇内容，共分为12章。第1篇依据直流电动机的广义数学模型，建立了直流电动机的闭环控制结构及相应的控制系统，分析了闭环直流调速系统的静、动态特性，介绍了可逆直流调速系统的运行方法。第2篇讲述现代交流电动机变压变频调速系统的基本组成、工作原理，以及静、动态特性分析方法。本篇的重点内容是恒压频比控制的异步电动机变压变频调速系统、异步电动机矢量控制系统、异步电动机直接转矩控制系统，普通三相同步电动机自控式变压变频调速系统及其矢量控制系统、正弦波永磁同步电动机的控制系统，以及梯形永磁同步电动机的控制系统。第3篇介绍了电力拖动伺服系统的基本组成、分类、基本工作原理，以及伺服系统的稳态分析和设计、动态分析和设计，介绍了工业生产中应用的伺服系统。第4篇介绍了电力拖动数字控制系统的基本特点、基本组成，数字控制器的硬件与软件，以及电力拖动自动控制系统数字化设计方法。本书配有授课电子课件，需要的教师可登录www.cmpedu.com免费注册，审核通过后下载，或联系编辑索取（微信:15910938545；电话:010-88379753）。《电力拖动自动控制系统第3版》适合作为高等院校电气工程相关专业、电气自动化等专业的本科生教材，也可作为电力电子与电力传动、电气自动化等相关学科的硕士研究生用书，还可供从事电气传动工作的技术人员参考。

《21世纪高等院校自动化专业系列教材 电力拖动自动控制系统 第3版》内容试读

第1章绪

论

1.1电力拖动自动控制系统

1.1.1电力拖动及其自动控制系统

所谓“拖动”就是应用各种动力设备（电动机、液压设备、气动装置）带动（拖动）工作机械产生运动，以完成规定的工作（生产）任务。应用各种电动机作为动力设备的拖动方式称为“电力拖动”。电力拖动是把电能转换为机械动力来驱动工作机械产生运动。电力拖动方式与其他拖动方式相比具有简单、方便、灵活、环保以及效率高等优点，因而在工业生产中，电力拖动是最主要的拖动方式。

能够自动控制和调节工作机械的速度或位移的电力拖动系统称为“电力拖动自动控制系统”(Control System of Electric Drive),它是自动控制系统中的一种。实际上工作机械的速度控制或位移控制是通过控制和调节电动机的转速和转角来实现的。电力拖动自动控制系统中除了电动机传动机构，以及工作机械外，还有在电源与电动机之间配置的自动控制装置，其设备组合示意图如图1-1所示。电动机在系统中担负着电能转换任务，把输入的电能转换为机械能：机械传动机构是将机械能传递给工作机械：控制装置由电力电子变换器、控制器，以及反馈信息检测装置等组成，用来完成对电动机的转矩、转速（速度）及转角（位移）的自动控制，以满足生产工艺的要求。

(电气)控制装置

机电部分

电源

功率变换器

0

(主电路)

速度

位移

传感器

传感器

反馈

电动机

传动0工作机械口-门

制

信息

机构

2器

装置

指令

图1-1电力拖动自动控制系统的设备组合示意图

从电能的转换及传递（传输）角度来看，把电力拖动称为电力传动，把电力拖动控制系统称为电力传动控制系统。由于这类系统的基本任务是通过控制和调节电动机的旋转速度或转角来实现工作机械对速度或位移的要求，因此把电力拖动控制系统又称为运动控制系统(Moo

Control System)。电力拖动自动控制系统在工业、农业、交通运输、空间技术、国防等各个领域中都有极为广泛的应用，对促进和发展现代文明和科技进步有着越来越重要的作用。

1.1.2电力拖动自动控制系统的基本组成

依据图1-1按照闭环结构形式所组成的电力拖动自动控制系统，如图1-2所示，可以看出，电力拖动自动控制系统由电动机及其负载、电力电子电能变换电路、控制器及信息检测器等按

照负反馈原则而构成的

相关学科：

相关学科：

自动控制理论

电力电子学

相关学科：电机

计算机控制技术

(电力电子技术】

与电力拖动基础

给定值

控制器

电子电子

电动机

变换电路

及负载

信号处理

传感器

相关学科：检测技术、

信息处理技术

图1-2电力拖动自动控制系统组成图

1.电动机及负载

电动机及负载是电力拖动自动控制系统的控制对象，其相关学科是电机学及电力拖动基础。电动机分为两大类，即直流电动机和交流电动机，交流电动机分为两大类，即异步电动机（也称为感应电动机)和同步电动机

电动机的负载按其转矩性质，可分为恒转矩负载、恒功率负载以及风机、泵类负载。

2.电力电子电能变换电路

电力电子电能变换电路由半导体电力电子开关器件构成，其相关学科为“电力电子学”（电

力电子技术)。对于直流调速系统而言是采用半控型晶闸管(SCR)器件所组成的整流电路（或

采用全控器件构成的直流PWM变换电路)；对于现代交流调速系统而言，是采用电力电子全控

型器件(IGBT、IEGT、IGCT)所组成的变压变频电路

3.控制器

与控制器相关的学科为自动控制理论及计算机控制技术。现在普遍采用以微处理器（单片

机、DSP等)为核心的全数字控制器。

4.信息检测器（传感器、信息处理器）】

电力拖动自动控制系统中需要检测电压、电流、转速和位置等物理量作为反馈信号。其相关学科是“检测技术”和“数据处理技术”。为了真实可靠地得到这些信号，需要相应的传感器。电压、电流传感器的输出信号多为连续的模拟量，而转速和位置传感器的输出信号因传感器的类型而异，可以是连续的模拟量，也可以是离散的数字量。

信号转换和处理包括电压匹配、极性转换、脉冲整形等，对于计算机数字控制系统而言，必须将传感器输出的模拟或数字信号变换为可用于计算机运算的数字量。数据处理的另一个重要作用是“去伪存真”，即从带有随机扰动的信号中筛选出反映被测量的真实信号。常用的数据处理方法是信号滤波，对于数字控制系统通常采用模拟滤波电路和计算机软件数字滤波相结合的方法。

1.1.3电力拖动自动控制系统的分类

电力拖动自动控制系统有多种分类方法，其中，按被控物理量来分类有利于与其他自动控制系统相区别，能够反映电力拖动自动控制系统的特征。

电力拖动自动控制系统按被控制量的不同可分为两大类：以电动机的转速为被控制量的系统称为调速系统：以工作机械的角位移或直线位移为被控制量的系统称为伺服系统，又称随动2

式中，F为拖动力(N):F为拖动阻力(N):m

为惯性力，若质量m的单位为kg,速度V

的单位为m/s,时间t的单位为s,惯性力的单位与F及F,相同，为N。

电力拖动自动控制系统的任务对旋转运动而言是控制电动机的转速和转角，对于直线运动来说是控制速度和位移。由式(1-1)和式(1-2)可知，要控制转速和转角，唯一的途径就是

控制电动机的电磁转矩T。,使转速变化按人们期望的规律变化。

3.电力拖动自动控制系统的学科特点

首先必须明确，电力拖动自动控制系统是自动控制理论在实际工程中的具体应用，属于控制科学范畴。如图1-5所示，与电力拖动自动控制系统的相关学科有：电机与电力拖动基础、电力电子学（电力电子技术）、计算机控制技术、信号检测与处理技术等。除此而外，电力拖动自动控制系统的研究和技术开发是以计算机仿真技术和计算机辅助设计作为工具的。因此，现代电力拖动自动控制系统已成为电力拖动基础、电力电子技术、计算机控制技术、自动控制理论、信号检测技术、计算机仿真技术、计算机辅助设计技术等多门学科相互交叉的综合性学科。

自动控制理论

电机与电力

电力电子学

拖动基础

(电力电子技术)】

电力拖动

自动控制系统

计算机仿真技术和

信号检测与写

计算机辅助设计

处理技术

计算机控制技术离散控制系统

图1-5电力拖动自动系统与其相关学科

1.3电力拖动自动控制系统的发展概况与发展趋势

19世纪70年代前后，相继诞生了直流电动机和交流电动机，从此人类社会进入了以电动机作为动力设备的时代。以电动机作为动力设备，为人类社会的发展和进步、为工业生产的现代化起到了巨大的推动作用。

在用电系统中，电动机作为主要的动力设备而广泛地应用于工农业生产、交通运输、空间技术、国防及社会生活等方面。电动机负荷约占总发电量的70%，是用电量最多的电气设备。

根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，其中，交流电动机拥有量最多，提供给工业生产的电量多半是通过交流电动机加以利用的。经过一百多年的发展，至今已经制造了形式多样、用途各异的交流电动机。交流电动机分为同步电动机和异步（感应）电动机两大类：电动机的转子转速与定子电流的频率保持严格不变的关系，即是同步电动机；反之，若不保持这种关系，即是异步电动机。20世纪80年代以来，开关磁阻电动机、永磁无刷直流电动机（梯形波永磁同步电动机）、正弦波永磁同步电动机等新型交流电动机得到了很快的发展和应用。根据统计，交流电动机用电量占电动机总用电量的85%左右，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位。

在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率；二是根据生产机械的工艺

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要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。以直流电动机作为控制对象的电力拖动自动控制系统称为直流调速系统；以交流电动机作为控制对象的电力拖动自动控制系统称为交流调速系统。根据交流电动机的分类，相应有同步电动机调速系统和异步电动机调速系统。

1.直流调速系统

20世纪60年代以前是以旋转变流机组供电的直流调速系统为主（见图1-6），还有一些静

止式水银整流器供电的直流调速系统如图1-7所示。1957年美国通用电气公司的A.R.约克制成

了世界上第一只晶闸管(SCR),这标志着电力电子时代的开始。20世纪60年代以后，以晶闸

管组成的直流供电系统逐步取代了直流机组和水银整流器。20世纪80年代末期，全数字控制的直流调速系统迅速取代了模拟控制的直流调速系统。

降压变压器

MD○负载电能

水银整流器

水银整流器

的控制器

MI

→机械能

直流滤波

p

直流

电抗器

电动机

4

图1-6直流发动机-直流电动机系统

图1-7离子电力拖动的主电路

由于直流电动机的转速容易控制和调节，在额定转速以下，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒转矩调速：在额定转速以上，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。近代采用晶闸管供电的转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此，长期以来(20世纪80年代中期以前)在变速传动领域中，直流调速一直占据主导地位。然而，由于直流电动机本身存在机械式换向器和电刷这一固有的结构性缺陷，这给直流调速系统的发展带来了一系列限制，即：

1)机械式换向器表面线速度及换向电压、电流有一极限容许值，这就限制了单机的转速和功率（其极限容量与转速乘积被限制在10°kW·r/min)。如果要超过极限容许值，则大大增加电机制造的难度和成本以及调速系统的复杂性。因此，在工业生产中，对一些要求特高转速、特大功率的场合则根本无法采用直流调速方案。

2)为了使机械式换向器能够可靠工作，往往增大电枢和换向器直径，使得电机体积增大，导致转动惯量大，对于要求快速响应的生产工艺，采用直流调速方案难以实现。

3)机械式换向器必须经常检查和维修，电刷必须定期更换。这就表明了直流调速系统维修检验工作量大，维修费用高，同时停机检修和更换电刷也直接影响了正常生产。

4)在一些易燃、易爆的生产场合，一些多粉尘、多腐蚀性气体的生产场合不能或不宜使用直流调速系统。

由于直流电动机在应用中存在着这样的一些限制，使得直流调速系统的发展也相应受到限

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···试读结束···