本书针对工程技术人员在变频器应用过程中涉及的理论和技术问题，系统地论述了电机理论、电力电子技术、检测技术，以及变频器应用的控制策略等内容，以加深技术人员对变频器技术难点的理解和掌握，并在书中增加了交流步进控制这一新的传动理论。本书主要内容包括与电气传动有关的基础知识、变频器中的电力电子技术、电气传动中的检测技术、直流电机的调速控制技术、交流电机的U/f控制、交流电机的转差频率控制、高动态性能的矢量控制和直接转矩控制、交流步进传动控制。本书内容丰富，注重实用，可供工矿企业、科研院所等从事变频器应用的电气人员阅读及作为培训教材，也可作为相关职业技术院校的教材和参考书。

本书是《变频器应用技术丛书》中的一本，针对工程技术人员在变频器应用过程中涉及的理论和技术问题，系统地论述了电机理论、电力电子技术、检测技术以及变频器应用的控制策略等方面的内容，以加深技术人员对变频器技术难点的理解和掌握，并在书中增加了交流步进控制这一新的传动理论。本书主要内容包括电气传动有关的基础知识、变频器中的电力电子技术、电气传动中的检测技术、直流电机的调速控制技术、交流电机的U/f控制、交流电机的转差频率控制、高动态性能的矢量控制和直接转矩控制、交流步进传动控制。

本书内容丰富，注重实用，可供工矿企业、科研院所等从事变频器应用的电气人员阅读及作为培训教材使用，也可作为相关职业技术院校的教材和参考书。

第1章 电力传动的基础1

 1.1 直流电机2

1.1.1 直流电机的结构和基本运行原理2

1.1.2 直流电机的铭牌数据5

1.1.3 直流电机的电枢绕组5

1.1.4 直流电机的励磁方式及磁场8

1.1.5 电枢电动势与电磁转矩12

 1.2 交流电机13

1.2.1 交流电机的结构14

1.2.2 交流电机工作原理16

1.2.3 三相异步电机的铭牌数据18

1.2.4 交流电机绕组及旋转磁场的建立19

1.2.5 交流电机的感应电动势29

1.2.6 异步电动机运行的电磁过程33

 1.3 电力传动系统42

1.3.1 电力传动系统运动方程式42

1.3.2 常见的负载转矩特性44

1.3.3 电力拖动系统稳定运行的条件46

1.3.4 电力拖动系统的运行状态分析48

 1.4 电气传动中的检测技术52

1.4.1 速度、位置检测技术52

1.4.2 电流检测技术63

1.4.3 电压检测技术68

第2章 变频器中的电力电子技术73

 2.1 常用电力电子器件74

2.1.1 电力二极管74

2.1.2 晶闸管81

2.1.3 电力场效应晶体管88

2.1.4 绝缘栅双极型晶体管92

2.1.5 智能功率模块97

 2.2 直流斩波电路98

2.2.1 直流降压斩波98

2.2.2 直流升压斩波101

2.2.3 可逆斩波电路105

 2.3 逆变电路107

2.3.1 电压型逆变电路109

2.3.2 电流型逆变电路112

2.3.3 电压型逆变电路和电流型逆变电路的对比120

 2.4 变频器的PWM控制技术122

2.4.1 PWM控制的基本原理122

2.4.2 三相变频器的SPWM控制技术123

2.4.3 三相变频器电流跟踪控制技术126

2.4.4 三相变频器磁链跟踪控制技术131

第3章 直流电机的调速控制技术143

 3.1 调速原理及性能指标144

3.1.1 直流机调速的基本原理144

3.1.2 调速性能指标145

3.1.3 开环调速系统的性能及存在问题150

 3.2 调速系统的各环节的数学模型151

3.2.1 可控直流电源的数学模型151

3.2.2 直流电机的数学模型154

3.2.3 调节器的数学模型155

 3.3 转速电流双闭环直流调速系统156

3.3.1 双闭环调速系统的组成156

3.3.2 电流环的设计158

3.3.3 转速环的设计167

3.3.4 双闭环调速系统静态分析176

3.3.5 双闭环直流调速系统动态性能分析179

3.3.6 弱磁控制的直流调速系统184

 3.4 直流PWM可逆调速系统188

3.4.1 直流PWM可逆调速系统组成189

3.4.2 H桥逆变电路工作原理190

3.4.3 直流脉宽调速系统的机械特性193

 3.5 全数字直流调速系统举例说明194

3.5.1 无环流可逆调速系统工作原理194

3.5.2 西门子6RA70系统组成198

3.5.3 系统运行与优化202

第4章 交流电机的开环U/f控制和闭环转差频率控制207

 4.1 变压变频调速原理208

4.1.1 变压变频的基本控制方式208

4.1.2 恒压频比U1/f1控制方式209

4.1.3 恒气隙磁链E1/f1控制方式212

4.1.4 恒Er/f1控制214

4.1.5 恒功率控制方式216

 4.2 开环U/f控制系统217

4.2.1 U/f控制系统结构217

4.2.2 变压变频装置219

4.2.3 加减速过程223

4.2.4 U1/f1曲线及电压补偿229

 4.3 闭环转差频率控制技术234

4.3.1 转差频率控制的基本概念234

4.3.2 转差频率控制的规律及其实现235

4.3.3 转差频率控制的变压变频调速系统结构237

4.3.4 转差频率控制的变压变频调速系统工况分析239

 4.4 开环U/f控制和闭环转差频率控制性能分析243

4.4.1 U/f控制技术性能分析243

4.4.2 闭环转差频率控制性能分析243

第5章 高动态性能的矢量控制247

 5.1 异步电动机的动态数学模型和坐标变换248

5.1.1 动态数学模型248

5.1.2 坐标变换256

5.1.3 两相坐标系下的状态方程266

 5.2 矢量控制技术274

5.2.1 矢量控制技术的概念及发展274

5.2.2 矢量控制的基本思想276

5.2.3 按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用277

 5.3 矢量控制变频调速系统281

5.3.1 直接矢量控制系统281

5.3.2 间接矢量控制系统291

 5.4 无速度传感器矢量控制系统292

5.4.1 有速度传感器矢量控制系统存在的问题294

5.4.2 无速度传感器矢量控制的速度观测294

5.4.3 典型无速度传感器矢量控制295

 5.5 矢量控制控制技术性能分析296

5.5.1 技术优势297

5.5.2 不足之处297

5.5.3 改进方案298

第6章 高动态性能的直接转矩控制299

 6.1 直接转矩控制技术300

6.1.1 直接转矩控制技术的诞生与发展概况300

6.1.2 定子磁链定向时的异步电机模型301

 6.2 直接转矩控制系统的原理及结构309

6.2.1 直接转矩控制原理分析309

6.2.2 定子磁链定向时磁链、转矩与离散电压的矢量关系312

6.2.3 直接转矩控制系统结构317

6.2.4 控制单元320

 6.3 直接转矩控制技术性能分析330

6.3.1 技术优势330

6.3.2 不足之处331

6.3.3 改进方案332

6.3.4 矢量控制与直接转矩控制特性的比较334

第7章 交流步进传动控制系统337

 7.1 交流步进传动技术338

7.1.1 增量运动控制中的电动机338

7.1.2 增量运动的交流控制343

7.1.3 直接转矩控制到步进传动的过渡345

 7.2 永磁同步电机定子电流定向的增量运动控制346

7.2.1 定子电流定向控制的理论基础346

7.2.2 永磁同步电机的位置开环控制351

7.2.3 永磁同步电机的位置闭环控制356

7.2.4 永磁同步电机增量运动控制的位置及速度响应359

 7.3 开关磁阻电机的步进传动控制系统362

7.3.1 SR电机步进传动的磁势离散化方法364

7.3.2 SR电机步进控制转矩矢量分析367

7.3.3 基于转矩矢量控制理论的微步控制369

7.3.4 SR电机步进传动的动态分析373

参考文献380