交流電機(jī)調(diào)速理論與系統(tǒng)

1、研究生課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：S293003課程名稱：交流電機(jī)調(diào)速理論及系統(tǒng)任課教師：劉海寬先修課程：電力電子學(xué)、電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ) 適用學(xué)科范圍：電氣工程、控制科學(xué)與工程學(xué)分：3學(xué)時(shí)： 54開課學(xué)期：開課形式：課程目的和基本要求：隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制理論的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)日新月異。高性能交流 調(diào)速系統(tǒng)在冶金、機(jī)械、電氣、紡織、食品等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的 傳動(dòng)領(lǐng)域，交流調(diào)速進(jìn)入了快速的發(fā)展階段。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 方法及發(fā)展， 能建立交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和等值電路，掌握交流調(diào)速系統(tǒng)的組成、 工作原理和基 本分析方法， 掌握交流

2、調(diào)速系統(tǒng)的控制策略和調(diào)速過(guò)程中的重要性能， 掌握交流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思 想及原則；并具有分析交流電機(jī)控制系統(tǒng)特性， 初步設(shè)計(jì)交流電機(jī)控制系統(tǒng)的能力， 為今后從事專 業(yè)工作打下必要基礎(chǔ)。課程主要內(nèi)容：第一部分 緒論（ 2 學(xué)時(shí)）簡(jiǎn)述交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和基本類型， 并介紹現(xiàn)代交流調(diào)速物質(zhì)基礎(chǔ)的電力電子技術(shù)和微機(jī)控 制技術(shù)的最新進(jìn)展及現(xiàn)代交流調(diào)速的主要應(yīng)用領(lǐng)域。第二部分 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)（ 4 學(xué)時(shí)）討論異步電機(jī)轉(zhuǎn)差功率消耗型的調(diào)速系統(tǒng)， 著重分析閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)的電路構(gòu)成和及 調(diào)速方法及異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)壓調(diào)速時(shí)機(jī)械特性的變化； 介紹降壓控制在軟起動(dòng)器和輕載降壓節(jié)能運(yùn) 行中的應(yīng)用。第三部分

3、轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)（ 6 學(xué)時(shí)） 介紹異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速的基本原理， 在此基礎(chǔ)上全面分析次同步電機(jī)狀態(tài)下的雙饋系統(tǒng) 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，然后著重分析串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性，討論串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率、功率因數(shù)、附 加裝置容量等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；為了提高動(dòng)態(tài)性能提出具有轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)， 詳細(xì)介紹雙饋調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成和矢量控制。第四部分 轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（14 學(xué)時(shí)）介紹異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本原理和機(jī)械特性，討論基頻以下電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特 性；然 后介紹 靜止 式變壓 變頻 器的主 回路， 討論 正弦 PWM（SP

4、WM） 、電 流跟 蹤 PWM（CHBPWM ）、消除指定次數(shù)諧波 PWM （ SHEPWM ）和電壓空間矢量 PWM（SVPWM） 四種控 制技術(shù)， 著重分析 SVPWM 中電壓矢量與定子磁鏈的關(guān)系與控制， 并介紹交流 PWM 變頻器在異步 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用的特殊問(wèn)題； 討論籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及控 制作用。第五部分 中壓大容量變頻技術(shù)（ 4 學(xué)時(shí)）介紹中壓大容量變頻技術(shù)的各種方案， 著重分析三電平逆變器的工作原理和控制策略及單元串 聯(lián)式多電平變頻器的工作原理和移相式 PWM 控制。第六部分 基于動(dòng)態(tài)模型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（ 12 學(xué)時(shí)） 討論異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型

5、的非線性、強(qiáng)耦合、多變量性質(zhì)， 然后論述異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài) 數(shù)學(xué)模型，證明三相原始模型的非獨(dú)立性， 說(shuō)明簡(jiǎn)化的必要性和可能性， 在此基礎(chǔ)上討論坐標(biāo)變換 及其物理意義， 討論三相異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型， 推導(dǎo)用狀態(tài)方程描述的異步電動(dòng) 機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型； 分析按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本原理， 說(shuō)明定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的 解耦作用，討論矢量控制系統(tǒng)的多種實(shí)現(xiàn)方案；討論定子電壓矢量對(duì)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制作用， 介紹基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)；并對(duì)兩類高性能的的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行比較， 分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。第七部分 無(wú)速度傳感器的高性能異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（ 2 學(xué)時(shí)）介紹

6、無(wú)速度傳感器控制方法的三種類型及其基本概念、基本理論。第八部分 同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（ 6 學(xué)時(shí)）簡(jiǎn)述變壓變頻調(diào)速的特點(diǎn)和類型， 然后介紹他控式同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)； 在此基礎(chǔ)上介紹自控 式同步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成， 詳細(xì)分析梯形波永磁同步電動(dòng)機(jī) （無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)） 的工作原理及調(diào)速系統(tǒng)； 并詳細(xì)介紹同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型， 分析可控勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)按氣隙磁鏈定向和正弦波永磁同 步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。第九部分 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（ 4 學(xué)時(shí)）介紹開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在變速傳動(dòng)系統(tǒng)中的地位、 系統(tǒng)組成和工作原理及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和 性能特點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上分析開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式。課程主要教材：陳伯時(shí)，陳敏遜 編著交流調(diào)速系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社， 2005 年主要參考文獻(xiàn)：阮毅，陳伯時(shí) 主編電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2009 年許期英，劉敏軍 主編交流調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)，化學(xué)工業(yè)出版社，2010 年李永東 主編交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社， 2002 年胡崇岳 主編現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)，機(jī)械工業(yè)