現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)

　　本書以介紹現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)為宗旨，著眼于實(shí)際應(yīng)用技術(shù)并兼顧到今后的發(fā)展趨勢。全書共9章，第1章介紹了國內(nèi)外交流調(diào)速技術(shù)的概況與發(fā)展趨勢、交流調(diào)速方法及主要應(yīng)用領(lǐng)域。第2章介紹各種電力電子器件的工作原理、主要參數(shù)、驅(qū)動電路與保護(hù)技術(shù)。第3～5章分別介紹了各種交－直－交變頻器、交－交變頻器及其組成的變頻調(diào)速系統(tǒng)。第6章介紹了矢量控制基本原理和異步電動機(jī)、同步電動機(jī)的矢量控制技術(shù)。第7～9章分別介紹了各種電動機(jī)的不同類型調(diào)速系統(tǒng)的基本原理、特性、控制方法及設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例。本書可供從事電氣傳動、電氣自動化、機(jī)電一體化的研究開發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)行和維護(hù)的科技人員參考，也可供大專院校相關(guān)專業(yè)的教師、研究生及高年級的學(xué)生閱讀。片斷：隨著新型電力電子器件的不斷涌現(xiàn)，變頻技術(shù)獲得飛速發(fā)展。以普通晶閘管構(gòu)成的方波形逆變器被全控型高頻率開關(guān)器件組成的脈寬調(diào)制（PWM）逆變器取代后，SPWM逆變器及其專用芯片得到了普遍應(yīng)用。磁通跟蹤型PWM逆變器以不同的開關(guān)模式在電機(jī)中產(chǎn)生的實(shí)際磁通去逼近定子磁鏈的給定軌跡——理想磁通圓，即用空間電壓矢量方法決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，形成PWM波形。由于控制簡單、數(shù)字化方便，已呈現(xiàn)出取代傳統(tǒng)SPWM的趨勢。電流跟蹤型PWM逆變器為電流控制型的電壓源逆變器，兼有電壓和電流控制型逆變器的優(yōu)點(diǎn)，滯環(huán)電流跟蹤型PWM逆變器更因其電流動態(tài)響應(yīng)快、實(shí)現(xiàn)方便，受到重視。目前，隨著器件開關(guān)頻率的提高，并借助于控制模式的優(yōu)化以消除指定諧波，已使PWM逆變器的輸出波形非常逼近正弦波。但在電網(wǎng)側(cè)，盡管以不控整流器取代了相控整流器，使基波功率因數(shù)（位移因數(shù)）接近于1，然而電流諧波分量大，總功率因數(shù)仍很低，消除對電網(wǎng)的諧波污染并提高功率因數(shù)已構(gòu)成變頻技術(shù)不可回避的問題。為此，PWM整流技術(shù)的研究、新型單位功率因數(shù)變流器的開發(fā)，在國外已引起廣泛關(guān)注。PWM逆變器工作頻率的進(jìn)一步提高將受到開關(guān)損耗的限制，特別是大功率逆變器，工作頻率不取決于器件開關(guān)速度而受限于開關(guān)損耗。近年研究出的諧振型逆變器是一種新型軟開關(guān)逆變器，由于應(yīng)用諧振技術(shù)使功率開關(guān)在零電壓或零電流下進(jìn)行開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，開關(guān)損耗幾乎為零，使效率提高、體積減小、重量減輕、成本降低，是很有發(fā)展前景的變頻器。在變頻技術(shù)日新月異地發(fā)展的同時(shí)，交流電動機(jī)控制技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。由于交流電動機(jī)是多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，與直流電動機(jī)相比，轉(zhuǎn)矩控制要困難得多。70年代初提出的矢量控制理論解決了交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制問題，應(yīng)用坐標(biāo)變換將三相系統(tǒng)等效為兩相系統(tǒng)，再經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)變換實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而達(dá)到對交流電動機(jī)的磁鏈和電流分別控制的目的。這樣就可以將一臺三相異步電動機(jī)等效為直流電動機(jī)來控制，因而獲得了與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣優(yōu)良的靜、動態(tài)性能，開創(chuàng)了交流調(diào)速與直流調(diào)速相競爭的時(shí)代。直接轉(zhuǎn)矩控制是80年代中期提出的又一轉(zhuǎn)矩控制方法，其思路是把電機(jī)與逆變器看作一個(gè)整體，采用空間電壓矢量分析方法在定子坐標(biāo)系進(jìn)行磁通、轉(zhuǎn)矩計(jì)算，通過磁通跟蹤型PWM逆變器的開關(guān)狀態(tài)直接控制轉(zhuǎn)矩。因此，無須對定子電流進(jìn)行解耦，免去了矢量變換的復(fù)雜計(jì)算，控制結(jié)構(gòu)簡單，便于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，目前正受到各國學(xué)者的重視。近10多年來，各國學(xué)者致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究，利用檢測定子電壓、電流等容易測量的物理量進(jìn)行速度估算以取代速度傳感器。其關(guān)鍵在于在線獲取速度信息，在保證較高控制精度的同時(shí)，滿足實(shí)時(shí)控制要求。速度估算的方法，除了根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算電動機(jī)轉(zhuǎn)速外，目前應(yīng)用較多的有模型參考自適應(yīng)法和擴(kuò)展卡爾曼濾波法。無傳感器控制技術(shù)不需要檢測硬件，也免去了傳感器帶來的環(huán)境適應(yīng)性、安裝維護(hù)等麻煩，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本，因而引起了廣泛興趣。微處理機(jī)引入控制系統(tǒng)，促進(jìn)了模擬控制系統(tǒng)向數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。數(shù)字化技術(shù)使得復(fù)雜的矢量控制得以實(shí)現(xiàn)，大大簡化了硬件，降低了成本，提高了控制精度，而自診斷功能和自調(diào)試功能的實(shí)現(xiàn)又進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可靠性，節(jié)約了大量人力和時(shí)間，操作、維修都更加方便。微機(jī)運(yùn)算速度的提高、存儲器的大容量化，將進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字控制系統(tǒng)取代模擬控制系統(tǒng)，數(shù)字化已成為控制技術(shù)的方向。本書前言前言隨著新型自關(guān)斷電力電子器件、智能功率集成電路的問世，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，變頻技術(shù)日新月異，新的控制策略不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)邁上了新的臺階。目前，它已在冶金、機(jī)械、電氣牽引、紡織、食品等各個(gè)方面得到普遍應(yīng)用，幾乎遍及國民經(jīng)濟(jì)各部門的傳動領(lǐng)域，交流調(diào)速已經(jīng)進(jìn)入了逐步取代直流調(diào)速的時(shí)代。本書的宗旨是，著眼于實(shí)用技術(shù)，并兼顧到發(fā)展趨勢?？紤]到實(shí)際應(yīng)用的需要，介紹了構(gòu)成交流調(diào)速系統(tǒng)主電路的電力電子器件，著重于目前已經(jīng)實(shí)用化的IGBT、GTO晶閘管、GTR、MOSFET等。同時(shí)，還介紹了極有發(fā)展前景的綜合了晶閘管和MOSFET特性的大功率、高頻功率器件——MOS控制晶閘管（MCT）和智能功率模塊（IPM），考慮到大功率交－交變頻的需要，對晶閘管也作了必要的介紹。變頻技術(shù)方面，從闡明基本逆變電路出發(fā)，著重介紹了廣泛應(yīng)用的PWM變頻器的各種形式，包括SPWM、電流跟蹤型PWM、磁通跟蹤型PWM等。其中，對磁通跟蹤型PWM（即SVPWM）的控制方式和波形優(yōu)化技術(shù)的介紹尤為深入。同時(shí)，又以相當(dāng)?shù)钠榻B了新型軟開關(guān)逆變器——諧振直流環(huán)節(jié)逆變器的基本原理、電路拓樸結(jié)構(gòu)及其構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)。控制技術(shù)方面，在電壓頻率協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制的基礎(chǔ)上，從介紹高性能交流調(diào)速系統(tǒng)不可缺少的矢量控制技術(shù)入手，深入分析了異步電動機(jī)的5種瞬態(tài)等效電路的相互關(guān)系及應(yīng)用，并把瞬態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)等效電路統(tǒng)一起來。調(diào)速系統(tǒng)方面，在籠型異步電動機(jī)變頻調(diào)速、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)雙饋及串級調(diào)速、自控式同步電動機(jī)——無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了目前正異軍突起、引起廣泛關(guān)注的開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，并從實(shí)用角度出發(fā)，給出了各種不同類型調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例。全書共9章，第1章介紹了國內(nèi)外交流調(diào)速技術(shù)概況與發(fā)展趨勢、交流調(diào)速方法及主要應(yīng)用領(lǐng)域。第2章介紹了各種電力電子器件的工作原理、主要參數(shù)、驅(qū)動電路與保護(hù)技術(shù)。第3～5章分別介紹了各種交－直－交變頻器、交－交變頻器及其組成的變頻調(diào)速系統(tǒng)。第6章介紹了矢量控制基本原理和異步電動機(jī)、同步電動機(jī)的矢量控制技術(shù)。第7～9章分別介紹了各種電動機(jī)的不同類型調(diào)速系統(tǒng)的基本原理、特性、控制方法及設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例。本書由胡崇岳主編，參加各章編寫工作的有胡崇岳（第1、3章）、王志良（第2章）、王鳳翔（第4章）、王自強(qiáng)（第5章及附錄）、周明寶（第6章）、談德璋、國忠鋒（第7章）、李兆杰、陳明德（第8章）、高超（第9章），全書由胡崇岳統(tǒng)稿，陳明德同志支持本書的編寫并審閱了書稿。在本書的編寫、定稿過程中，得到中國自動化學(xué)會電氣自動化專業(yè)委員會、中國電工技術(shù)學(xué)會機(jī)電一體化專業(yè)委員會、中國科學(xué)院電工所和作者所在單位的各專家、教授的大力支持和幫助，并提出許多寶貴意見，在此表示衷心感謝。編寫過程中，參閱和利用了國內(nèi)外大量文獻(xiàn)、資料，在此對原作者一并致謝。限于作者水平，加上時(shí)間倉促，缺點(diǎn)、錯(cuò)誤在所難免，熱誠歡迎廣大讀者批評指正編著者

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