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节能电机驱动系统基础与设计 版权信息
- ISBN：9787030752512
- 条形码：9787030752512 ; 978-7-03-075251-2
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
节能电机驱动系统基础与设计 本书特色
本书作者权威，立足节能电机驱动系统的设计与开发，深入浅出，结构合理，内容丰富实用。符合科技发展现状，服务科技一线工作。
节能电机驱动系统基础与设计 内容简介
本书着眼于永磁同步电机和同步磁阻电机的高效率、高性能驱动系统，介绍电机驱动系统的构建、高性能运转控制，以及电机特性和控制性能评估。主要内容包括电机驱动系统的基础知识，PMSM和SynRM的基本结构和数学模型，电流矢量控制系统，无传感器控制系统，直接转矩控制，逆变器、传感器，数字控制系统，以及实机实验的准备和特性测量方法等。
节能电机驱动系统基础与设计 目录
目录
第1章 电机驱动系统概述 1
1.1 电机驱动系统的基础知识 3
1.1.1 总体结构 3
1.1.2 电机负载的特性 3
1.1.3 电机与控制器 5
1.1.4 机械系统的运动控制 6
1.2 电机驱动系统组成部分与各章的对应关系 8
参考文献 11
第2章 永磁同步电机与同步磁阻电机的基础知识 13
2.1 电机的种类和基本结构 15
2.1.1 电机的种类 15
2.1.2 定子结构及旋转磁场 16
2.1.3 转子结构 22
2.2 转矩产生原理 25
参考文献 31
第3章 永磁同步电机与同步磁阻电机的数学模型 33
3.1 坐标变换 35
3.1.1 什么是坐标变换 35
3.1.2 坐标变换矩阵 36
3.2 静止坐标系模型 40
3.2.1 三相静止坐标系模型 40
3.2.2 两相静止坐标系（α-β坐标系）模型 43
3.3 旋转坐标系模型 43
3.3.1 d-q坐标系模型 43
3.3.2 考虑铁损的d-q坐标系模型 48
3.3.3 M-T坐标系模型 49
3.3.4 任意直角坐标系模型 50
3.4 作为控制对象的基本电机模型 51
3.4.1 d-q坐标系基本模型 51
3.4.2 本书使用的电机和设备常数 53
3.5 实际电机模型 56
3.5.1 磁饱和与空间谐波的影响 56
3.5.2 电机参数分析实例 60
参考文献 63
第4章 电流矢量控制方法 65
4.1 电流矢量平面上的特性曲线 67
4.2 电流相位与各种特性 72
4.2.1 电流恒定时的电流相位控制特性 72
4.2.2 转矩恒定时的电流相位控制特性 76
4.2.3 电流相位控制特性小结 77
4.3 各种电流矢量控制方法 78
4.3.1 *大转矩/电流控制 78
4.3.2 *大转矩/磁链控制（*大转矩/感应电压控制） 80
4.3.3 弱磁控制 83
4.3.4 *大效率控制 85
4.3.5 cosφ=1控制 86
4.4 考虑电流、电压限制的控制方法 86
4.4.1 电流矢量限制 86
4.4.2 电流、电压限制下的电流矢量控制 88
4.4.3 *大输出功率控制 91
4.5 电流矢量控制系统 97
4.5.1 电流指令值生成方法 97
4.5.2 解耦电流控制 100
4.5.3 电流控制系统 104
4.5.4 电流矢量控制系统特性示例 107
4.6 电机参数变化的影响 111
参考文献 115
第5章 无传感器控制 117
5.1 无传感器控制概要 119
5.2 基于感应电压的无传感器控制 120
5.2.1 基于感应电压的位置估计的基础 120
5.2.2 基于估计d-q坐标系扩展反电动势模型的位置和速度估计 123
5.2.3 基于扩展反电动势模型的位置/速度估计单元 124
5.2.4 扩展反电动势估计方式无传感器控制 127
5.2.5 扩展反电动势估计方式中参数误差的影响 129
5.3 基于凸极性的无传感器控制 131
5.3.1 基于凸极性的位置估计基础 131
5.3.2 估计d-q坐标系的高频电压注入方法 132
5.3.3 极性判断方法 136
5.4 高频注入式与扩展反电动势估计式全速域无传感器控制 137
参考文献 141
第6章 直接转矩控制 143
6.1 转矩和磁链控制的原理 145
6.1.1 转矩控制 145
6.1.2 磁链控制 147
6.1.3 控制条件 148
6.2 基本特性曲线 152
6.3 转矩和磁链指令值 156
6.3.1 *大转矩/电流控制 156
6.3.2 弱磁控制 158
6.3.3 电流极限的转矩极限 158
6.3.4 *大转矩/磁链控制 158
6.4 DTC系统的构建 159
6.4.1 电枢磁链估计 159
6.4.2 开关表方式 161
6.4.3 参考磁链矢量计算方式 165
6.4.4 改善DTC控制特性的方法 173
6.4.5 DTC电机驱动系统的运转特性 178
参考文献 180
第7章 逆变器和传感器 181
7.1 电压源型逆变器的基本结构与原理 183
7.1.1 电压源型三相逆变器的PWM控制 183
7.1.2 提高电压利用率的调制方式 186
7.2 死区时间的影响与补偿 189
7.2.1 死区时间的影响 189
7.2.2 死区时间的补偿方法 190
7.3 电机驱动用传感器 192
7.3.1 机械量传感器 192
7.3.2 电量传感器 196
参考文献 198
第8章 数字控制系统设计 199
8.1 数字控制系统的基本结构 201
8.1.1 硬件结构 201
8.1.2 软件处理和中断处理 203
8.2 控制系统的数字化 203
8.3 数字化的注意事项 207
8.3.1 采样定理 207
8.3.2 量化误差 208
8.3.3 传感器误差补偿 210
8.3.4 延迟的影响 210
参考文献 211
第9章 电机测试系统及特性测量 213
9.1 测试系统的结构 215
9.2 初始设置（实验准备） 218
9.2.1 正转方向和相序、Z位置的确定 219
9.2.2 电气系统常数的测量方法 221
9.2.3 机械系统常数的测量方法 230
9.2.4 传感器零点补偿 232
9.3 基本特性测量 232
9.3.1 电流相位-转矩特性 232
9.3.2 速度-转矩特性、效率图 232
9.4 损耗分离 234
参考文献 235
第1章 电机驱动系统概述 1
1.1 电机驱动系统的基础知识 3
1.1.1 总体结构 3
1.1.2 电机负载的特性 3
1.1.3 电机与控制器 5
1.1.4 机械系统的运动控制 6
1.2 电机驱动系统组成部分与各章的对应关系 8
参考文献 11
第2章 永磁同步电机与同步磁阻电机的基础知识 13
2.1 电机的种类和基本结构 15
2.1.1 电机的种类 15
2.1.2 定子结构及旋转磁场 16
2.1.3 转子结构 22
2.2 转矩产生原理 25
参考文献 31
第3章 永磁同步电机与同步磁阻电机的数学模型 33
3.1 坐标变换 35
3.1.1 什么是坐标变换 35
3.1.2 坐标变换矩阵 36
3.2 静止坐标系模型 40
3.2.1 三相静止坐标系模型 40
3.2.2 两相静止坐标系（α-β坐标系）模型 43
3.3 旋转坐标系模型 43
3.3.1 d-q坐标系模型 43
3.3.2 考虑铁损的d-q坐标系模型 48
3.3.3 M-T坐标系模型 49
3.3.4 任意直角坐标系模型 50
3.4 作为控制对象的基本电机模型 51
3.4.1 d-q坐标系基本模型 51
3.4.2 本书使用的电机和设备常数 53
3.5 实际电机模型 56
3.5.1 磁饱和与空间谐波的影响 56
3.5.2 电机参数分析实例 60
参考文献 63
第4章 电流矢量控制方法 65
4.1 电流矢量平面上的特性曲线 67
4.2 电流相位与各种特性 72
4.2.1 电流恒定时的电流相位控制特性 72
4.2.2 转矩恒定时的电流相位控制特性 76
4.2.3 电流相位控制特性小结 77
4.3 各种电流矢量控制方法 78
4.3.1 *大转矩/电流控制 78
4.3.2 *大转矩/磁链控制（*大转矩/感应电压控制） 80
4.3.3 弱磁控制 83
4.3.4 *大效率控制 85
4.3.5 cosφ=1控制 86
4.4 考虑电流、电压限制的控制方法 86
4.4.1 电流矢量限制 86
4.4.2 电流、电压限制下的电流矢量控制 88
4.4.3 *大输出功率控制 91
4.5 电流矢量控制系统 97
4.5.1 电流指令值生成方法 97
4.5.2 解耦电流控制 100
4.5.3 电流控制系统 104
4.5.4 电流矢量控制系统特性示例 107
4.6 电机参数变化的影响 111
参考文献 115
第5章 无传感器控制 117
5.1 无传感器控制概要 119
5.2 基于感应电压的无传感器控制 120
5.2.1 基于感应电压的位置估计的基础 120
5.2.2 基于估计d-q坐标系扩展反电动势模型的位置和速度估计 123
5.2.3 基于扩展反电动势模型的位置/速度估计单元 124
5.2.4 扩展反电动势估计方式无传感器控制 127
5.2.5 扩展反电动势估计方式中参数误差的影响 129
5.3 基于凸极性的无传感器控制 131
5.3.1 基于凸极性的位置估计基础 131
5.3.2 估计d-q坐标系的高频电压注入方法 132
5.3.3 极性判断方法 136
5.4 高频注入式与扩展反电动势估计式全速域无传感器控制 137
参考文献 141
第6章 直接转矩控制 143
6.1 转矩和磁链控制的原理 145
6.1.1 转矩控制 145
6.1.2 磁链控制 147
6.1.3 控制条件 148
6.2 基本特性曲线 152
6.3 转矩和磁链指令值 156
6.3.1 *大转矩/电流控制 156
6.3.2 弱磁控制 158
6.3.3 电流极限的转矩极限 158
6.3.4 *大转矩/磁链控制 158
6.4 DTC系统的构建 159
6.4.1 电枢磁链估计 159
6.4.2 开关表方式 161
6.4.3 参考磁链矢量计算方式 165
6.4.4 改善DTC控制特性的方法 173
6.4.5 DTC电机驱动系统的运转特性 178
参考文献 180
第7章 逆变器和传感器 181
7.1 电压源型逆变器的基本结构与原理 183
7.1.1 电压源型三相逆变器的PWM控制 183
7.1.2 提高电压利用率的调制方式 186
7.2 死区时间的影响与补偿 189
7.2.1 死区时间的影响 189
7.2.2 死区时间的补偿方法 190
7.3 电机驱动用传感器 192
7.3.1 机械量传感器 192
7.3.2 电量传感器 196
参考文献 198
第8章 数字控制系统设计 199
8.1 数字控制系统的基本结构 201
8.1.1 硬件结构 201
8.1.2 软件处理和中断处理 203
8.2 控制系统的数字化 203
8.3 数字化的注意事项 207
8.3.1 采样定理 207
8.3.2 量化误差 208
8.3.3 传感器误差补偿 210
8.3.4 延迟的影响 210
参考文献 211
第9章 电机测试系统及特性测量 213
9.1 测试系统的结构 215
9.2 初始设置（实验准备） 218
9.2.1 正转方向和相序、Z位置的确定 219
9.2.2 电气系统常数的测量方法 221
9.2.3 机械系统常数的测量方法 230
9.2.4 传感器零点补偿 232
9.3 基本特性测量 232
9.3.1 电流相位-转矩特性 232
9.3.2 速度-转矩特性、效率图 232
9.4 损耗分离 234
参考文献 235
展开全部
节能电机驱动系统基础与设计 节选
第1章电机驱动系统概述 作为本书的导读，本章介绍电机驱动系统的整体结构。电机驱动系统以电机为中心，大致由电机驱动的负载装置，用于电机驱动和控制的功率变换器、控制器和传感器等组成。本章将对这些组成部分进行概述，并对各组成部分与各章的对应关系进行说明。 1.1.电机驱动系统的基础知识 1.1.1.总体结构 电机种类繁多，交流电机具有结构简单、无刷免维护、运转高效等优点，是动力电机的主流。此外，为了实现高效调速运转，交流电机一般由逆变器驱动。三相交流电机驱动系统的基本结构如图1.1所示，以交流电机为中心，由负载装置、功率变换器、控制器和传感器等组成。 能量流：来自电源的电能（电力）通过功率变换器（逆变器）转换成可变电压、可变频率的三相交流电压，输入电机，再通过电机转换成机械能（动力），从而驱动负载装置。 信号（信息）流：外部指令[电机的旋转角度（位置）、转速、转矩等]和由传感器等获得的信息（电流、电压，位置、速度），经控制器运算处理，*终生成驱动电压型逆变器的开关信号。 1.1.2.电机负载的特性 电机驱动的负载在不同速度下表现出不同的转矩特性。电机控制的要求是，使负载稳定、快速、高精度地遵循指令（目标值跟踪特性），受干扰的影响小（抗干扰特性），能效高（高效特性）。图1.2所示为典型负载的速度-转矩特性。①恒转矩负载是指无论速度如何变化都要求转矩不变的负载，如起重机、电梯、输送机等。②平方转矩负载又称递减转矩负载，如风机、泵等流体机械。③恒输出功率负载是指转矩与速度成反比，输出功率不受速度影响的负载，如卷扬机、机床主轴等。图中，需要*大转矩和*大输出功率的工作点标记了“〇”，驱动电机必须具备满足负载要求的速度-转矩特性。*大转矩主要取决于*大电机电流，*大输出功率取决于电机功率和电源容量，电机额定值（额定转矩、额定速度、额定输出功率等）视负载大小而定。 传统的电机驱动，一般遵循负载的速度-转矩特性运行。空调压缩机驱动电机和电动汽车驱动电机等按特定应用进行优化设计，能够以各种速度和转矩运转。 图1.3所示为特定用途电机的工作区示例。如图1.3(a)所示的空调压缩机驱动，启动时要求电机高速大输出功率运转，以实现快速制冷/制热；室温稳定后，要求电机低速小转矩运转。如图1.3(b)所示的洗衣机驱动，洗涤状态（低速大转矩）和脱水状态（高速小转矩）的工作区显著不同，且没有使用中间区。电动汽车和混合动力汽车等的驱动需要较宽的速度范围和转矩范围，如图1.3(c)所示，正常行驶状态要求小转矩，但是爬坡起步和超车加速时需要短时间内提供大转矩、大输出功率。可见，不同用途的电机有不同的运转状态和工作区，电机驱动系统须提供图1.3中虚线表示的速度-转矩特性（恒转矩区+恒输出功率区）来满足要求。 1.1.3.电机与控制器 为了满足图1.3所示各种应用所需的特性，首先要做的是电机选型并进行*优设计。电机方面有小型、轻量、高效、免维护等需求，永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）满足这些需求，是广泛应用的节能高效电机。PMSM在形状和设计方面有很高的自由度，适合特定用途，方便内置于设备中。此外，在普通工业电机当中，感应电机是主流。但需要更高效率的情况下，同步磁阻电机（synchronous reluctance motor，SynRM）在后感应电机时代备受关注。本书将PMSM和SynRM皆视为同步电机（synchronous motor，SM），统一讲解驱动系统。 对于*优设计的电机，电机驱动系统是*大限度地提升电机性能的关键。交流电机驱动以逆变器驱动为基础，但根据电机的转速、转矩等指令值，以及传感器检测到的电流、位置和速度信息，控制逆变器开关的控制器结构不尽相同。本书将详细介绍对同步电机（PMSM、SynRM）速度和转矩进行高性能和高效率控制的电流矢量控制和直接转矩控制。 1.1.4.机械系统的运动控制 本书将围绕电机驱动系统，就*大限度地提高电机性能的控制方法及具体系统结构进行说明。尽管电机有各种用途，但通常用作电动执行器，根据上位控制器的指令，实现电机驱动机械系统的转速和旋转角度的快速跟随。 如图1.4所示的多关节机器人，有多个电机驱动关节。控制目的是根据上位控制器指令或外部施加的力，高速、稳定地操作机器人各关节的角度、机械臂的位置和轨迹。对此，需要伺服驱动器精确、高速地控制各关节电机的转矩、转速和旋转角度（位置）。同步电机的转矩控制可以通过本书介绍的电流矢量控制或直接转矩控制来实现。控制电机转速和旋转角度进而控制机械臂运动（移动速度或位置），被称为运动控制（motion control）。如果可以根据指令值精确地控制电机的转速和旋转角度，就可以利用轨迹生成指令协同控制所有关节，从而控制机器人整体的动作。 本书还将介绍转矩控制系统。电机驱动系统可以看作转矩发生器（相当于图1.4中的转矩控制单元和电机），进行速度、位置控制系统设计。转矩的响应特性取决于电机控制器设计，指令转矩T*和实际转矩T的关系可以用一阶滞后系统近似表示为 （1.1）
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