交流电机控制基础

第1章　交流电机控制系统概述

1.1　交流电机控制系统的构成

1.2　交流电机控制系统与直流电机控制系统的比较

1.3　交流电机难以控制的原因

1.4　电机控制系统相关术语和定义

1.4.1　电机相关术语和定义

1.4.2　控制相关术语和定义

1.4.3　系统性能相关术语和定义

第2章　交流电机的电压方程和状态方程

2.1　感应电机的电压方程和转矩公式

2.1.1　结构

2.1.2　用三相交流变量表示的电压方程

2.1.3　坐标变换

2.1.4　三相交流坐标系到两相交流坐标系的变换

2.1.5　用两相交流变量表示的电压方程

2.1.6　两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换

2.1.7　两相交流静止坐标系下的电压方程

2.1.8　两轴直流旋转坐标系下的电压方程

2.1.9　T型等效电路

2.1.10　转矩公式

2.2　永磁同步电机的电压方程和转矩公式

2.2.1　结构

2.2.2　用三相交流变量表示的电压方程

2.2.3　用两相交流变量表示的电压方程

2.2.4　两轴旋转坐标系下的电压方程

2.2.5　稳态等效电路

2.2.6　转矩公式

2.3　系统运动方程

2.4　感应电机的状态方程和仿真

2.4.1　有关状态方程的基础知识

2.4.2　感应电机的状态方程

2.4.3　感应电机的Matlab仿真

2.5　永磁同步电机的状态方程和仿真

2.5.1　永磁同步电机的状态方程

2.5.2　永磁同步电机的Matlab仿真

第3章　功率变换电路——三相电压型PWM逆变器

3.1　三相电压型PWM逆变器的基础知识

3.1.1　什么是电压型逆变器

3.1.2　什么是PWM

3.1.3　三相电压型逆变器的基本构成和基本工作回路

3.1.4　三相电压型逆变器的输出电压矢量

3.1.5　三相电压型PAM逆变器的输出电压控制方法

3.1.6　三相电压型PWM逆变器的输出电压控制方法

3.2　三相电压型PWM逆变器应用中的实际问题

3.2.1　死区时间的影响和对策

3.2.2　直流电源电压波动的影响和对策

3.2.3　开关管在PWM方式下运行时的开关损耗

3.3　三相电压型PWM逆变器应用中的其他问题

3.3.1　功率开关器件

3.3.2　整流电路

3.3.3　开关管驱动电路

3.3.4　缓冲电路

3.3.5　噪声滤波电路

3.3.6　回馈电能放电电路

第4章　感应电机控制系统

第5章　永磁同步电机控制系统

第6章　速度和位置控制系统的设计

参考文献2100433B

本书可作为高等院校相关专业的研究生教材，也可作为本科高年级学生选修课的参考书，还可供科研院所及从事此类研究开发工作的人员参考。

交流电机控制基础以三相笼型感应电机(1.H．)控制系统和三相永磁同步电机(PMSH)控制系统为例，主要阐述了电机数学模型．主电路与控制电路的构成，位置—速度—电流控制系统的设计与构成，通过理论与其相应Hatlab仿真数据相结合的方式，具体介绍了各自位置—速度—电流控制器的设计和构成方法，并给出了这些控制系统的仿真结果。

交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法专利目的

《交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法》的第一目的是提供一种具备高生产效率、扩展性强且应用广泛的叠层母排组件。

《交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法》的第二目的是提供一种高模块化程度、高生产效率的交流电机控制器。

《交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法》的第三目的是提供一种具备高生产效率的叠层母排组件的制作方法。

交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法技术方案

为了实现《交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法》的第一目的，《交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法》提供一种叠层母排组件，其包括：基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板，基板上设置有焊盘孔组，焊盘组件与基板内部覆铜电连接形成线路，焊盘孔组件包括第一焊盘孔、第二焊盘孔和第三焊盘孔，正极电流金属板设置有第一引脚，正极电流金属板设置基板的第一侧上，第一引脚穿过第一焊盘孔并在基板的第二侧上设置第一连接部；负极电流金属板设置有第二引脚，负极电流金属板设置基板的第一侧上，第二引脚穿过第二焊盘孔并在基板的第二侧上设置第二连接部；输出电流金属板设置有第三引脚，输出电流金属板设置基板的第一侧上，第三引脚穿过第三焊盘孔并在基板的第二侧上设置第三连接部；基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板呈叠层布置，第一连接部与第三连接部连接，第二连接部与第三连接部连接，第一连接部与第二连接部连接。

由上述方案可见，由于正极电流金属板的第一引脚、负极电流金属板的第二引脚和输出电流金属板的第三引脚从同一侧穿过基板上的焊盘孔组，并在基板的第二侧上分别设置有第一连接部、第二连接部和第三连接部，而基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板叠层布置，在基于叠层母排组件的电控装置的组装加工工序时，只需将多个不同的电路器件、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板同时进行叠层压制，使各预设好的引脚同时穿过基板的预设好的焊盘孔组，再通过一次性回流焊工序则完成基于叠层母排组件的电控装置的组装焊接。叠层母排能提供大电流网络外，可使用自动化设备规模化生产，生产效率大大提高，扩展性强且使用广泛。

进一步的方案是，叠层母排组件还包括绝缘层组，绝缘层组布置于基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板的一侧。

由上可见，绝缘层组可以为单独的绝缘片或者是覆盖在基板、正极电流金属板、负极电流金属板或输出电流金属板上的绝缘镀层，由于基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板均有导电性，将绝缘组布置于基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板的一侧，可以有效隔绝相邻两者之间电流击穿短路，同时可以防止外置的电路元件插入时击穿短路，防止对电路的破坏，且压制生产中无需控制板材间距，提高生产效率。

进一步的方案是，叠层母排组件还包括避让孔组，避让孔组设置于正极电流金属板、负极电流金属板、输出电流金属板上和绝缘层组上；第一引脚、第二引脚和第三引脚穿过避让孔组。

由上可见，由于设置了避让孔组，第一引脚、第二引脚或第三引脚在穿过基板前，直接穿过正极电流金属板、负极电流金属板或输出电流金属板而无需绕行，使电路布线更为便利，其外，避让孔对引脚起一定的定位作用，组装压制过程中更稳定，有效提高良品率。

进一步的方案是，叠层母排组件还包括绝缘板，绝缘板与基板、正极电流金属板、负极电流金属板、输出电流金属板和绝缘层组层叠布置，且绝缘板位于远离基板的最外端；避让孔组还设置于所绝缘板上。

由上可见，绝缘板能防治外置电路器件与正极电流金属板、负极电流金属板、输出电流金属板之间产生击穿短路而造成电路破坏外，绝缘板对叠层母排组件起防压保护作用。而外置电路器件可以直接穿过绝缘板上的避让孔组，后穿过正极电流金属板、负极电流金属板、输出电流金属板和绝缘层组的避让孔组，最后穿过基板的焊盘孔组，实现电路连接。

进一步的方案是，第一引脚、第二引脚、第三引脚设置于避让孔组的一侧上。

由上可见，以正极电流金属板为例，由于在正极电流金属板生产过程中，第一引脚是通过冲压工艺或铣、钻等工艺使正极电流金属板形成开孔，且开孔的边轮廓凸起部伸向孔内，将边轮廓凸起部进行弯折工序，则形成第一引脚；在冲压工艺或铣、钻工序中将开孔直接设置为避让孔，可以减少另一道开孔工序，有效提高生产效率。

进一步的方案是，叠层母排组件排还包括正极汇流板，正极汇流板设置有第四引脚，第四引脚穿过第一焊盘孔且与第一连接部邻接；叠层母排组件排还包括负极汇流板，负极汇流板设置有第五引脚，第五引脚穿过第二焊盘孔且与第二连接部邻接；叠层母排组件排还包括输出汇流板，输出汇流板设置有第六引脚，第六引脚穿过第三焊盘孔且与第三连接部邻接。

由上可见，正极汇流板和负极汇流板作为电流输入端，输出汇流板为电流输出端；正极汇流板、负极汇流板和输出汇流板可穿过焊盘孔与基板实现锡焊，即当进行叠层母排组件的叠层压制安装时，可同时将正极汇流板、负极汇流板和输出汇流板进行叠层压装，优化工序，提高效率。

进一步的方案是，第一引脚与第一焊盘孔之间过盈配合；第二引脚与所述第二焊盘孔之间过盈配合；第三引脚与第三焊盘孔之间过盈配合。

由上可见，由于第一引脚、第二引脚和第三引脚与焊盘孔组之间过盈配合，当进行压制组装工序后，各板材之间的位置得到相对固定，第一引脚、第二引脚和第三引脚与焊盘孔组的相对位置也得到固定，提高下一步锡焊工艺的加工效率、稳定性和良品率。

进一步的方案是，正极汇流板上设置有位于第四引脚之间的第一凸起部，负极汇流板上设置有位于第五引脚之间的第二凸起部；输出汇流板上设置有位于第六引脚之间的第三凸起部。

由上可见，以正极汇流板为例，当正极汇流板的第四引脚与基板的焊盘孔组过盈配合，第一凸起部对处于正极汇流板与基板之间各金属板进行压紧固定，使叠层母排组件结构更紧凑更稳固，且能防止虚焊的出现。

为了实现《交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法》的第二目的，《交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法》提供一种交流电机控制器，包括：叠层母排组件、可控开关器件组件以及滤波器件组件。叠层母排组件包括：基板，基板上设置有焊盘孔组，焊盘组件与基板内部覆铜电连接形成线路，焊盘孔组件包括第一焊盘孔、第二焊盘孔和第三焊盘孔；其特征在于：正极电流金属板，正极电流金属板设置有第一引脚，正极电流金属板设置基板的第一侧上，第一引脚穿过第一焊盘孔并在基板的第二侧上设置第一连接部；负极电流金属板，负极电流金属板设置有第二引脚，负极电流金属板设置基板的第一侧上，第二引脚穿过第二焊盘孔并在基板的第二侧上设置第二连接部；输出电流金属板，输出电流金属板设置有第三引脚，输出电流金属板设置基板的第一侧上，第三引脚穿过第三焊盘孔并在基板的第二侧上设置第三连接部；基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板呈叠层布置，第一连接部与第三连接部连接，第二连接部与第三连接部连接，第一连接部与第二连接部连接；可控开关器件组件连接于第一连接部与第三连接部之间；可控开关器件组件连接于第二连接部与第三连接部之间；滤波器件组件连接于第一连接部与第二连接部之间。

由上述方案可见，由于正极电流金属板的第一引脚、负极电流金属板的第二引脚和输出电流金属板的第三引脚从同一侧穿过基板上的焊盘孔组并成为第一连接部、第二连接部和第三连接部，且基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板叠层布置，在基于叠层母排组件的电控装置的组装加工工序时，只需将多个不同的电路器件、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板同时进行压制，使各引脚同时穿过基板的焊盘孔组，再进行一次性的锡焊工序则完成基于盖叠层母排组件的电控装置的组装焊接，叠层母排组件扩展性强，生产效率大大提高且使用广泛。

为了《交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法》的第三个发明目，《交流电机控制器、叠层母排组件及其制作方法》提供一种的叠层母排组件的制作方法，叠层母排组件包括基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板；基板上设置有焊盘孔组，焊盘孔组与基板内部覆铜电连接形成线路，焊盘孔组件包括第一焊盘孔、第二焊盘孔和第三焊盘孔；正极电流金属板设置有第一引脚，正极电流金属板设置基板的第一侧上，第一引脚穿过第一焊盘孔并在基板的第二侧上设置第一连接部；负极电流金属板设置有第二引脚，负极电流金属板设置基板的第一侧上，第二引脚穿过第二焊盘孔并在基板的第二侧上设置第二连接部；输出电流金属板设置有第三引脚，输出电流金属板设置基板的第一侧上，第三引脚穿过第三焊盘孔并在基板的第二侧上设置第三连接部；基板、正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板呈叠层布置，第一连接部与第三连接部连接，第二连接部与第三连接部连接，第一连接部与第二连接部连接；其特征在于：叠层式母排组件的制作方法包括：正极电流金属板堆叠于基板上，第一引脚插入第一焊盘孔；负极电流金属板堆叠于正极电流金属板上，第二引脚插入第二焊盘孔；输出电流金属板堆叠于负极电流金属板上，第三引脚插入第三焊盘孔；对第一引脚与第一焊盘孔之间、第二引脚与第二焊盘孔之间、第三引脚与第三焊盘孔之间进行同时回流焊接。

由上可见，叠层母排组件的制作只需把正极电流金属板、负极电流金属板和输出电流金属板进行堆叠，并同时将其对应的第一引脚、第二引脚或第三引脚插入基板的焊盘孔组内，其后进行一次性的回流焊，制作步骤与母排对比大幅下降，生产效率大大提高，且叠层母排组件适用广泛。

《小型交流伺服电机控制电路设计》主要介绍小型交流伺暇电机的基本特性、设计方法及应用实例。主要内容包括交流伺服电机的基本原理、构造与特征，电机驱动电路，电机控制，反馈控制电路的设计，使用单片机控制交流伺服电机，驱动交流伺服电机的三相PwM控制回路，基于软件的伺服控制器的设计，基于汇编语言实现的伺服控制器高速化，交流伺服电机的控制实验等。书后还给出了与直流电机有关的专业名词解释，对于读者理解书中的内容有很大的帮助。