交流调速系统（第3版）

第1章 绪论

1.1 交流调速系统的发展和应用

1.2 交流调速系统的基本类型

1.2.1 异步电动机调速系统的基本类型

1.2.2 同步电动机调速系统的基本类型

1.3 现代交流调速的技术基础

第2章 异步电动机转差功率消耗型调速系统

2.1 异步电动机恒频变压调速系统

2.1.1 异步电动机恒频变压调速电路

2.1.2 异步电动机改变电压时的机械特性

2.1.3 闭环控制的恒频变压调速系统及其静特性

2.2 异步电动机恒频变压调速时的转差功率损耗分析

2.3 变压控制在软起动器和轻载减压节能运行中的应用

2.3.1 轻载减压节能运行

2.3.2 软起动器

第3章 异步电动机变压变频调速原理

按稳态模型控制的转差功率不变型调速系统

3.1 异步电动机变压变频调速的基本控制方式

3.1.1 基频以下调速

3.1.2 基频以上调速

3.2 异步电动机电压"para" label-module="para">

3.2.1 异步电动机的稳态等效电路和感应电动势

3.2.2 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性

3.2.3 基频以下电压"para" label-module="para">

3.2.4 基频以上恒压变频控制时的机械特性

3.3 笼型异步电动机恒压频比控制的调速系统

3.3.1 转速开环恒压频比控制调速系统的构成

3.3.2 转速开环恒压频比控制调速系统的控制作用

3.4 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统

3.4.1 转差频率控制的基本概念

3.4.2 基于异步电动机稳态模型的转差频率控制规律

3.4.3 转差频率控制的变压变频调速系统

第4章 静止式变压变频器和PWM控制技术

4.1 静止式变压变频器的主要类型

4.1.1 交直交和交交变压变频器

4.1.2 电压源型和电流源型逆变器

4.1.3 180°导通型和120°导通型逆变器

4.2 六拍交直交变频器输出电压的谐波分析

4.2.1 谐波分析

4.2.2 变频器输出谐波对异步电动机工作的影响

4.3 正弦波脉宽调制（SPWM）控制技术

4.3.1 基本思想

4.3.2 正弦波脉宽调制原理

4.3.3 SPWM波的基波电压

4.3.4 脉宽调制的制约条件

4.3.5 同步调制与异步调制

4.3.6 SPWM波的实现

4.3.7 SPWM变压变频器的输出谐波分析

4.4 消除指定次数谐波的PWM（SHEPWM）控制技术

4.5 电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制技术

4.6 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术

4.6.1 电压空间矢量

4.6.2 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系

4.6.3 六拍阶梯波逆变器供电时异步电动机的基本电压矢量

4.6.4 六拍阶梯波逆变器供电时异步电动机的旋转磁场

4.6.5 期望电压空间矢量的形成

4.6.6 SVPWM的实现方法

4.6.7 SVPWM控制时的电动机定子磁链

4.6.8 SVPWM控制时逆变器的输出电压

4.7 桥臂器件开关死区对PWM变压变频器工作的影响

4.7.1 死区及其对变压变频器输出波形的影响

4.7.2 死区对变压变频器输出电压的影响

第5章 中压大功率变频技术

5.1 中压大功率变频技术的各种方案

5.2 三电平逆变器

5.2.1 工作原理

5.2.2 中性点箝位型逆变器工作状态的切换

5.2.3 中性点箝位型逆变器的输出电压波形

5.2.4 中性点箝位型逆变器的特点

5.2.5 三电平逆变器的控制策略

5.3 单元串联式多电平PWM变频器

5.3.1 单元串联式多电平变频器的工作原理

5.3.2 变频器整流电路的多重化连接

5.3.3 多电平移相式PWM控制

第6章 异步电动机的动态数学模型和坐标变换

6.1 异步电动机动态数学模型的性质

6.2 三相异步电动机的多变量非线性动态数学模型

6.2.1 电压方程式

6.2.2 磁链方程式

6.2.3 转矩方程式

6.2.4 电气传动系统的运动方程式

6.2.5 三相异步电动机的动态数学模型

6.3 坐标变换和变换矩阵

6.3.1 坐标变换的原则和基本思路

6.3.2 三相两相变换（3/2变换）

6.3.3 两相两相旋转变换（2s/2r变换）

6.3.4 直角坐标极坐标变换（K/P变换）

6.4 三相异步电动机在两相正交坐标系上的动态数学模型

6.4.1 异步电动机在静止两相正交坐标系（αβ坐标系）上的动态数学模型

6.4.2 异步电动机在两相同步旋转坐标系（dq坐标系）上的动态数学模型

6.5 三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程式

6.5.1 ωψris状态方程式

6.5.2 ωψsis状态方程式

第7章 异步电动机动态模型控制的高性能调速

7.1 矢量控制系统的发展历史和基本思路

7.2 按转子磁链定向的矢量控制方程式及其解耦控制

7.3 转子磁链模型

7.3.1 计算转子磁链的电流模型

7.3.2 计算转子磁链的电压模型

7.3.3 电压模型与电流模型的选择和切换

7.4 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制系统

7.4.1 带磁链除法环节和电流内环的直接矢量控制系统

7.4.2 带转矩内环的直接矢量控制系统

7.5 磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制系统

7.6 异步电动机按定子磁链砰"_blank" href="/item/直接转矩控制系统/3953271" data-lemmaid="3953271">直接转矩控制系统

7.6.1 直接转矩控制系统的发展历史和基本特点

7.6.2 定子磁链和转矩反馈模型

7.6.3 定子电压矢量开关状态的选择

7.6.4 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较

7.6.5 改善直接转矩控制系统性能的方案

第8章 异步电机转差功率馈送型控制系统

—绕线转子异步电机双馈控制和串级调速

8.1 绕线转子异步电机双馈时的转子回路

8.1.1 异步电机转子回路附加电动势的作用

8.1.2 转子回路的电力变流单元

8.2 异步电机双馈控制的五种工况

8.2.1 次同步转速电动状态

8.2.2 反转倒拉制动状态

8.2.3 超同步转速回馈制动状态

8.2.4 超同步转速电动状态

8.2.5 次同步转速回馈制动状态

8.3 绕线转子异步电动机串级调速系统

8.3.1 电气串级调速系统的组成

8.3.2 串级调速系统的起动、调速与停车

8.3.3 异步电动机串级调速机械特性的特征

8.3.4 串级调速装置的电压和功率

8.3.5 串级调速系统的效率和功率因数

8.3.6 其他类型的串级调速系统

8.3.7 串级调速系统的双闭环控制

8.4 绕线转子异步电机双馈控制技术

8.4.1 双馈控制的工况与应用

8.4.2 双馈工作用的AC/DC双向PWM变流器

第9章 无速度传感器的高性能异步电动机调速

9.1 开环计算角速度——基于电动机数学模型计算转子角速度或角转差

9.1.1 利用转子电动势计算同步角速度后求得转子角速度

9.1.2 利用转矩计算转差角速度后求得转子角速度

9.2 闭环构造角速度——基于闭环控制作用构造角速度信号

9.2.1 比较定子电流转矩分量用PI闭环控制构造角速度

9.2.2 比较电磁转矩用PI闭环控制构造角速度

9.2.3 比较转子磁链的电压、电流模型用PI闭环控制构造角速度

9.2.4 比较定子电压用PI闭环控制构造角速度

9.2.5 比较定子电流用PI闭环控制构造角速度

9.2.6 基于模型参考自适应系统用PI闭环控制构造角速度

9.3 特征信号处理——利用电动机结构上的特征产生角速度信号

9.3.1 检测转子齿谐波磁场的感应电动势产生角速度信号

9.3.2 注入高频信号获取角速度信号

第10章 同步电动机调速系统

10.1 同步电动机的特点和类型

10.2 转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统

10.3 直流励磁同步电动机调速系统

10.3.1 负载换相交直交电流型变频直流励磁同步电动机调速系统

10.3.2 交交变压变频器供电的大功率低速直流励磁同步电动机调速系统

10.3.3 按气隙磁场定向的同步电动机矢量控制系统

10.3.4 直流励磁同步电动机的多变量动态数学模型

10.3.5 交直交电压源型变频器供电的直流励磁同步电动机调速系统

10.4 永磁同步电动机调速系统

10.4.1 梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）调速系统

10.4.2 正弦波永磁同步电动机调速系统2100433B

本书系统地介绍现代交流调速系统的基本原理、数学模型、控制系统和应用性能，以理论联系实际、深入浅出作为编写方针。第2版在第1版的基础上，按照技术与应用发展的需要做了必要的扩充与修订，其中特别增加了“中压大容量变频技术”和“无速度传感器的高性能异步电动机调速系统”两章内容。第3版又按实际发展需要做了一定的增删，例如增加了SVPWM控制技术、绕线转子异步电动机双馈控制技术、基于模型参考自适应系统用PI闭环控制构造转速等内容。

第2版前言

第1版前言

绪论

第一章 异步电动机调压调速系统

第一节 异步电动机调压调速原理和方法

第二节 晶闸管三相交流调压电路

第三节 调压调速系统的组成及静特性

第四节 滑差电动机调速系统

第五节 异步电动机调压调速系统应用举例

练习与思考题

第二章 绕线转子异步电动机串级调速系统

第一节 串级调速的原理及基本类型

第二节 低于同步转速的串级调速系统的机械特性

第三节 串级调速系统的效率和功率因数

第四节 串级调速的闭环控制系统

第五节 串级调速系统应用中的几个问题

第六节 单片机控制的串级调速系统实例

练习与思考题

第三章 变频调速及变频器

第一节 异步电动机变频调速的控制方式和机械特性

第二节 变频器的分类与特点

第三节 晶闸管变频器

第四节 脉宽调制型变频器

练习与思考题

第四章 异步电动机变频调速系统

第一节 转速开环的晶闸管变频调速系统结构

第二节 晶闸管变频调速系统中的主要控制环节

第三节 转差频率控制的转速闭环变频调速系统

第四节 删变频调速系统中的功率接口

第五节 PWM变频调速系统

练习与思考题

第五章 变频调速系统的控制算法

第一节 矢量变换控制的基本概念

第二节 异步电动机的数学模型

第三节 坐标变换

第四节 交流电动机的矢量变换变频调速系统

第五节 其他控制算法

练习与思考题

第六章 同步电动机调速系统与交流伺服系统

第一节 同步电动机调速的基本原理

第二节 永磁同步电动机调速系统

第三节 交流伺服系统及应用

第四节 负载换相的同步电动机控制系统

练习与思考题

第七章 变频调速应用

第一节 变频调速技术在工业生产中应用的概况

第二节 现代变频器的运行功能

第三节 典型变频器产品的技术性能

第四节 变频调速的运行特点和应用实例

练习与思考题

参考文献2100433B

本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。书中详细叙述了各种交流电力拖动自动控制系统的工作原理、实现方法、机械特性、运行特点及适用场合，包括凋压调速和电磁离合器调速、串级调速、变频调速、同步电动机调速系统和交流伺服系统，重点为变频调速系统，并介绍了新型电力电子器件及其控制和驱动电路、典型变频器产品的技术性能与使用维护方法及多个变频器工程应用实例。对交流伺服内容介绍了数控系统与伺服系统产品联合控制的应用方法，并在精简推导的前提下，扼要介绍了矢量变换、模糊控制等新型算法，在突出工程应用的同时保持了完整的交流调速理论体系。 本书的特点是：本着实际、实用的原则，尽量简化理论推导，注重物理概念的阐述与分析；力求反映交流调速的最新技术及应用成果；强调交流调速的实现方法和工程应用。每章均有应用实例和习题。

本书第2版自2008年问世至今已经走过6个年头，承蒙很多高校材料力学教学第一线的老师和同学以及业余读者的关爱和支持，已经连续印刷了10次。 2012年获得清华大学优秀教材特等奖；同年，相应的教学成果获得北京市高等学校优秀教学成果一等奖。2012年本书第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材；2013年被批准为清华大学“985”三期名优教材建设项目立项。

最近的6年里，著者秉承不断提高课程重量、着力培养学生创新思维能力的教育与教学理念，先后在清华大学、南京航空航天大学、北京工业大学以及北京邮电大学从事“材料力学”研究型教学的研究与实践，坚持全过程讲授这门课程，授课对象每年约200名。在同事和同学们的支持与帮助下，对于教育和教学改革又有了一些新的体会和收获。材料力学（第3版）将着重反映6年来我们在研究型教学方面所取得的成果。主要有: 怎样在基于普遍提高教学质量的基础上，培养学生的创新思维能力；怎样提高课程的吸引力，增强课程教学的学术性；怎样挖掘基本教学内容的深度；怎样对传统内容中的某些概念、理论和方法加以改革和更新，突出挑战性。基于此，本书第3版修订的主要内容有以下几方面。

第一，调整了部分章节，将材料的力学性能从“第2章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题”中独立出来，形成“第3章 常温静载下材料的力学性能”； 重写了“剪力图与弯矩图”作为第6章；将原来的第6章分为3章: “第7章 平面弯曲正应力分析与强度设计”和“第8章 弯曲剪应力分析与弯曲中心的概念”以及“第9章 斜弯曲、弯曲与拉伸或压缩同时作用时的应力计算与强度设计”；将原来的第8章分为: “ 应力状态与应变状态分析”和“一般应力状态下的强度设计准则及其工程应用”，分别列为第11章和12章；将原来的12章也分为两章: “动载荷与动应力概述”和“疲劳强度与构件寿命估算概述”，分别列为第16章和第17章。

第二，增加了部分教学内容，主要有: 部分非金属材料的力学性能；梁的位移叠加法中的逐段刚化法；应变分析；细长压杆实验结果；线性累积损伤与疲劳寿命估算等。

第三，将力系简化的方法引入横截面的内力分析，改革传统剪力图与弯矩图的画法。

第四，正确处理变形与位移概念的联系与区别，将确定梁的转角和挠度的章节名改为“梁的位移分析与刚度设计”。

第五，在部分章节引入“反问题”: 相对于正问题，反问题的解答不是唯一的，通过对于反问题的思考，一方面可以加深对于正问题的理解；另一方面可以激励创新思维。

第六，在部分章节设计了“开放式思维案例”作为学生课外学习和研究的资源。最近几年的教学实践表明，这对于刺激思维鼓励创新是一种有效的措施。材料力学（第3版）第七，增加了若干工程案例以及灾难性工程事故的力学解析。

第八，增加和改变了部分例题和习题。

随着课程研究型教学在更多高校开展、深入和发展，材料力学的课程教学以及教材建设还会遇到一些新问题，我们将一如既往地坚持“在教学中研究，在研究中教学”，以不断提高人才培养质量为己任，在教学实践的基础上，不断提高材料力学教材的质量。

这一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在国内完成；2013年7—8月在加拿大多伦多定稿。定稿期间，得到旅加的赵渊先生和范心明女士的大力支持和协助，在本书出版之际，著者谨表诚挚谢意。

诚挚地感谢广大读者对本书的关爱，希望大家对本书的缺点和不足提出宝贵意见。

范钦珊2014.1.11