电力拖动控制系统与实践

绪论

0.1实验要求

0.1.1预习要求

0.1.2实验过程

0.1.3实验报告

0.2仿真软件及其开发环境

0.2.1MATLAB简介

0.2.2Simulink简介

0.2.3Simulink模块库

0.2.4Simulink仿真的运行

0.3电力拖动自动控制系统实验台

0.3.1MCL系列电气传动教学实验台技术参数

0.3.2MCL系列电气传动教学实验台组件配置

0.4船舶电力推进系统模拟实验台

第一篇直流电力拖动自动控制系统原理与实践

第1章直流电力拖动控制系统原理

1.1可控直流电源

1.1.1旋转变流机组

1.1.2静止可控整流器

1.1.3直流斩波器或脉宽调制变换器

1.2晶闸管电动机直流电力拖动控制系统

1.2.1触发脉冲相位控制

1.2.2电流脉动与平波电抗器

1.2.3晶闸管电动机系统的四象限运行

1.3直流脉宽变换器电动机系统

1.3.1不可逆PWM变换器电动机系统

1.3.2有制动的不可逆PWM变换器电动机系统

1.3.3可逆PWM变换器电动机系统

1.4转速、电流反馈控制的直流电力拖动控制

1.5可逆电力拖动控制系统

1.5.1α=β配合控制的有环流可逆电力拖动控制系统

1.5.2逻辑控制无环流可逆电力拖动控制系统

第2章直流电力拖动自动控制系统仿真技术

2.1直流电动机开环电力拖动控制系统仿真技术

2.2转速闭环控制的直流电力拖动控制系统仿真

2.2.1带转速负反馈的有静差直流调速系统

2.2.2带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统仿真

2.3转速、电流双闭环控制的直流电力拖动控制系统仿真

2.3.1基于双闭环直流电力拖动系统动态结构图的仿真

2.3.2使用Powersystem模块的直流双闭环系统仿真

2.4直流可逆电力拖动控制系统仿真

2.4.1α=β配合控制的有环流可逆调速系统的仿真

2.4.2逻辑控制无环流直流可逆调速系统仿真

2.5直流PWMM可逆调速系统

2.5.1H形直流PWMM调速系统主电路的仿真

2.5.2双极式控制直流PWMM可逆调速系统仿真

第3章直流电力拖动自动控制系统实验

3.1电气传动实验器件功能和原理

3.1.1MCL18挂箱

3.1.2MCL33挂箱

3.1.3MCL34挂箱

3.1.4MCL10A挂箱

3.2晶闸管电动机参数测定实验

3.2.1实验目的

3.2.2实验系统组成和工作原理

3.2.3实验设备及仪器

3.2.4注意事项

3.2.5实验内容与实验步骤

3.3转速、电流双闭环调速系统实验

3.3.1实验目的

3.3.2实验内容

3.2.3实验系统实验组成及工作原理

3.3.4双闭环调速系统调试原则

3.3.5实验设备及仪器

3.3.6注意事项

3.3.7实验方法

3.4逻辑无环流可逆调速系统实验

3.4.1实验目的

3.4.2实验内容

3.4.3实验系统的组成及工作原理

3.4.4实验设备及仪器

3.4.5实验预习

3.4.6注意事项

3.4.7实验方法

3.5双闭环H桥可逆直流脉宽调速系统实验

3.5.1实验目的

3.5.2实验系统的组成和工作原理

3.5.3实验设备及仪器

3.5.4注意事项

3.5.5实验内容与实验步骤

第二篇交流电力拖动自动控制系统原理与实践

第4章三相异步电动机电力拖动控制系统

4.1三相异步电动机变压调速系统

4.1.1异步电动机改变电压时的机械特性

4.1.2闭环控制的变压调速的系统构成

4.2三相异步电动机晶闸管串级调速系统

4.3三相异步电动机的变频调速系统

4.3.1三相异步电动机的变频调速原理

4.3.2变压变频装置

4.3.3正弦波脉宽调制技术

4.3.4电压空间矢量PWM控制技术

4.3.5三相异步电动机变压变频调速系统构成

4.4三相异步电动机矢量控制系统

4.4.1矢量控制的基本思想

4.4.2坐标变换和矢量变换

4.4.3三相异步电动机的数学模型

4.4.4矢量控制的变频调速系统

4.5三相异步电动机直接转矩控制系统

第5章交流电力拖动自动控制系统仿真

5.1三相异步电动机性能的仿真

5.1.1异步电动机连接正弦电压工作

5.1.2PWM变频器电动机系统仿真

5.2三相异步电动机减压软启动系统仿真

5.3转速开环恒压频比控制的三相异步电动机调速系统仿真

5.4三相异步电动机矢量控制调速系统的仿真

第6章交流电力拖动自动控制系统实验

6.1电气传动实验器件功能和原理

6.1.1MCL05挂箱

6.1.2MCL09挂箱

6.1.3MCL13A挂箱

6.2三相异步电动机变压调速系统实验

6.2.1实验目的

6.2.2实验系统组成及工作原理

6.2.3实验设备和仪器

6.2.4注意事项

6.2.5实验内容与实验步骤

6.3三相异步电动机串级调速系统实验

6.3.1实验目的

6.3.2实验系统组成及工作原理

6.3.3实验设备和仪器

6.3.4注意事项

6.3.5实验内容与实验步骤

6.4异步电动机SPWM与电压空间矢量控制变频调速系统

6.4.1实验目的

6.4.2实验系统组成及工作原理

6.4.3实验设备和仪器

6.4.4注意事项

6.4.5实验内容与实验步骤

6.5基于直接转矩控制变频调速系统实验

6.5.1实验目的

6.5.2实验系统组成及工作原理

6.5.3实验设备和仪器

6.5.4实验内容与实验步骤

第三篇机械负载模拟原理与船舶电力推进系统实验

第7章机械负载模拟原理

7.1机械负载特性

7.1.1典型的机械负载转矩特性

7.1.2螺旋桨负载转矩特性

7.2机械负载模拟的基本原理

7.2.1机械负载模拟装置的构成

7.2.2直流电机机械负载模拟的动态结构

7.2.3直流电机机械负载模拟的系统校正

7.3直流电机模拟机械负载仿真

7.3.1直流电机模拟机械负载的仿真程序

7.3.2反抗性恒转矩机械负载模拟的仿真

7.3.3位能性恒转矩机械负载模拟的仿真

7.3.4通风机类机械负载模拟的仿真

7.3.5恒功率机械负载模拟的仿真

7.3.6机械负载转矩模拟动态性能的仿真

第8章船舶螺旋桨负载模型及仿真

8.1船舶水平面运动模型

8.1.1船舶直航推进运动方程

8.1.2船舶航行阻力特性

8.2螺旋桨负载模型

8.2.1螺旋桨的推力和阻转矩

8.2.2考虑船桨相互作用的螺旋桨负载模型

8.3船舶螺旋桨负载特性仿真

8.3.1考虑船舶影响的螺旋桨负载仿真模型

8.3.2考虑船舶影响的螺旋桨推进器仿真

8.4船舶螺旋桨负载特性仿真实验

8.4.1实验目的

8.4.2实验内容

8.4.3预习要求

8.4.4实验设备

8.4.5注意事项

8.4.6实验步骤

第9章船舶螺旋桨负载模拟实验装置

9.1螺旋桨负载模拟装置的硬件设计

9.2螺旋桨负载模拟装置软件

9.3船舶螺旋桨负载模拟系统测试

9.4船舶电力推进装置实验

9.4.1实验目的

9.4.2实验内容

9.4.3预习要求

9.4.4实验设备

9.4.5注意事项

9.4.6实验步骤

实验报告一： 晶闸管电动机参数测定实验

实验报告二： 速度、电流双闭环调速系统实验

实验报告三： 逻辑无环流可逆调速系统实验

实验报告四： 双闭环H桥可逆直流脉宽调速系统实验

实验报告五： 三相异步电动机变压调速系统实验

实验报告六： 三相异步电动机串级调速系统实验

实验报告七： 三相异步电动机矢量控制系统实验

实验报告八： 基于直接转矩控制变频调速系统实验

实验报告九： 船舶螺旋桨负载特性仿真实验

实验报告十： 船舶电力推进装置实验

参考文献

本书全面介绍了电力拖动控制系统实验中所涉及的基本原理、仿真技术、实验设备及实验过程等内容，并结合应用于电力拖动控制系统实验的机械负载模拟技术对基于直流电机模拟机械负载实现细节进行了介绍。本书针对船舶螺旋桨负载特性进行了数学分析，并对其负载特性模拟的设计和实现过程进行了说明。全书共分三篇：第一篇（第1～3章）为直流电力拖动自动控制系统原理与实践篇，着重介绍基于直流电动机的多种电力拖动控制系统的原理与实验技术；第二篇（第4～6章）为交流电力拖动自动控制系统原理与实践篇，重点以三相异步电动机为研究对象，介绍其拖动控制系统的原理与实验技术；第三篇（第7～9章）为机械负载模拟原理与船舶电力推进系统实验篇，主要从机械负载模拟技术和螺旋桨负载特性原理入手，介绍船舶电力推进系统模拟实验技术。全书针对各种电力拖动控制系统设置了相应的仿真和实验，能够体现理论学习—仿真分析—实验验证的教学过程。本书适合作为高等院校电气工程及其自动化、自动化专业高年级本科生、研究生的教材，同时可为在电力拖动和船舶推进方面比较熟悉或有所了解的广大科技工作者和研究人员提供参考。

“电力拖动控制系统”是一门重要的专业基础课程，具有对象具体、理论性强、实践要求高的特点。随着生产生活中对电力拖动系统提出的各种要求，电力拖动系统不断向控制系统和自动控制系统迈进，并形成多种典型的控制系统结构，其对应产品也获得广泛的应用。
电力拖动控制系统将电机学、电力电子学、微电子学、计算机科学、自动控制理论等多学科有机结合与交叉，是电气工程专业非常重要的研究方向之一。为了突出理论与实践相结合，本书在理论知识的基础上，引入了仿真分析的方法和系统实现的实践案例。本书内容源于工程实际，具有前沿性和先进性，除了传统的交、直流电力拖动控制系统的分析与实践之外，作者还结合科研经验和实验室条件融入了机械负载模拟和船舶电力推进原理与实践等内容，这是其他教学或实验教材中所不具备的。依据本书内容可以实现电力拖动控制系统课程对应的仿真实验和装置实验教学，可以进行船舶电力推进装置的仿真实验和装置实验教学。
本书遵循深入浅出、循序渐进的写作思想以及理论联系实际的原则进行内容安排，以理论为基础，以实验为重点，本书是在电力拖动控制理论基础上的实践延伸。??
（1）内容遵循“理论认知-仿真分析-实践检验”的学习过程进行设置。
（2）仿真分析与实验设计由浅入深，实践环节设置充实且难度适当。
（3）设置了“机械负载模拟技术”与“船舶动力推进系统”的理论与实践环节。