交流电机调速理论与系统

研究生课程教学大纲

课程编号：S293003

课程名称：交流电机调速理论及系统 开课院系：电气学院

任课教师：刘海宽

先修课程：电力电子学、电机及拖动基础 适用学科范围：电气工程、控制科学与工程 学时：54 开课学期：2 课程目的和基本要求：

随着电力电子技术、微电子技术和自动控制理论的发展，交流调速技术日新月异。高性能交流调速系统在冶金、机械、电气、纺织、食品等行业得到了广泛的应用，几乎遍及国民经济各部门的传动领域，交流调速进入了快速的发展阶段。通过本课程的学习，学生可以了解交流电动机的调速方法及发展，能建立交流电动机的数学模型和等值电路，掌握交流调速系统的组成、工作原理和基本分析方法，掌握交流调速系统的控制策略和调速过程中的重要性能，掌握交流调速系统的设计思想及原则；并具有分析交流电机控制系统特性，初步设计交流电机控制系统的能力，为今后从事专业工作打下必要基础。

学分：3 开课形式：

课程主要内容：

第一部分 绪论（2学时）

简述交流调速系统的发展和基本类型，并介绍现代交流调速物质基础的电力电子技术和微机控制技术的最新进展及现代交流调速的主要应用领域。

第二部分 转差功率消耗型调速系统（4学时）

讨论异步电机转差功率消耗型的调速系统，着重分析闭环控制的变压调速系统的电路构成和及调速方法及异步电动机在调压调速时机械特性的变化；介绍降压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用。

第三部分 转差功率馈送型调速系统——绕线转子异步电动机双馈调速系统（6学时） 介绍异步电动机双馈调速的基本原理，在此基础上全面分析次同步电机状态下的双馈系统——串级调速系统，然后着重分析串级调速系统的机械特性，讨论串级调速系统的效率、功率因数、附加装置容量等技术经济指标；为了提高动态性能提出具有转速、电流双闭环控制的串级调速系统，详细介绍双馈调速系统的构成和矢量控制。

第四部分 转差功率不变型调速系统——异步电动机变压变频调速系统（14学时）

介绍异步电机变压变频调速的基本原理和机械特性，讨论基频以下电压-频率协调控制时的机械特性；然后介绍静止式变压变频器的主回路，讨论正弦PWM(SPWM)、电流跟踪PWM(CHBPWM）、消除指定次数谐波PWM（SHEPWM）和电压空间矢量PWM(SVPWM)四种控

制技术，着重分析SVPWM中电压矢量与定子磁链的关系与控制，并介绍交流PWM变频器在异步电动机调速系统中应用的特殊问题；讨论笼型异步电动机转速开环和转速闭环控制系统的构成及控制作用。

第五部分 中压大容量变频技术（4学时）

介绍中压大容量变频技术的各种方案，着重分析三电平逆变器的工作原理和控制策略及单元串联式多电平变频器的工作原理和移相式PWM控制。

第六部分 基于动态模型异步电动机调速系统（12学时）

讨论异步电动机数学模型的非线性、强耦合、多变量性质，然后论述异步电动机三相原始动态数学模型，证明三相原始模型的非独立性，说明简化的必要性和可能性，在此基础上讨论坐标变换及其物理意义，讨论三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型，推导用状态方程描述的异步电动机动态数学模型；分析按转子磁链定向矢量控制的基本原理，说明定子电流励磁分量和转矩分量的解耦作用，讨论矢量控制系统的多种实现方案；讨论定子电压矢量对转矩和定子磁链的控制作用，介绍基于定子磁链控制的直接转矩控制系统；并对两类高性能的的异步电动机调速系统进行比较，分析各自的优缺点。

第七部分 无速度传感器的高性能异步电动机调速系统（2学时） 介绍无速度传感器控制方法的三种类型及其基本概念、基本理论。 第八部分 同步电动机调速系统（6学时）

简述变压变频调速的特点和类型，然后介绍他控式同步电动机调速系统；在此基础上介绍自控式同步电动机的构成，详细分析梯形波永磁同步电动机（无刷直流电动机）的工作原理及调速系统；并详细介绍同步电动机的动态数学模型，分析可控励磁同步电动机按气隙磁链定向和正弦波永磁同步电动机按转子磁链定向的直接转矩控制系统。

第九部分 开关磁阻电动机调速系统（4学时）

介绍开关磁阻电动机调速系统在变速传动系统中的地位、系统组成和工作原理及系统的结构和性能特点；在此基础上分析开关磁阻电机的结构和控制方式。

课程主要教材：

陈伯时，陈敏逊 编著．交流调速系统，机械工业出版社，2005年

主要参考文献：

阮毅，陈伯时 主编．电力拖动自动控制系统，机械工业出版社，2009年 许期英，刘敏军 主编．交流调速技术与系统，化学工业出版社，2010年 李永东 主编．交流电机数字控制系统，机械工业出版社，2002年 胡崇岳 主编．现代交流调速技术，机械工业出版社，1998年 许大中 编著．交流电机调速理论，浙江大学出版社，1991年 陈坚 编著．交流电机数学模型及调速系统，国防工业出版社，1989年

学院审核意见： 学位分委员会审批意见：

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