具体描述
本书主要论述特种电机的原理、设计及其计算机控制与仿真，全书共分四章，书后备有附录。
异步电机变频调速系统设计与应用实例 书籍简介 本书聚焦于工业领域应用最为广泛的交流电机之一——异步电机，系统阐述了其变频调速技术的原理、设计方法、控制策略以及在实际工程中的应用。全书内容涵盖从电机基础理论到复杂控制系统的构建，旨在为电气工程、自动化、机电一体化等相关专业的工程师和研究人员提供一本全面、深入且实用的技术参考手册。 第一部分：异步电机基础与变频调速原理 本部分首先回顾异步电机的结构、工作原理、电磁性能参数的标定与测试方法。详细分析了异步电机在不同负载条件下的转矩-转速特性，并引入了传统的有级调速方法（如改变定子绕组联线、改变极对数）的局限性，为引入现代变频调速技术奠定理论基础。 核心内容在于变频调速的基本原理。我们将深入探讨交流电源的整流、逆变、滤波等环节在变频器中的作用。重点阐述了脉冲宽度调制（PWM）技术，尤其是正弦波脉宽调制（SPWM）和空间矢量脉宽调制（SVPWM）的数学模型、矢量分解与合成过程。对于SVPWM，本书不仅给出其开关序列的推导过程，还分析了其在提高电压利用率和降低输出谐波方面的显著优势。 此外，本部分还对变频器中的功率器件（如IGBT、MOSFET）选型、驱动电路设计以及热管理进行了详尽的论述，确保读者能理解硬件基础对系统性能的影响。 第二部分：异步电机矢量控制理论 异步电机的精确速度和转矩控制是现代工业传动系统的核心要求。本书将矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）作为异步电机高性能控制的主线进行讲解。 首先，基于两相静止坐标系下的电压、电流和磁链方程，推导出将定子电流矢量解耦到转矩和磁链两个分量上的数学变换——Park（d-q）变换。详细分析了坐标变换的物理意义，即如何实现对异步电机磁链和转矩的独立控制。 理论阐述后，本书将重点放在直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）与磁链定向的矢量控制（Vector Control, VC）的对比与实现。 磁链定向矢量控制（VC）： 详细介绍如何通过转子磁链定向实现电流的解耦控制。内容包括磁链观测器的设计，如基于定子量的观测器（如滑膜观测器）和基于转子等效电路参数的观测器。重点讲解了PI调节器的设计与参数整定方法，包括电流环和速度环的带宽选择，确保系统的动态响应速度和稳态精度。 直接转矩控制（DTC）： 分析DTC的原理，即通过实时检测转矩和磁链，并利用滞环比较器和开关表直接选择合适的电压矢量进行控制，实现快速的动态响应。本书将对比DTC在开关频率恒定性方面的不足，并介绍改进的开关表策略。 为解决参数辨识的难题，本书还专辟章节讨论了在线参数辨识技术，特别是针对变频器工作时定子电阻随温度变化的补偿策略，以维持矢量控制的精度。 第三部分：系统集成与软件实现 本部分将理论知识转化为实际可操作的工程实现。我们将以主流的微控制器（如基于DSP或高性能ARM Cortex-M7内核的芯片）为例，指导读者如何构建变频调速系统。 软件架构设计： 介绍实时操作系统（RTOS）在控制系统中的应用，讨论多任务调度、中断优先级设置以及控制周期同步机制。 数字信号处理（DSP）： 详细阐述实现Park/Clark变换、磁链/转矩计算所需的数字滤波算法（如低通滤波、陷波滤波）和数字积分器的实现，确保计算的实时性和准确性。 PWM信号生成： 阐述如何精确控制六路互补的PWM信号输出，包括死区时间的设置与补偿，以保护功率器件并保证逆变器输出波形的质量。 第四部分：实际应用案例与工程优化 本书的实践性体现在对多个典型应用场景的深入分析。 1. 高精度定位系统： 讨论在伺服驱动领域，异步电机如何通过更高带宽的速度/位置控制环实现与同步电机相媲美的动态性能，包括如何处理反向驱动和重载启动问题。 2. 风机/泵类负载的节能控制： 探讨恒转矩和恒压（$V/f$）控制策略在不同应用中的切换，并结合系统仿真分析其节能效果。 3. 多电机协同驱动： 介绍在输送带或卷绕设备中，如何利用总线通讯（如EtherCAT或CANopen）实现多台变频器之间的速度和相位同步控制。 此外，本书还涵盖了电机驱动中常见的故障诊断与保护技术，如过流保护、过压/欠压保护、过温保护以及接地故障检测，这些是保障工业设备长期稳定运行的关键因素。 总结 《异步电机变频调速系统设计与应用实例》力求理论与实践紧密结合，不仅为读者提供了坚实的变频控制理论基础，更通过详细的工程实现步骤和丰富的应用案例，指导工程师将复杂的控制算法成功部署到实际工业设备中，是理解和掌握现代交流调速技术的必备参考书。
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