特種電機及其控制
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【作 者】孫建忠 白鳳仙 編著
【I S B N 】978-7-5084-2869-2
【責任編輯】張玉玲
【適用讀者群】本科
【出版時間】2006-06-01
【開 本】16開本
【裝幀信息】平裝(光膜)
【版 次】第1版
【頁 數】224
【千字數】
【印 張】
【定 價】¥22
【叢 書】21世紀機械制造及其自動化系列
【備注信息】
簡介
本書特色
前言
章節列表
精彩閱讀
下載資源
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現代特種電機技術是一門集電機技術、材料科學、計算機技術、現代控制理論、微電子技術和電力電子技術等現代科學技術于一體的新型技術。本書主要介紹一些正在興起和已經取得廣泛應用的特種電機的原理、分析及其控制方法。
全書共7章,緒論部分介紹了特種電機的分類、應用及發展趨勢。第1章介紹無刷直流電動機的結構、原理、主要特性和驅動控制系統。第2章介紹開關磁阻電動機的工作原理、分析方法、控制策略和驅動控制系統。第3章介紹步進電動機的工作原理、靜動態特性和驅動控制方法。第4章和第5章分別介紹直線電機和盤式電機的原理及結構特點。第6章介紹超聲波電機的原理、結構和控制及其發展概況。
本書適合作為高等院校電氣工程及其自動化專業和機電一體化專業的教學用書,也可作為相關領域的研究生和工程技術人員的參考書。
嘗試將特種電機本體及其驅動控制系統作為一個整體來講解,以適應特種電機的發展趨勢,力求貫徹理論聯系實際的原則;既講清基本原理和基本概念,又注重解決問題的方法
微電子技術、電子計算機技術、電力電子技術和材料科學的飛速發展推動了特種電機的
發展。電機技術所依托的理論和技術基礎已遠不限于電磁理論,還包括控制理論、系統理
論、計算機技術、信號處理技術、電力電子技術等,形成了各學科互相滲透、互相交叉,甚至互
相融合的現象。可以說,現代特種電機技術是集電機技術、材料科學、計算機技術、現代控制
理論、微電子技術和電力電子技術等現代科學技術于一體的新技術。
《特種電機及其控制》教材在編寫時,嘗試將特種電機本體及其驅動控制系統作為一個
整體來講解,以適應特種電機的發展趨勢,并力求貫徹理論聯系實際的原則,既講清基本原
理和基本概念,又注重解決問題的方法。希望學生能夠從中領會各類知識的綜合應用技巧,
培養分析問題和解決問題的能力。
本書主要介紹了無刷直流電動機、開關磁阻電動機、步進電動機和超聲波電動機這些新
型的機電一體化電機的原理、分析與控制方法,并介紹了直線電機和盤式電機的原理及其結
構特殊性。為了便于教學,在保持全書系統性和完整性的基礎上,各章自成體系,各院校可
以根據具體需要有選擇地講授其中一種或幾種電機。
本書由大連理工大學孫建忠教授和白鳳仙老師共同編寫。太原理工大學張春鎬教授擔
任本書主審,張春鎬教授和大連理工大學楊振強副教授對教材內容的取舍和寫法提出了許
多寶貴意見,并對全書進行了仔細審閱;大連理工大學劉鳳春副教授、董恩源博士和武漢工
業學院秦士宏博士、周龍博士、李智博士參加了本書內容的討論,并對部分章節的修改提出
了寶貴意見;研究生宋偉官、邵長久、盛瑞明、李丹等參與了本書的資料收集與整理、文字輸
入、圖形繪制和校對工作,在此表示深切的謝意。本書在編寫中參考了國內外有關的研究成
果和文獻,對這些文獻的作者也一并致謝。
編者學識有限,難免存在失誤或不當之處,懇請廣大讀者不吝批評指教。
編 者
2005年1月
前言
緒論…………………………………………………………………………………………(1)
O.1特種電機的定義與類型……………………………………………………………(1)
0.2特種電機的應用……………………………………………………………………(2)
0.3特種電機的發展方向………………………………………………………………(3)
0.4本課程的內容簡介和使用說明……………………………………………………(5)
參考文獻…………………………………………………………………………………(5)
第1章無刷直流電動機及其控制系統…………………………………………………(6)
1.1無刷直流電動機系統………………………………………………………………(6)
· 1.1.1無刷直流電動機的組成………………………………………………………(6)
1.1.2無刷直流電動機的基本工作原理…………………………………………(11)
1.1.3無刷直流電動機與永磁同步電動機………………………………………(12)
1.1.4無刷直流電動機的特點……………………………………………………(14)
1.1.5無刷直流電動機的發展概況………………………………………………(15)
1.1.6無刷直流電動機的應用與研究動向………………………………………(15)
1.2三相無刷直流電動機的主電路及其工作方式…………………………………(16)
1.2.1星形連接三相半橋主電路…………………………………………………(17)
1.2.2星形連接三相橋式主電路…………………………………………………(18)
1.2.3角形連接三相橋式主電路…………………………………………………(20)
1.3無刷直流電動機的電樞反應……………………………………………………(22)
1.4無刷直流電動機的基本公式……………………………………………………(23)
1.4.1無刷直流電動機的數學模型………………………………………………(23)
1.4.2無刷直流電動機的反電動勢………………………………………………(24)
1.4.3無刷直流電動機穩態性能的動態模擬……………………………………(25)
1.4.4無刷直流電動機穩態性能的簡化分析……………………………………(26)
1.5無刷直流電動機的運行特性……………………………………………………(28)
1.5.1機械特性……………………………………………………………………(28)
1.5.2調節特性……………………………………………………………………(28)
1.5.3工作特性……………………………………………………………………(28)
1.6無刷直流電動機的轉矩脈動……………………………………………………(29)
1.6.1 轉矩脈動的定義及引起轉矩脈動的原因…………………………………(29)
1.6.2換相與轉矩脈動……………………………………………………………(30)
1.7無刷直流電動機轉子位置信號的檢測…………………………………………(34)
1.7.1轉子位置傳感器……………………………………………………………(34)
1.7.2常用的無位置傳感器位置檢測方法………………………………………(36)
1.7.3利用反電動勢檢測轉子位置………………………………………………(37)
1.8無刷直流電動機的控制原理及其實現…………………………………………(41)
1.8.1 無刷直流電動機控制系統原理……………………………………………(41)
1.8.2數字控制系統中PID控制算法的實現……………………………………(41)
1.8.3 PWM調制方式………………………………………………………………f42)
1.8.4正反轉運行控制……………………………………………………………(44)
1.8.5控制系統的實現……………………………………………………………(47)
1.9無刷直流電動機控制專用集成電路及其應用…………………………………(50)
1.9.1無刷直流電動機專用集成電路……………………………………………(50)
1.9.2無刷直流電動機控制器MC33033的應用…………………………………(52)
1.9.3無位置傳感器無刷直流電動機控制器ML,4428的應用……………………(54)
1.10無刷直流電動機的單片機控制…………………………………………………(58)
1.10.1 電機控制用單片機的選擇…………………………………………………(58)
1.10.2基于C8051單片機的無刷直流電動機控制………………………………(58)
1.10.3基于MCS一96系列單片機的控制系統……………………………………(60)
1.11 基于I)SP’的無刷直流電動機無位置傳感器控制………………………………(67)
1.11.1‘FMS320LF2407的事件管理器簡介………………………………………(68)
1.11.2反電動勢過零點檢測………………………………………………………(69)
1.11.3無位置傳感器控制中無刷直流電動機的起動……………………………(73)
1.11.4電流信號的檢測……………………………………………………………f74)
1.11.5故障處理與保護電路………………………………………………………(75)
1.11.6控制方法與軟件、……………………………………………………………f76)
本章小結……….………………………………………………………………………..r77、
練習與思考………:……………………………………………………………………..f78)
技能擴展…………………………………………………………………………………f78)
參考文獻…………………………………………………………………………………f781
第2章開關磁阻電機及其控制系統……………………………………………………(80)
2.1開關磁阻電動機傳動系統………………………………………………………(80)
2.1.1 開關磁阻電動機傳動系統的組成…………………………………………(80)
2.1.2開關磁阻電動機的工作原理………………………………………………(81)
2.1.3開關磁阻電動機的相數與結構……………………………………………(83)
2.1.4開關磁阻電動機傳動系統的特點…………………………………………(86)
2.1.5開關磁阻電動機的發展概況………………………………………………(87)
2.1.6開關磁阻電機的應用與研究動向…………………………………………(88)
2.2開關磁阻電機的基本方程與性能分析…………………………………………(89)
2.2.1 SR電機的基本方程………………………………………….……………..(89)
2.2.2基于理想線性模型的SR電動機分析………………………………………(91)
2.2.3考慮磁路飽和時SR電動機的分析…………………………………………(95)
2.3開關磁阻電動機的控制原理……………………………………………………f97)
2.3.1 SR電動機的運行特性………………………………………………………(97)
2.3.2 SR電動機的基本控制方式…………………………………………………f98)
2.3.3 SR電動機的起動運行……………………………………………………(101)
2.3.4 SR電動機的四象限運行控制……………………………………………(102)
2.4開關磁阻電動機的功率變換器…………………………………………………f103)
2.4.1功率變換器常見的主電路形式…………………..……………………….f104)
2.4.2功率開關器件和續流二極管的選用………………………………………f107)
2.4.3主電路設計實例……………………………………………………………f108)
2.5開關磁阻電動機傳動系統的反饋信號檢測……………………………………(110)
2.5.1位置信號檢測………………………………………………………………fll0)
2.5.2速度檢測……………………………………………………………………f115)
2.5.3電流檢測……………………………………………………………………f118)
2.6開關磁阻電動機的控制系統原理及其實現……………………………………f121)
. 2.6.1 SRD控制系統原理圖………………………………………………………f 121)
2.6.2 SRD控制系統的實現方法…………………………………………………f1211
2.6.3 SRD系統中的數字PID算法……………………………………..……….(122)
2.7基于80C196單片機的開關磁阻電動機控制器………………………………(123)
2.7.1 MCS一96系列單片機的特點………………………………………………f123)
2.7.2基于80C196KC單片機的SRD控制系統硬件……………………………(124)
2.7.3控制系統軟件簡介……………………………………………..………….f129)
2.8基于’rMS320LF2407 DSF’的開關磁阻電動機控制器…………………………(132)
2.8.1 TMS320x24x系列DSF’控制器的特點……………………………………(132)
2.8.2基于‘rMS3201_。F2407:DSF’的SRD控制器硬件……………………………(133)
2.8.3基于irMS320LF2407 I)St’的SRD控制策略實現…………………………(135)
2.9開關磁阻發電機…………………………………………………………………f137)
2.9.1開關磁阻發電機系統的組成………一……………………………………f137)
2.9.2開關磁阻發電機的工作原理………………………………………………f139)
2.9.3開關磁阻發電機的能量傳遞………………………………………………f140)
2.9.4開關磁阻發電機的控制策略………………………………………………(142)
本章小結………………………………………………………………………………f143)
練習與思考……………………………………………………………………………f144)
技能擴展………………………………………………………………………………f145)
參考文獻………………………………………………………………………………f1451
第3章步進電動機及其控制…………………………………………………………(147)
3.1步進電動機的結構與工作原理…………………………………………………(147)
3.1.1步進電動機的工作原理……………………………………………………f147)
3.1.2反應式步進電動機…………………………………………………………f149)
3.1.3永磁式和混合式步進電動機………………………………………………f 151)
3.1.4步進電動機的特點…………………………………………………………(153)
3.2反應式步進電動機的特性………………………………………………………(153)
3.2.1步進電動機的靜態特性……………………………………………………(153)
3.2.2步進電動機的單步運行……………………………………………………(156)
3.2.3步進電動機的連續運行和動特性…………………………………………(157)
3.3步進電動機驅動控制器的構成…………………………………………………f161)
3.4步進電動機的功率驅動電路……………………………………………………(162)
3.4.1單極性驅動電路……………………………………………………………(162)
3.4.2雙極性驅動電路……………………………………………………………(165)
3.5步進電動機的角度細分控制……………………………………………………(167)
3.5.1角度細分控制原理…………………………………………………………(167)
3.5.2角度細分控制的電路實現…………………………………………………(169)
3.5.3細分控制專用集成電路……………………………………………………(170)
3.6步進電動機的單片機控制………………………………………………………(172)
3.6.1脈沖分配……………………………………………………………………(172)
3.6.2步進電動機的速度控制……………………………………………………(175)
3.6.3步進電動機的加減速與定位控制…………………………………………(176)
本章小結………………………………………………………………………………(178)
練習與思考……………………………………………………………………………(178)
參考文獻………………………………………………………………………………f179)
第4章直線電動機……………………………………………………………………(180)
4.1直線電動機概述………………...………………………………………………(180)
4.1.1直線電動機的原理與分類…………………………………………………(180)
4.1.2直線電動機傳動的特點……………………………………………………(182)
4.1.3直線電動機的發展…………………………………………………………f182)
4.2直線感應電動機…………………………………………………………………(183)
4.2.1直線感應電動機的基本原理………………………………………………(183)
4.2.2直線感應電動機的結構特點………………………………………………(184)
4.3直線直流電動機…………………………………………………………………f185)
4.3.1永磁式………………………………………………………………………(185)
4.3.2電磁式………………………………………………………………………f186)
本章小結…………………………………………..………………………………….f1871
練習與思考……………………………………………………………………………(187)
技能擴展………………………………………………………………………………(187)
參考文獻………………………………………………………………………………(188)
第5章盤式電機………………………………………………………………………(189)
5.1盤式電機概況……………………………………………………………………(189)
5.2盤式直流電機……………………………………………………………………(190)
5.2.1盤式直流電機的結構特點…………………………………………………(190)
5.2.2盤式直流電機的基本電磁關系……………………………………………(192)
5.3盤式永磁同步電機的結構和特點………………………………………………(193)
5.3.1盤式永磁同步電機的常見結構……………………………………………(193)
5.3.2盤式無刷直流電動機………………………………………………………(195)
本章小結………………………………………………………………………………(196)
練習與思考……………………………………………………………………………(196)
技能擴展………………………………………………………………………………(196)
參考文獻………………………………………………………………………………(197)
第6章超聲波電動機…………………………………………………………………(198)
6.1超聲波電動機概況………………………………………………………………(198)
6.1.1超聲波電動機的基本原理…………………………………………………(198)
6.1.2超聲波電動機的發展………………………………………………………(199)
6.1.3超聲波電動機的優點及其應用……………………………………………(200)
6.1.4超聲波電機存在的問題及研究重點………………………………………(201)
6.2超聲波電動機的常見結構與分類………………………………………………(202)
6.2.1超聲波電動機的常見結構…………………………………………………(202)
6.2.2超聲波電動機的分類………………………………………………………(205)
6.3行波型超聲波電動機的運行機理………………………………………………(206)
6.3.1行波的形成…………………………………………………………………(206)
6.3.2超聲波電動機的調速機理…………………………………………………(208)
6.4行波型超聲波電動機的驅動控制………………………………………………(209)
6.4.1行波型超聲波電動機的調速控制方法……………………………………(209)
6.4.2逆變器主回路………………………………………………….-..…………(210)
6.4.3頻率跟蹤技術………………………………………………………………(210)
本章小結………………………………………………………………………………(212)
練習與思考……………………………………………………………………………(212)
技能擴展……………………………………………吖………………………………(212)
參考文獻………………………………………………………………………………(213)