節能電機驅動系統基礎與設計

第1章 電機驅動系統概述 1
1.1 電機驅動系統的基礎知識 3
1.1.1 總體結構 3
1.1.2 電機負載的特性 3
1.1.3 電機與控制器 5
1.1.4 機械系統的運動控制 6
1.2 電機驅動系統組成部分與各章的對應關係 8
參考文獻 11

第2章 永磁同步電機與同步磁阻電機的基礎知識 13
2.1 電機的種類和基本結構 15
2.1.1 電機的種類 15
2.1.2 定子結構及旋轉磁場 16
2.1.3 轉子結構 22
2.2 轉矩產生原理 25
參考文獻 31

第3章 永磁同步電機與同步磁阻電機的數學模型 33
3.1 座標變換 35
3.1.1 什麼是座標變換 35
3.1.2 座標變換矩陣 36
3.2 靜止坐標系模型 40
3.2.1 三相靜止坐標系模型 40
3.2.2 兩相靜止坐標系（α-β坐標系）模型 43
3.3 旋轉坐標系模型 43
3.3.1 d-q坐標系模型 43
3.3.2 考慮鐵損的d-q坐標系模型 48
3.3.3 M-T坐標系模型 49
3.3.4 任意直角坐標系模型 50
3.4 作為控制物件的基本電機模型 51
3.4.1 d-q坐標系基本模型 51
3.4.2 本書使用的電機和設備常數 53
3.5 實際電機模型 56
3.5.1 磁飽和與空間諧波的影響 56
3.5.2 電機參數分析實例 60
參考文獻 63

第4章 電流向量控制方法 65
4.1 電流向量平面上的特性曲線 67
4.2 電流相位與各種特性 72
4.2.1 電流恒定時的電流相位控制特性 72
4.2.2 轉矩恒定時的電流相位控制特性 76
4.2.3 電流相位控制特性小結 77
4.3 各種電流向量控制方法 78
4.3.1 優選轉矩/電流控制 78
4.3.2 優選轉矩/磁鏈控制（優選轉矩/感應電壓控制） 80
4.3.3 弱磁控制 83
4.3.4 優選效率控制 85
4.3.5 cosφ=1控制 86
4.4 考慮電流、電壓的控制方法 86
4.4.1 電流向量 86
4.4.2 電流、電壓下的電流向量控制 88
4.4.3 優選輸出功率控制 91
4.5 電流向量控制系統 97
4.5.1 電流指令值生成方法 97
4.5.2 解耦電流控制 100
4.5.3 電流控制系統 104
4.5.4 電流向量控制系統特性示例 107
4.6 電機參數變化的影響 111
參考文獻 115

第5章 無感測器控制 117
5.1 無感測器控制概要 119
5.2 基於感應電壓的無感測器控制 120
5.2.1 基於感應電壓的位置估計的基礎 120
5.2.2 基於估計d-q坐標系擴展反電動勢模型的位置和速度估計 123
5.2.3 基於擴展反電動勢模型的位置/速度估計單元 124
5.2.4 擴展反電動勢估計方式無感測器控制 127
5.2.5 擴展反電動勢估計方式中參數誤差的影響 129
5.3 基於凸極性的無感測器控制 131
5.3.1 基於凸極性的位置估計基礎 131
5.3.2 估計d-q坐標系的高頻電壓注入方法 132
5.3.3 極性判斷方法 136
5.4 高頻注入式與擴展反電動勢估計式全速域無感測器控制 137
參考文獻 141

第6章 直接轉矩控制 143
6.1 轉矩和磁鏈控制的原理 145
6.1.1 轉矩控制 145
6.1.2 磁鏈控制 147
6.1.3 控制條件 148
6.2 基本特性曲線 152
6.3 轉矩和磁鏈指令值 156
6.3.1 優選轉矩/電流控制 156
6.3.2 弱磁控制 158
6.3.3 電流極限的轉矩極限 158
6.3.4 優選轉矩/磁鏈控制 158
6.4 DTC系統的構建 159
6.4.1 電樞磁鏈估計 159
6.4.2 開關表方式 161
6.4.3 參考磁鏈向量計算方式 165
6.4.4 改善DTC控制特性的方法 173
6.4.5 DTC電機驅動系統的運轉特性 178
參考文獻 180

第7章 逆變器和感測器 181
7.1 電壓源型逆變器的基本結構與原理 183
7.1.1 電壓源型三相逆變器的PWM控制 183
7.1.2 提高電壓利用率的調製方式 186
7.2 死區時間的影響與補償 189
7.2.1 死區時間的影響 189
7.2.2 死區時間的補償方法 190
7.3 電機驅動用感測器 192
7.3.1 機械量感測器 192
7.3.2 電量感測器 196
參考文獻 198

第8章 數字控制系統設計 199
8.1 數字控制系統的基本結構 201
8.1.1 硬體結構 201
8.1.2 軟件處理和中斷處理 203
8.2 控制系統的數字化 203
8.3 數字化的注意事項 207
8.3.1 採樣定理 207
8.3.2 量化誤差 208
8.3.3 感測器誤差補償 210
8.3.4 延遲的影響 210
參考文獻 211

第9章 電機測試系統及特性測量 213
9.1 測試系統的結構 215
9.2 初始設置（實驗準備） 218
9.2.1 正轉方向和相序、Z位置的確定 219
9.2.2 電氣系統常數的測量方法 221
9.2.3 機械系統常數的測量方法 230
9.2.4 感測器零點補償 232
9.3 基本特性測量 232
9.3.1 電流相位-轉矩特性 232
9.3.2 速度-轉矩特性、效率圖 232
9.4 損耗分離 234
參考文獻 235