交直流調(diào)速控制系統(tǒng)教學(xué)大綱

1、交直流調(diào)速控制系統(tǒng)課程教學(xué)大綱課程代碼：060431009課程英文名稱：Ac/Dcspeedcontrolsystem課程總學(xué)時(shí)：40講課：40實(shí)驗(yàn)：00上機(jī)：00適用專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化大綱編寫時(shí)間：2017.11課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)必修課學(xué)分：5一、大綱使用說明（一）課程的地位及教學(xué)目標(biāo)交直流調(diào)速控制系統(tǒng)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。是從專業(yè)基礎(chǔ)課走向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)和工程應(yīng)用研究的紐帶，具有承上啟下的作用。本課程根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中電力拖動(dòng)的特點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，以自動(dòng)控制理論和電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，以交直流電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，系統(tǒng)地介紹典型電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和

2、參數(shù)整定方法，以及在工業(yè)應(yīng)用中必須注意的有關(guān)問題。通過交直流調(diào)速控制系統(tǒng)的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域的基本概念、基本規(guī)律和基本分析與設(shè)計(jì)方法，樹立理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決有關(guān)電機(jī)調(diào)速控制問題的能力，為以后從事電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的調(diào)速、新能源風(fēng)力發(fā)電工作奠定必要的基礎(chǔ)。（二）知識(shí)、能力及技能方面的基本要求1基本知識(shí)：掌握交直流調(diào)速控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論。2基本理論和方法：掌握各種常見典型電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、原理、特性、分析、設(shè)計(jì)。3基本技能：掌握各種常見典型電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。同時(shí)具有一定的分析和解決有關(guān)自動(dòng)控制實(shí)際問題的能力。（三）實(shí)施說明1教學(xué)方

3、法：課堂講授中要重點(diǎn)對(duì)基本概念、基本方法和解題思路的講解；采用啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力；引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)踐和自學(xué)獲取知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力；增加討論課，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性；注意培養(yǎng)學(xué)生提高利用新技術(shù)及查找資料的能力。講課要聯(lián)系實(shí)際并注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2教學(xué)手段：本課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中采用電子教案、CAI課件及多媒體教學(xué)系統(tǒng)等先進(jìn)教學(xué)手段，以確保在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，全面、高質(zhì)量地完成課程教學(xué)任務(wù)。3講授內(nèi)容：明確各部分內(nèi)容在課程整體中所處的地位，應(yīng)對(duì)課程各環(huán)節(jié)實(shí)施統(tǒng)一調(diào)配，從而增強(qiáng)教學(xué)的效果。（四）對(duì)先修課的要求本課程的教學(xué)必須在完成先修課程之

4、后進(jìn)行。本課程主要的先修課程有高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、電路、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)等。（五）對(duì)習(xí)題課、實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求本大綱立足于應(yīng)用能力的培養(yǎng)，習(xí)題從教材中選取，布置作業(yè)并要求學(xué)生按時(shí)交作業(yè)。（六）課程考核方式1考核方式：考試2考核目標(biāo)：在考核學(xué)生對(duì)交直流調(diào)速控制系統(tǒng)基本知識(shí)、基本原理與方法理解的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)單閉環(huán)直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)、雙閉環(huán)直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性的分析能力和設(shè)計(jì)能力。3成績(jī)構(gòu)成：本課程的總成績(jī)主要由二部分組成：平時(shí)成績(jī)（包括出勤情況、課堂表現(xiàn)、作業(yè)情況等）占20%，期末考試成績(jī)占80%。平時(shí)成績(jī)由任課教師視具體情況按百分制給

5、出；期末考試成績(jī)由試卷按百分制給出。（七）使用教材及參考書目本課程的使用教材：交直流調(diào)速控制系統(tǒng)，張紅蓮、劉崇倫等編（十二五規(guī)劃教材），中國電力出版社，2011。參考書目：1 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，陳伯時(shí)編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2006。2 電機(jī)控制，許大中、賀益康編著，浙江大學(xué)出版社，2002。3 電機(jī)控制系統(tǒng)，王鑒光編著，機(jī)械工業(yè)出版社，1994。4 現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)，張勇軍等，機(jī)械工業(yè)出版社.2014.二、中文摘要交直流調(diào)速控制系統(tǒng)是一門工程技術(shù)類課程，是一門綜合性較強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)的課程，本課程著重分析了電機(jī)控制的基本理論和方法。學(xué)生通過本大綱所規(guī)定的全部教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可以掌

6、握電機(jī)控制的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，并具有分析電機(jī)控制系統(tǒng)特性，初步設(shè)計(jì)電機(jī)控制系統(tǒng)的能力，為今后從事電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的調(diào)速、新能源風(fēng)力發(fā)電工作奠定必要的基礎(chǔ)。三、課程學(xué)時(shí)分配表章次章節(jié)名稱總學(xué)時(shí)講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)0緒論111電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)222直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)基礎(chǔ)663直流可控電源-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)664直流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)10105異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)基礎(chǔ)556基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)887基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)22合計(jì)4040四、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第0部分緒論總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：1講課：1實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0具體內(nèi)容：1）交直流調(diào)速控制系統(tǒng)組成及其相

7、關(guān)學(xué)科2）交直流調(diào)速技術(shù)概況3）課程的目的。重點(diǎn)：交直流控制系統(tǒng)的基本組成。第1部分電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：2講課：2實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0具體內(nèi)容：1）電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成、電力拖動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程式。2）生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。3）電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件重點(diǎn)：電力拖動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程式。難點(diǎn)：電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件作業(yè)：生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性。第2部分直流電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)基礎(chǔ)總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：6講課：6實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0第2.1部分他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程。2）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。重點(diǎn)：他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。

8、難點(diǎn)：人為機(jī)械特性。第2.2部分他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)及制動(dòng)（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）對(duì)起動(dòng)的要求。2）電樞回路串電阻起動(dòng)。3）降壓起動(dòng)。重點(diǎn)：電樞回路串電阻起動(dòng)。第2.3部分他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）能耗制動(dòng)。2）反接制動(dòng)。3）回饋制動(dòng)（再生制動(dòng)）。重點(diǎn)：能耗制動(dòng)。難點(diǎn)：回饋制動(dòng)（再生制動(dòng)）。第2.4部分他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速（講課2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）調(diào)速指標(biāo)。2）電樞串電阻調(diào)速。3）弱磁調(diào)速。4）改變電樞電壓調(diào)速。重點(diǎn)：電樞串電阻調(diào)速。難點(diǎn)：改變電樞電壓調(diào)速。第2.5部分直流調(diào)速方式與負(fù)載的配合（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）電動(dòng)機(jī)的容許輸出。2）他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式的

9、分類。3）負(fù)載類型與電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式的匹配。重點(diǎn)：負(fù)載類型與電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式的匹配。難點(diǎn)：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載配恒功率調(diào)速方式。作業(yè)：直流電機(jī)的機(jī)械特性、起動(dòng)及制動(dòng)計(jì)算。第3部分直流可控電源-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：6講課：6實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0第3.12部分可控直流電源（講課2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）可控整流電源。2）脈寬調(diào)制（PWM）變換電源。重點(diǎn)：脈寬調(diào)制（PWM）變換電源。難點(diǎn)：脈寬調(diào)制（PWM）變換電源。第3.2部分相控整流-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（講課2學(xué)時(shí)）（也稱晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)）具體內(nèi)容：1）可控直流電源的數(shù)學(xué)模型。2）電流脈動(dòng)及其波形的連續(xù)與斷續(xù)。3）抑制電流脈動(dòng)的措施。4）

10、相控整流-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性。5）晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳輸函數(shù)。重點(diǎn)：抑制電流脈動(dòng)的措施。難點(diǎn)：晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳輸函數(shù)。第3.3部分直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（講課2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。2）直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性。3）PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型。4）電能回饋與泵升電壓的限制。重點(diǎn)：直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。難點(diǎn)：雙極式控制的橋式可逆PWM變換器。作業(yè)：調(diào)速范圍及靜差率計(jì)算。第4部分直流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：10講課：10實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0第4.1部分轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（講課2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

11、組成及靜態(tài)特性。2）直流閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計(jì)算。3）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析。4）反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件。重點(diǎn)：閉環(huán)靜特性與開環(huán)機(jī)械特性的比較；閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。難點(diǎn)：?jiǎn)伍]環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析；反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件第4.2部分無靜差調(diào)速系統(tǒng)和積分控制規(guī)律（講課2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）比例調(diào)節(jié)器特性。2）比例積分調(diào)節(jié)器。3）無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算。重點(diǎn)：比例積分調(diào)節(jié)器。難點(diǎn)：比例積分控制規(guī)律。第4.3部分單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）電流負(fù)反饋?zhàn)饔脵C(jī)理。2）電流截止負(fù)反饋。3）帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性。

12、重點(diǎn)：靜特性方程和特性曲線。難點(diǎn)：電流截止負(fù)反饋。第4.4部分轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（講課2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性。2）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。3）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程。4）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能。重點(diǎn)：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成；穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性。難點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算。第4.5部分調(diào)速器的工程設(shè)計(jì)方法（講課2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）工程設(shè)計(jì)方法的基本思路。2）典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系。3）非典型系統(tǒng)的典型化。重點(diǎn)：典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系。難點(diǎn)：非典型系統(tǒng)的典型化。第4.7部分弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)

13、容：1）變壓與弱磁的配合控制。2）非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)。重點(diǎn)：變壓與弱磁的配合控制。難點(diǎn)：非獨(dú)立控制勵(lì)磁的調(diào)速系統(tǒng)。作業(yè)：直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算等。第5部分異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)基礎(chǔ)總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：5講課：5實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0第5.1部分三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式。2）三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。重點(diǎn)：實(shí)用表達(dá)式。難點(diǎn)：三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。第5.2部分三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能分析。2）三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法。3）重點(diǎn)：三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法。第5.3部分異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速（講課2學(xué)

14、時(shí)）具體內(nèi)容：1）轉(zhuǎn)差功率消耗型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法。2）轉(zhuǎn)差功率回饋型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法-串級(jí)調(diào)速。3）轉(zhuǎn)差功率不變型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法。重點(diǎn)：轉(zhuǎn)差功率消耗型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法；轉(zhuǎn)差功率回饋型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法-串級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)差功率不變型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法。難點(diǎn)：串級(jí)調(diào)速；變頻調(diào)速。第5.4部分三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)。2）反接制動(dòng)。3）異步電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)。4、異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)小結(jié)。重點(diǎn)：三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)。難點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)。作業(yè)：異步電機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速方法及相關(guān)計(jì)算。第6部分基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）

15、：8講課：8實(shí)驗(yàn)：0上機(jī)：0第6.1部分變壓變頻調(diào)速的基本控制方式（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）基頻以下調(diào)速。2）基頻以上調(diào)速。重點(diǎn)：基頻以下調(diào)速。第6.2部分電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）恒壓恒頻正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。2）基頻以下電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性。3）基頻以上恒壓變頻時(shí)的機(jī)械特性。重點(diǎn)：恒壓恒頻正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。難點(diǎn)：基頻以下電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性。第6.3部分變壓變頻器的主要類型（講課1學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）交-直-交和交-交變壓變頻器。2）電壓源型和電流源型逆變器。3）180導(dǎo)通型和120C導(dǎo)通型逆變器。重點(diǎn)：電壓源型和電流源型逆變器。難點(diǎn)：180導(dǎo)通型和120導(dǎo)通型逆變器。第6.4部分變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)（講課3學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)。2）電流跟蹤PWM。3）消除高次諧波的PWM控制技術(shù)。4）電壓空間矢量PWM控制技術(shù)。重點(diǎn)：正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)。難點(diǎn)：電壓空間矢量PWM控制技術(shù)。第6.5部分異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻調(diào)速（講課2學(xué)時(shí)）具體內(nèi)容：1）轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)-通用變頻器-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。2）轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率