機電傳動控制 (第四版) 郝用興 9787577203010 【台灣高等教育出版社】

編輯推薦
本書體現了機電結合、理論先導、理論聯繫實際、精練實用的原則。對理論問題抓住本質，闡述要點;對核心內容結合應用，講清講透;深化學生對問題的理解，並且適當引入新技術成果的介紹。全書內容實用、全面，由淺入深、重點突出。特別是，經過第一、二版教材的使用，本教材內容日益完善，通過了河南省第二批「十二五」普通高等教育規劃教材立項，本次改版升級作者正申請河南省十四五規劃教材。

內容簡介
機電一體化技術的水平是反映一個國家當代工業技術水平的重要標誌之一。機電傳動控制課程融合了電力拖動、自動控制原理、計算機技術、繼電器-接觸器控制、電力電子技術等相關知識，是機電一體化技術的重要課程。本書是根據機械設計製造及其自動化專業「機電傳動控制」課程教學大綱編寫的。全書共分11章，內容包括:緒論、機電傳動系統的靜態與動態特性、直流電機的工作原理及特性、交流電動機的工作原理及特性、控制電機與特種電機、機電傳動控制系統中電動機的選擇、繼電器-接觸器控制系統、電動機的計算機控制技術、電力電子技術、直流調速控制系統、交流調速控制系統等。本書除緒論外的其他各章均附有思考題與習題，書末附有部分思考題與習題的參考答案， 以便於讀者自學。為了方便教學，本書還配有免費電子課件。

作者簡介
華北水利水電大學教務處副處長、碩士生導師、博士、教授，中國自動化學會製造技術專業委員會委員、河南省安全生產專家委員會專家、河南省教育廳學術技術帶頭人、鄭州市機械工程學會副秘書長，1985年河南理工大學機械製造工藝及設備本科畢業工學學士，從事機械工程、材料加工、機電一體化科研與教學近30年。

目錄

目錄
第1章緒論(1)
1 1機電傳動控制技術的發展(1)
1 2「機電傳動控制」課程的性質和任務(3)
1 3課程內容安排(4)
第2章機電傳動系統的靜態與動態特性(5)
2 1研究機電傳動系統靜態與動態特性的意義(5)
2 2機電傳動系統的動力學方程(5)
2 3典型生產機械的負載特性(7)
2 4負載轉矩、轉動慣量和飛輪轉矩的折算方法(9)
2 5機電傳動系統的過渡過程(11)
2 6機電傳動系統穩定運行的條件(13)
思考題與習題(14)
第3章直流電機的工作原理及特性(16)
3 1直流電機的基本結構和工作原理(16)
3 2直流發電機和電動機的基本方程(19)
3 3直流電動機的機械特性(21)
3 4直流他勵電動機的啟動特性(26)
3 5直流他勵電動機的調速特性(27)
3 6直流他勵電動機的制動特性(29)
思考題與習題(38)
第4章交流電動機的工作原理及特性(40)
4 1三相非同步電動機的結構和工作原理(40)
4 2三相非同步電動機的定子電路和轉子電路(47)
4 3三相非同步電動機的轉矩與機械特性(49)
4 4三相非同步電動機的啟動特性(53)
4 5三相非同步電動機的調速特性(59)
4 6三相非同步電動機的制動特性(61)
4 7單相非同步電動機(64)
4 8三相同步電動機(66)
思考題與習題(69)
第5章控制電機與特種電機(71)
5 1伺服電動機(71)
5 2力矩電動機(76)
5 3小功率同步電動機(78)
5 4步進電動機(80)
5 5直線電動機(84)
5 6直流無刷電動機(86)
思考題與習題(88)
第6章機電傳動控制系統中電動機的選擇(89)
6 1電動機的溫度變化規律(89)
6 2電動機功率選擇的原則(90)
6 3不同運行方式下電動機功率的選擇(90)
6 4電動機功率選擇的統計法和類比法(93)
6 5電動機的種類、電壓、轉速和結構形式選擇(94)
思考題與習題(96)
第7章繼電器接觸器控制系統(97)
7 1常用低壓電器(97)
7 2電氣控制系統圖的繪製與分析方法(114)
7 3繼電器接觸器控制線路的基本環節(117)
7 4典型生產機械的繼電器接觸器控制線路分析(125)
7 5繼電器接觸器控制系統設計(130)
思考題與習題(133)
第8章電動機的計算機控制技術(135)
8 1計算機控制技術基礎(135)
8 2電動機計算機控制系統的組成與特點(140)
8 3步進電動機的計算機控制(142)
思考題與習題(146)
第9章電力電子技術(147)
9 1電力半導體器件(147)
9 2電力半導體器件的驅動電路(152)
9 3晶閘管調壓電路(157)
9 4逆變電路(163)
9 5脈衝寬度調製控制(167)
思考題與習題(171)
第10章直流調速控制系統(173)
10 1直流調速系統性能指標(173)
10 2有靜差調速系統(175)
10 3無靜差調速系統(178)
10 4轉速、電流雙閉環調速系統(182)
10 5直流脈寬調製調速裝置(187)
10 6數字控制直流調速系統(189)
思考題與習題(198)
第11章交流調速控制系統(200)
11 1非同步電動機閉環控制變壓調速系統(200)
11 2籠型非同步電動機變壓變頻調速系統（VVVF系統）(202)
思考題與習題(210)
附錄(211)
附錄A常用電氣圖形符號(211)
附錄B電氣技術文字元號(214)
附錄C常用符號(216)
附錄DIP防護等級代碼(218)
附錄E部分思考題與習題參考答案(219)
參考文獻(222)

精彩書摘
一般說來，機電傳動系統包括電動機、電氣控制電路及將電動機和運動部件相互聯繫起來的傳動機構。可以把電動機及傳動機構合併在一起稱為「機電傳動」部分；把滿足加工工藝要求，使電動機啟動、制動、反向、調速、快速定位等的電氣控制和電氣操作部分視為「機電傳動控制」部分。隨著現代化進程的加快，人們對機電傳動控制提出了越來越高的要求。在工業方面：專用加工設備、數控機床有很高的控制精度要求；重型數控機床要求很高的調速範圍；可逆式軋機拖動系統正反轉換向頻繁；現代大型生產線、柔性製造系統要求各拖動系統能相互協調。在軍事和航天方面：對火炮瞄準、慣性導航、衛星姿態的控制，不但要求精度高，而且要求穩定性能好。在民用方面：電梯拖動系統，要求啟動、制動快速平穩，停車位置準確可靠；計算機外圍設備和辦公設備中的控制裝置、音像設備和家用電器中的控制裝置，要求結構精巧、功能全、成本低等。
無論是工農業生產、交通運輸、國防、航空航天、醫療衛生、商務與辦公設備，還是日常生活中的家用電器設備，都大量地使用著各種各樣的電動機。據資料統計，現在工業生產企業有90％以上的動力源來自電動機，我國生產的電能大約有60％用於電動機，電動機在現代化生產和生活中起著十分重要的作用。
機電傳動系統是隨著社會生產的發展而不斷發展的。其發展歷程大體經歷了成組拖動、單電動機拖動和多電動機拖動三個階段。成組拖動就是由一台電動機拖動一根天軸，然後由天軸通過傳動帶和帶輪分別拖動各生產機械。機電傳動技術發展的初期，由於電動機成本較高，機械設備常採用這種拖動形式。這種拖動方式生產效率低、勞動條件差，一旦電動機發生故障，將造成成組生產機械停車。單電動機拖動，就是由一台電動機拖動一台生產機械，二十世紀四五十年代的老式切削機床常採用這種拖動形式，至今中小型通用機床仍採用這種拖動形式。但是當一台機械的運動部件較多時，機械傳動機構會十分複雜。多電動機拖動是指一台生產機械的每一運動部件分別由一台專門的電動機拖動，例如，龍門刨床的工作台、左右垂直刀架、側刀架、橫樑、橫樑夾緊機構，均分別由一台電動機拖動。起重機的提升機構、行走機構等均由單獨的電動機拖動。數控車床的主軸、橫向進給機構、縱向進給機構、冷卻系統等也都是分別由不同的電動機拖動的。這種拖動方式不僅大大簡化了生產機械的傳動機構，而且控制靈活，為生產機械的自動化提供了極為有利的條件。隨著電動機製造技術的不斷提高、成本的不斷降低，現代機電傳動系統基本上都採用這種拖動形式。
機電傳動控制系統的發展是隨著微電子技術、電力電子技術、傳感器技術、永磁材料技術、自動控制技術、計算機應用技術的發展而逐步發展的。*早的機電傳動控制系統出現在20世紀初期，能夠實現電動機的簡單控制，即對電動機進行啟動、制動、正反轉控制、順序控制以及有級調速，其控制器件主要是接觸器、繼電器、按鈕、行程開關等，特點是結構簡單、價格低廉、維護方便、抗干擾性強，因此廣泛應用在各類機械設備上。機電傳動控制系統不僅可以方便地實現生產過程自動化，而且還可以實現集中控制和遠距離控制。目前，繼電器接觸器控制仍然是*基本的電氣控制形式之一。但該控制形式採用的是固定接線，通用性和靈活性差；又是利用有觸點的開關動作來實現控制的，工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。20世紀60年代末出現的可編程邏輯控制器(PLC)是由大規模集成電路、電子開關、功率輸出器件等組成的專用微型電子計算機，可代替大量的繼電器，且功耗小、體積小，在機電傳動控制上具有廣闊的應用前景。
直流發電機直流電動機調速的出現，以及電磁放大器、大功率可控水銀整流器調速控制系統的應用，使控制系統從斷續控制階段發展到連續控制階段，實現了電氣無級調速。直流電動機具有良好的啟動、制動和調速性能，可以很方便地在寬範圍內實現平滑無級調速，電氣無級調速具有可靈活選擇速度和極大簡化機械傳動結構的優點，所以20世紀30年代以後，直流調速系統在重型和精密機床上得到了廣泛應用。20世紀60年代以後，由於大功率整流技術和大功率晶體管的發展，直流電動機晶閘管無級調速系統和採用脈寬調製技術的直流調速系統獲得了廣泛應用。
交流調速有許多優點。交流電動機單機容量和轉速大大高於直流電動機；交流電動機無電刷與換向器，易於維護，可靠性高，能用於帶有腐蝕性、易爆性、含塵氣體等的特殊環境中；與直流電動機相比，交流電動機還具有體積小、質量輕、製造簡單、堅固耐用等優點。20世紀70年代以後，隨著半導體交流技術的發展，先後出現了幾種有自關斷能力的全控型功率器件，如門極可關斷晶閘管(GTO)、電力晶體管(GTR)等。其後又出現了功率場效應晶體管(Power MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、MOS控制晶閘管(MCT)等第三代功率器件。這些全控型功率器件取代了普通晶閘管，提高了工作頻率，簡化了電路結構，提高了效率和可靠性。交流電動機的控制技術也從相控變流轉為脈寬調製和變頻控制，交流電動機調速系統進入實用階段。
*新出現的功率集成電路將半導體功率器件與驅動電路、邏輯控制電路、檢測和診斷電路、保護電路集成在一塊晶元上，使功率器件具備了某種智能功能。功率集成電路是電力電子技術與微電子技術相結合的產物，使電力電子控制技術獲得了更加強大的生命力。交流調速已突破關鍵性技術，從實用階段進入擴大應用、系列化的新階段。
計算機技術的發展為電動機控制技術的發展增添了新的活力。電動機的控制部分已由模擬控制逐漸轉向以單片機為主的微處理器控制，實現了數字與模擬混合控制系統和純數字控制系統的應用，並正向全數字控制方向快速發展。微處理器取代模擬電路作為電動機的控制器具有很多優點，如使電路更簡單、可以實現較複雜的控制、無零點漂移、控制精度高、可提供人機界面、能多機聯網工作等。
數字信號處理器(digital signal processor，DSP)屬於微處理器的一種，出現在20世紀80年代，隨著微處理器銷售價格的下降而逐漸進入電動機控制領域。DSP晶元不僅具有高速信號處理能力和數字控制功能，還有面向電動機控制應用的專用外圍功能，易於實現電動機的全數字調速控制。在電動機控制系統中採用電動機專用的DSP不但可以實現如矢量控制、直接轉矩控制等控制演算法，而且也有條件實現現代控制理論或智能控制理論如自適應控制理論、神經網路理論等中的一些複雜演算法，這是單片機所不及的。
伺服系統是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標值(或給定值)任意變化的自動控制系統。它是具有反饋的閉環自動控制系統，由信號輸入部分、信號檢測部分、誤差放大運算部分、執行部分及被控對象等組成。伺服系統的發展經歷了由機械伺服系統到液壓伺服系統、電氣伺服系統的過程。電氣伺服系統根據驅動電動機類型分為直流(DC)伺服系統和交流(AC)伺服系統。目前，交流變頻調速器、矢量控制伺服單元及交流伺服電動機在工業中的應用已日益廣泛。隨著微處理技術、大功率電力電子技術的成熟以及電動機永磁材料的發展和成本降低，交流伺服系統得到了長足發展。正弦波交流伺服系統綜合了伺服電動機、角速度和角位移傳感器的*新技術，與採用新型電力電子器件、專用集成電路和專用控制演算法的交流伺服驅動器相匹配