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绪论1

0.1 实验要求1

0.1.1 预习要求1

0.1.2 实验过程2

0.1.3 实验报告2

0.2 仿真软件及其开发环境3

0.2.1 MATLAB简介3

0.2.2 Simulink简介4

0.2.3 Simulink模块库5

0.2.4 Simulink仿真的运行9

0.3 电力拖动自动控制系统实验台12

0.3.1 MCL系列电气传动教学实验台技术参数12

0.3.2 MCL系列电气传动教学实验台组件配置12

0.4 船舶电力推进系统模拟实验台14

第一篇 直流电力拖动自动控制系统原理与实践19

第1章 直流电力拖动控制系统原理19

1.1 可控直流电源19

1.1.1 旋转变流机组19

1.1.2 静止可控整流器21

1.1.3 直流斩波器或脉宽调制变换器22

1.2 晶闸管-电动机直流电力拖动控制系统23

1.2.1 触发脉冲相位控制24

1.2.2 电流脉动与平波电抗器25

1.2.3 晶闸管-电动机系统的四象限运行25

1.3 直流脉宽变换器-电动机系统28

1.3.1 不可逆PWM变换器-电动机系统29

1.3.2 有制动的不可逆PWM变换器-电动机系统30

1.3.3 可逆PWM变换器-电动机系统30

1.4 转速、电流反馈控制的直流电力拖动控制32

1.5 可逆电力拖动控制系统34

1.5.1 α＝β配合控制的有环流可逆电力拖动控制系统34

1.5.2 逻辑控制无环流可逆电力拖动控制系统40

第2章 直流电力拖动自动控制系统仿真技术44

2.1 直流电动机开环电力拖动控制系统仿真技术44

2.2 转速闭环控制的直流电力拖动控制系统仿真47

2.2.1 带转速负反馈的有静差直流调速系统48

2.2.2 带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统仿真50

2.3 转速、电流双闭环控制的直流电力拖动控制系统仿真51

2.3.1 基于双闭环直流电力拖动系统动态结构图的仿真51

2.3.2 使用Powersystem模块的直流双闭环系统仿真54

2.4 直流可逆电力拖动控制系统仿真57

2.4.1 α=β配合控制的有环流可逆调速系统的仿真57

2.4.2 逻辑控制无环流直流可逆调速系统仿真62

2.5 直流PWM-M可逆调速系统66

2.5.1 H形直流PWM-M调速系统主电路的仿真66

2.5.2 双极式控制直流PWM-M可逆调速系统仿真69

第3章 直流电力拖动自动控制系统实验72

3.1 电气传动实验器件功能和原理72

3.1.1 MCL-18挂箱72

3.1.2 MCL-33挂箱79

3.1.3 MCL-34挂箱80

3.1.4 MCL-10A挂箱84

3.2 晶闸管-电动机参数测定实验85

3.2.1 实验目的85

3.2.2 实验系统组成和工作原理86

3.2.3 实验设备及仪器86

3.2.4 注意事项86

3.2.5 实验内容与实验步骤86

3.3 转速、电流双闭环调速系统实验92

3.3.1 实验目的92

3.3.2 实验内容92

3.2.3 实验系统实验组成及工作原理92

3.3.4 双闭环调速系统调试原则93

3.3.5 实验设备及仪器93

3.3.6 注意事项94

3.3.7 实验方法94

3.4 逻辑无环流可逆调速系统实验103

3.4.1 实验目的103

3.4.2 实验内容103

3.4.3 实验系统的组成及工作原理104

3.4.4 实验设备及仪器105

3.4.5 实验预习105

3.4.6 注意事项105

3.4.7 实验方法105

3.5 双闭环H桥可逆直流脉宽调速系统实验109

3.5.1 实验目的109

3.5.2 实验系统的组成和工作原理109

3.5.3 实验设备及仪器110

3.5.4 注意事项110

3.5.5 实验内容与实验步骤111

第二篇 交流电力拖动自动控制系统原理与实践119

第4章 三相异步电动机电力拖动控制系统119

4.1 三相异步电动机变压调速系统119

4.1.1 异步电动机改变电压时的机械特性119

4.1.2 闭环控制的变压调速的系统构成121

4.2 三相异步电动机晶闸管串级调速系统123

4.3 三相异步电动机的变频调速系统124

4.3.1 三相异步电动机的变频调速原理124

4.3.2 变压变频装置126

4.3.3 正弦波脉宽调制技术129

4.3.4 电压空间矢量PWM控制技术131

4.3.5 三相异步电动机变压变频调速系统构成137

4.4 三相异步电动机矢量控制系统139

4.4.1 矢量控制的基本思想139

4.4.2 坐标变换和矢量变换141

4.4.3 三相异步电动机的数学模型143

4.4.4 矢量控制的变频调速系统148

4.5 三相异步电动机直接转矩控制系统152

第5章 交流电力拖动自动控制系统仿真155

5.1 三相异步电动机性能的仿真155

5.1.1 异步电动机连接正弦电压工作155

5.1.2 PWM变频器-电动机系统仿真158

5.2 三相异步电动机减压软启动系统仿真160

5.3 转速开环恒压频比控制的三相异步电动机调速系统仿真162

5.4 三相异步电动机矢量控制调速系统的仿真165

第6章 交流电力拖动自动控制系统实验169

6.1 电气传动实验器件功能和原理169

6.1.1 MCL-05挂箱169

6.1.2 MCL-09挂箱171

6.1.3 MCL-13A挂箱173

6.2 三相异步电动机变压调速系统实验175

6.2.1 实验目的175

6.2.2 实验系统组成及工作原理175

6.2.3 实验设备和仪器177

6.2.4 注意事项177

6.2.5 实验内容与实验步骤178

6.3 三相异步电动机串级调速系统实验180

6.3.1 实验目的180

6.3.2 实验系统组成及工作原理180

6.3.3 实验设备和仪器180

6.3.4 注意事项182

6.3.5 实验内容与实验步骤183

6.4 异步电动机SPWM与电压空间矢量控制变频调速系统184

6.4.1 实验目的184

6.4.2 实验系统组成及工作原理185

6.4.3 实验设备和仪器186

6.4.4 注意事项187

6.4.5 实验内容与实验步骤187

6.5 基于直接转矩控制变频调速系统实验189

6.5.1 实验目的189

6.5.2 实验系统组成及工作原理189

6.5.3 实验设备和仪器191

6.5.4 实验内容与实验步骤191

第三篇 机械负载模拟原理与船舶电力推进系统实验197

第7章 机械负载模拟原理197

7.1 机械负载特性197

7.1.1 典型的机械负载转矩特性197

7.1.2 螺旋桨负载转矩特性199

7.2 机械负载模拟的基本原理201

7.2.1 机械负载模拟装置的构成201

7.2.2 直流电机机械负载模拟的动态结构202

7.2.3 直流电机机械负载模拟的系统校正204

7.3 直流电机模拟机械负载仿真206

7.3.1 直流电机模拟机械负载的仿真程序206

7.3.2 反抗性恒转矩机械负载模拟的仿真208

7.3.3 位能性恒转矩机械负载模拟的仿真209

7.3.4 通风机类机械负载模拟的仿真210

7.3.5 恒功率机械负载模拟的仿真211

7.3.6 机械负载转矩模拟动态性能的仿真212

第8章 船舶螺旋桨负载模型及仿真214

8.1 船舶水平面运动模型214

8.1.1 船舶直航推进运动方程214

8.1.2 船舶航行阻力特性216

8.2 螺旋桨负载模型217

8.2.1 螺旋桨的推力和阻转矩217

8.2.2 考虑船桨相互作用的螺旋桨负载模型218

8.3 船舶螺旋桨负载特性仿真221

8.3.1 考虑船舶影响的螺旋桨负载仿真模型221

8.3.2 考虑船舶影响的螺旋桨推进器仿真221

8.4 船舶螺旋桨负载特性仿真实验224

8.4.1 实验目的224

8.4.2 实验内容224

8.4.3 预习要求224

8.4.4 实验设备224

8.4.5 注意事项224

8.4.6 实验步骤225

第9章 船舶螺旋桨负载模拟实验装置229

9.1 螺旋桨负载模拟装置的硬件设计229

9.2 螺旋桨负载模拟装置软件230

9.3 船舶螺旋桨负载模拟系统测试232

9.4 船舶电力推进装置实验240

9.4.1 实验目的240

9.4.2 实验内容240

9.4.3 预习要求240

9.4.4 实验设备241

9.4.5 注意事项241

9.4.6 实验步骤241

实验报告一：晶闸管-电动机参数测定实验249

实验报告二：速度、电流双闭环调速系统实验253

实验报告三：逻辑无环流可逆调速系统实验257

实验报告四：双闭环H桥可逆直流脉宽调速系统实验261

实验报告五：三相异步电动机变压调速系统实验265

实验报告六：三相异步电动机串级调速系统实验267

实验报告七：三相异步电动机矢量控制系统实验269

实验报告八：基于直接转矩控制变频调速系统实验273

实验报告九：船舶螺旋桨负载特性仿真实验277

实验报告十：船舶电力推进装置实验279

参考文献283