交、直流调速应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:刘建华 编

出品人:

页数:106

译者:

出版时间:2007-7

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787532387717

丛书系列:

图书标签:

• 电力电子
• 电机控制
• 直流调速
• 交流调速
• 调速电路
• 工业控制
• 电工学
• 自动化
• 变频器
• 伺服系统

《动态掌控：机械传动系统中的速度调控技术》 内容梗概： 本书深入探讨了现代工业生产中至关重要的机械传动系统速度调控技术，聚焦于如何在复杂多变的工况下实现对机械设备转速的精准、高效和经济的控制。书中不仅详细阐述了各种速度调控原理和方法，更侧重于这些技术的实际应用，为读者提供了一套系统性的理论框架和丰富的实践指导。 第一章 机械传动系统基础与速度调控的重要性 本章首先回顾了机械传动系统的基本构成，包括动力源、传动链（如齿轮、皮带、链条等）和执行机构，并梳理了不同类型传动系统的特点与适用范围。在此基础上，深入分析了速度调控在现代工业生产中的核心地位。通过大量实例，揭示了精确的速度控制如何直接影响产品质量、生产效率、能源消耗、设备寿命以及工作安全性。例如，在纺织行业，纱线速度的精确控制是保证织物品质的关键；在冶金行业，轧机辊缝速度的微调直接关系到钢板的厚度均匀性；在自动化生产线上，机器人手臂的速度协同是实现高效协作的基础。本章强调，理解速度调控的必要性是掌握后续高级技术的前提。 第二章 速度调控的物理原理与基本方法 本章将深入剖析速度调控的底层物理原理。我们将从牛顿力学入手，解析力矩、转速、功率之间的关系，并引入摩擦力、惯性等影响速度变化的因素。随后，系统介绍实现速度调控的基本手段，包括： 改变输入能量： 通过调整动力源的输出功率来实现速度变化。这包括对发动机转速的控制，或是在电力驱动系统中调整电压、频率。 改变传动比： 利用变速机构来改变动力源与输出端的转速比例。我们将详细介绍机械式变速器（如手动变速箱、自动变速箱）的工作原理，以及液力传动（液力耦合器、液力变矩器）在平稳传递动力和实现无级调速方面的优势。 引入能量损耗： 通过附加阻力元件来消耗部分能量，从而降低输出转速。这部分将重点介绍机械制动器（如鼓式、盘式制动器）和流体阻尼器（如涡流阻尼器）的工作原理，并分析其在特定场景下的应用，如紧急停车、速度限制等。 能量再生与再利用： 探讨如何捕捉在减速或制动过程中产生的能量，并将其储存或反馈回系统，以提高能源利用效率。 第三章 机械式变速技术详解 本章将聚焦于机械式变速技术，这是最古老但也仍然广泛应用的调速手段之一。我们将详细解析： 齿轮变速器： 从最基础的渐开线齿轮啮合原理出发，深入讲解定轴齿轮变速器（手动变速箱）的换挡机构、齿轮组的设计原则，以及不同挡位的速比计算。同时，会讨论行星齿轮变速器在结构紧凑、实现多挡位、甚至无级变速（如部分CVT）方面的独特优势。 带传动与链传动中的速比调整： 分析锥形皮带轮（V型带、多楔带）、槽形皮带轮在改变传递速比中的作用，以及链轮组在链传动中如何实现不同传动比。 凸轮与曲柄机构的周期性速度变化： 介绍凸轮机构和曲柄滑块机构如何产生非匀速的往复或回转运动，并在特定自动化设备（如冲床、包装机）中实现周期性的速度变化。 机械无级变速器（CVT）的原理与类型： 重点介绍金属带式CVT、链式CVT以及托罗伊（Toroidal）CVT等主流技术。深入分析其通过改变有效半径或接触角度实现平滑无级变速的机制，并讨论其在汽车、农业机械等领域的应用前景。 第四章 液力与气动调速技术 本章将深入探讨液力传动和气动传动在速度调控中的应用。 液力传动系统： 详细讲解液力耦合器的工作原理，包括叶轮、导叶等关键部件的功能，以及其在平稳启动、吸收冲击、以及提供一定范围速度调节方面的作用。在此基础上，深入分析液力变矩器，阐述其通过改变工作液流动方向实现转矩放大和无级调速的复杂过程，并讨论其在重型机械、工程车辆中的重要性。 气动调速系统： 介绍气缸、气动马达等基本元件，以及通过节流阀、分压阀等控制气流大小和方向来调节执行机构速度的方法。分析气动系统的响应速度快、易于控制的特点，并讨论其在自动化生产线、工业机器人末端执行器等领域的应用。 第五章 电力驱动系统中的速度调控：直流调速技术 本章将聚焦于传统的直流调速技术，这是早期电力调速领域的核心。 直流电机工作原理与调速特性： 详细阐述直流电机（串励、并励、复励）的电磁结构，以及其电枢电流、磁场强度与转速之间的内在联系。 电阻调速法： 分析通过在电枢电路或励磁电路中串联可变电阻来改变电流，进而改变转速的方法。重点讨论其简单易行，但效率较低、调速范围有限的缺点。 电枢电压调速法： 探讨通过改变施加在电枢上的电压来调节转速的原理。详细介绍传统的串联整流子电机、串联电抗器调压，以及更现代的晶闸管（SCR）/可控硅调压器（Leonard变速）等实现大范围、高效率调速的技术。 励磁电压调速法： 分析通过改变励磁电压来调节磁场强度，从而改变转速的方法，尤其适用于弱磁调速。 直流电机控制电路与保护： 介绍实现上述调速方法的典型控制电路，包括触发电路、反馈电路等，并讨论电机过载、短路等保护措施。 第六章 电力驱动系统中的速度调控：交流调速技术 本章将系统介绍现代工业中最广泛应用的交流调速技术，涵盖了多种主流电机类型和控制策略。 交流感应电机（异步电机）的调速： 改变定子电压法： 详细分析通过改变施加到定子绕组上的电压来影响电磁转矩，进而实现转速调控的原理。介绍降压启动和定子电压调速的优缺点，以及其适用范围。 改变定子频率法： 这是目前最主流的交流调速方式。深入讲解变频器（VFD）的工作原理，包括整流、滤波、逆变等环节。详细阐述通过改变输出电压和频率的比例（V/f恒定控制），来维持恒定的电磁转矩，实现宽范围、高效率的速度调控。讨论恒转矩调速、恒功率调速等不同控制模式。 改变转子电阻法（仅限于绕线式异步电机）： 讲解通过在转子电路中串联外接电阻或电抗器来改变转子电流和转子电阻，从而影响转差率和转速的方法。分析其在电制动、低速运行时应用，但效率较低的局限性。 串级调速法： 介绍将转子绕组与附加的直流发电机或变频器连接，通过调整附加装置的参数来改变转子回路的功率，实现调速的方法。 交流同步电机（永磁同步电机PMSM、同步磁阻电机SynRM等）的调速： 基于矢量控制（Field-Oriented Control, FOC）的调速： 深入解析矢量控制的核心思想，即通过将定子电流解耦为磁场分量和转矩分量，实现对同步电机转矩和磁场的独立控制。详细讲解坐标变换（Clark、Park变换）、电流控制器（PI调节器）、磁场弱化等关键技术。阐述FOC如何实现高精度、高动态响应的转速控制，使其在伺服系统、电动汽车等领域占据主导地位。 直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）： 介绍DTC的原理，其通过直接控制电机的磁链和转矩，实现快速且鲁棒的动态响应，无需复杂的坐标变换。分析其优点和局限性。 开关磁阻电机（SRM）的调速： 讲解SRM的工作原理，以及通过精确控制开关管的导通角和时序来实现转速调控的方法。讨论SRM结构简单、坚固可靠的优势，以及其控制复杂性。 永磁同步电机（PMSM）的驱动与控制： 结合PMSM的特点，重点讲解其在变频器驱动下的精确速度控制，包括正弦波驱动、梯形波驱动等。 第七章 速度反馈与闭环控制系统 本章将重点阐述实现精确速度控制的关键——闭环反馈系统。 速度测量传感器： 详细介绍各种常用的速度测量器件，包括： 测速发电机： 分析其通过感应电压与转速成比例的原理。 编码器（增量式与绝对式）： 讲解其通过光学或磁学原理输出脉冲或编码信息来测量转速和位置的机制。 霍尔传感器： 介绍其在测量磁场变化，进而推算转速的应用。 测速电阻/测速信号： 在一些特定场景下，通过测量电枢电路的电压降来推算转速。 PID控制器及其在速度控制中的应用： 深入讲解比例（P）、积分（I）、微分（D）环节的数学原理及其对系统响应的影响。通过实例演示如何整定PID参数，以实现快速、稳定、无超调的速度响应。 更高级的控制策略： 模糊逻辑控制： 介绍基于“如果-那么”规则的模糊控制，以及其在处理非线性系统和参数变化时的优势。 自适应控制： 探讨系统如何根据外部环境或内部状态的变化，自动调整控制参数以维持最优性能。 模型预测控制（MPC）： 介绍基于系统模型预测未来行为，并优化控制输入的MPC技术，尤其适用于具有复杂约束条件和多变量的系统。 速度环与位置环的协调控制： 在伺服系统中，阐述如何将速度控制环集成到更高级的位置控制环中，实现精确的位置跟踪和速度控制。 第八章 速度调控系统的设计与选型原则 本章为读者提供一套系统化的设计思路和选型指南。 需求分析： 如何根据实际应用场景，明确调速范围、精度要求、动态响应速度、负载特性（恒转矩、恒功率、变转矩等）、环境条件（温度、湿度、粉尘等）以及成本预算。 传动方案的初步选择： 根据需求分析，初步判断是采用机械传动、液力传动、气动传动还是电力驱动，以及不同类型电机的适用性。 具体技术的评估与比较： 对比不同调速技术的优缺点，如效率、成本、可靠性、维护性、功率范围、控制复杂度等。 系统参数的计算与校核： 包括电机选型、变速器速比计算、控制器参数整定、安全冗余设计等。 能量效率与经济性考量： 强调在技术选型中，将能源效率和长期运行成本纳入重要考量因素。 标准化与模块化设计： 讨论标准化部件的使用如何降低设计成本、提高可靠性并简化维护。 第九章 速度调控技术的典型应用案例分析 本章通过一系列具体行业和设备的案例，生动展示速度调控技术的实际应用。 工业自动化生产线： 输送带、码垛机器人、装配线上的伺服电机精确控制。 起重与搬运设备： 起重机、叉车等设备的平稳起升、下降与行走速度控制。 纺织机械： 络筒机、织布机、印染机等设备的纱线速度、卷绕速度、导布速度的精确调控。 金属加工设备： 机床（车床、铣床）、轧钢机、冲床的加工速度、进给速度、卷曲速度的优化。 泵与风机系统： 水泵、风机的变频调速以实现节能运行和流量/风量的精确控制。 印刷与包装机械： 印刷速度、包装速度的同步与精确控制。 新能源领域： 风力发电机、电动汽车驱动系统的速度控制。 第十章 速度调控技术的发展趋势与未来展望 本章将对速度调控技术的未来发展进行展望。 智能化与集成化： 探讨传感器技术、通信技术（如工业物联网）与控制技术的深度融合，实现更智能化的速度调控系统。 高精度与高动态响应： 介绍新型电机、新型电力电子器件（如SiC、GaN）以及更先进的控制算法如何进一步提升速度调控的精度和响应速度。 绿色节能与可持续发展： 强调面向能源效率和环保的调速技术研发，如能量回馈、低损耗设计等。 人机交互与远程监控： 讨论用户友好界面的设计以及远程监控与诊断技术的发展。 新兴技术： 展望如磁流体动力学调速、仿生学调速等可能的新兴技术方向。 本书旨在为工程师、技术人员、在校学生以及对机械传动系统速度调控技术感兴趣的读者提供一本全面、深入且实用的参考书。通过理论与实践相结合，帮助读者掌握这项关键技术，并在各自的领域中实现更高效、更精准的机械系统控制。

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