现代交流电机控制技术基础PPT学习教案

1、会计学1A：运行、生产、工艺的需要 高质量的生活，需要高性能的电机调速； B：节能的需要。 1.1 交流电机调速技术的发展 1.需要对电机进行调速 第1页/共48页A A：长期以来，电机调速以直流电机为主长期以来，电机调速以直流电机为主20世纪70年代以前，凡是要求调速范围广速度控制精度高和动态响应性能好的场合，几乎全都采用直流电动机调速系统。原因： 直流电动机易于控制，改变电机的输入电压或励磁电流，就可在范围内实现无级调速。 交流电机的电流和转矩特性不是固定的，不易控制 。第2页/共48页而交流电动机（主要指笼式异步电动机和同步电动机）主要用于不需要变速的电力传动系统中.原因是:（1）不论是

2、异步电动机还是同步电动机，唯有改变定子供电频率调速最为方便，而且可以获得优异的调速特性。而大容量的变频电源却在长时期内没有得到很好的解决；第3页/共48页(2)异步电动机和直流电动机不同，它只有一个供电回路定子绕阻，致使其速度控制比较困难，不像直流电动机那样通过控制电枢电压或控制励磁电流均可方便地控制电动机的转速。第4页/共48页B B：直流电机存在严重缺陷：机械接触式换向直流电机存在严重缺陷：机械接触式换向器器 直流电动机致命的弱点：机械式换向器 它给直流传动的应用带来了限制：（1）换向器表面线速度及换向电流、电压有一极限容许值，约束了单台电机的转速和功率上限，超过这一极限时就只能采取多电枢

3、方案，这就增加了电机制造的难度和成本以及调速控制系统的复杂性。有些特高转速和特大功率的场合则根本无法用直流电机方案来实现。第5页/共48页（2）由于要照顾到换向器的可靠工作，电枢及换向器的直径一般都做的比较大，因此电机的转动惯量就大，这对于有快速响应要求的调速场合或是在安装场地上有尺寸要求的场合是很不利的。 （3）换向器必须定期停机检修，运行中也要经常注意观察换向器的火花情况。因此在一些恶劣条件下或人难以接近的工作场所，使用直流电机就很难保证长期运行的安全性。第6页/共48页C C：交流电机所具有的优越性交流电机所具有的优越性。而交流电动机，特别是笼式异步电动机，拥有结构简单、坚固耐用、价格便

4、宜及不需要经常维修等特点，使其得到了十分广泛的应用。 如果能控制好，它具有直流电机无法比拟的优越性。第7页/共48页采用交流调速、方便、节能采用交流调速、方便、节能 一套2050mm的热连轧板机，精轧部分采用交流传动，比直流传动节电1150万kWh/年，节水30，转动惯量减少77，响应时间缩短30，设备投资少，停机维修时间缩短75。风机水泵类的传动由交流恒速挡板阀门调节方式改造成交流电机调速方式平均可节电20，设备改造费一般可在1年3年内回收。第8页/共48页3 3交流电机调速技术的发展，使交流电机传动交流电机调速技术的发展，使交流电机传动实用化成为现实。实用化成为现实。 传统的交流电机可分为

5、异步电动机异步电动机和同同步电机步电机两大类。A.A.早期的交流电机调速以以下早期的交流电机调速以以下3 3种为主种为主 （1 1）线绕式异步电机的转子外串电阻 （2 2）笼型异步电动机的变极调速 （3 3）同步电机的变极调速 后两种极对数改变有限，调速范围不大。第9页/共48页 B B：5050年代，异步电动机定子串饱和电抗器年代，异步电动机定子串饱和电抗器调速方法有了一定发展。调速方法有了一定发展。 C C：串级调速的思想：串级调速的思想： 转子串电阻，浪费大量能量，很不经济，若用电源代替电阻，即在转子回路中串入一个与转子回路频率相同的交流附加电势E2来取代电阻。第10页/共48页2I22

6、3EI串串级级调调速速原原理理图图P产产生生附附加加电电势势 装装置置2E第11页/共48页（1 1）当E2与转子电流同相，E2相当于一个负电阻，电能输入到电机，电机转速升高；（2 2）当E2与转子电流反相，E2相当于一个电阻，电能从电机流到电网，电机转速降低；（3）E2还可以用来调节异步电动机的功率因数。第12页/共48页D D：变频调速是交流电动机最好的调速方法变频调速是交流电动机最好的调速方法（1）20世纪20年代人们就认识到了，但当时直至本世纪50年代中期，一直几乎无法实现。（2）20世纪50年代中期，晶闸管研制成功，不仅开创了电力电子技术的新时代，同时也带来交流电机控制技术发展的一个

7、大飞跃。（3） 20世纪70年代发展起来的矢量控制理论带交流电机控制技术的革命，使交流电机的控制性能在理论上和直流电机相当。（4） 20世纪80年代的直接转矩控制方法，也对交流电机控制技术发展发展起来推动作用。第13页/共48页 E E：微电子技术发展极大促进了交流电机调微电子技术发展极大促进了交流电机调速技术的发展和应用。速技术的发展和应用。 F F：电力电子技术发展为交流电机调速发展电力电子技术发展为交流电机调速发展和应用打下坚实的基础和应用打下坚实的基础 模拟和数字电子技术、集成电路、大规模和超大规模集成电路、单板机、单片机、DSP、专用芯片等等第一代、第二代、第三代等等第14页/共48

8、页晶闸管集成化智能化双极性自关断器件MOS+IC+MOSFETIGBTGTOBJTIGCTIPMPI-IPMDrive ICDirectFETiPowIRLDOSwitchingControllerCommunicationsComputerConsumerCarIndustrialPower ManagementPower ElectronicsTotal SolutionTotal SolutionFlipFETBBI第15页/共48页 （1 1）无刷直流电机，亦称无换向器电机，70年代在国外得到应用，它是未来电动汽车等的首选电机本质上是同步电动机 G G：新型交流电机的出现丰富和推动了交

9、流电新型交流电机的出现丰富和推动了交流电机的应用机的应用（2 2）开关磁阻电动机，也是70年代兴起的，它在国外发展迅猛，大有和异步电动机、同步电动机三分天下之趋势。第16页/共48页可持续发展战略下，电机系统节能的巨大市场：可持续发展战略下，电机系统节能的巨大市场： 美国： 电动机进步，节电246亿kWh/年 变频供电，节电 606亿kWh/年 中国： 500亿/年的市场，1000亿kWh/年变频调速对电动机发展的推动作用变频调速对电动机发展的推动作用电力电子与运动控制： 传统产业通向信息社会的桥梁与纽带。第17页/共48页第18页/共48页 交流电动机的调速方法实际上只有两大类：改变ns和改

10、变s。 高效调速方法：变变n ns s 低效调速方法：变变S S第19页/共48页第20页/共48页第21页/共48页第22页/共48页第23页/共48页第24页/共48页第25页/共48页第26页/共48页udRLudiaua第27页/共48页uaiaudRL第28页/共48页eLeLudud+ud-uii ( 10A /grid )Time ( 10ms / grid )uii ( 10A / drid )Time ( 10ms / grid )第29页/共48页eLud1 6 01 2 08 04 000321第30页/共48页第31页/共48页第32页/共48页在逆变器中定义开关函数S

11、U、SV、SW为：T1通T4截止时SU =1，反之SU =0；T3通T6截止时 SV =1，反之SV =0；T2通T5截止时SW =1，反之SW =0。USVSWS第33页/共48页第34页/共48页第35页/共48页第36页/共48页第37页/共48页第38页/共48页第39页/共48页第40页/共48页第41页/共48页 1 1现代控制理论的成果在交流电机控制现代控制理论的成果在交流电机控制系统中应用系统中应用 包括：包括：解耦控制方法、非线性状态反馈、自适应控制方法、控制、智能控制等等。 因为：因为：我们有了高速发展的微电子技术这个强有力的工具。 第42页/共48页 2 2高功率变换性能

12、高功率变换性能绿色交流电机控制绿色交流电机控制系统系统 包括：负载侧的高传动性能和电网侧的高功率交换性能网侧: (1)(1)高功率因数与能量可递 (2)(2)低谐波 (3)(3)EMC这是以电力电子技术发展为基础的。第43页/共48页3 3信息技术起入传动领域信息技术起入传动领域 也就是网络电气传动系统。 RS232/RS485现场总线局域网广域网第44页/共48页第45页/共48页计划学时数：计划学时数：32，其中包括实验学时数4。考查方式：开卷考试，并结合小论文考查方式：开卷考试，并结合小论文第二章第二章 坐标变换与异步电机等值电路坐标变换与异步电机等值电路第三章第三章 VVVF变频器原理及变频器原理及PWM方法方法第四章第四章 磁场定向磁场定向矢量控制矢量控制和直接转矩控制和直接转矩控制第五章第五章 同步电机的数学模型同步电机的数学模型第六章第六章 同步电机的变频调速系统同步电机的变频调速系统第46页/共48页1.许大中. 交流电机调速理论. 杭州:浙江大学出版社,19912