电传动控制技术__交流传动ppt课件

1、 1;.231964年在西德的年在西德的BBC提出了逆变器的分谐波控制概念和方法提出了逆变器的分谐波控制概念和方法1971年德联邦试运年德联邦试运DE2500内燃机车，证实三相交流异步牵引：高牵引内燃机车，证实三相交流异步牵引：高牵引力、高粘着利用、高制动性能、无磨损少维修、动力学性能好力、高粘着利用、高制动性能、无磨损少维修、动力学性能好1983 5台四轴台四轴5600KW交流传动干线电力机车交流传动干线电力机车BR120投入运用投入运用 随着电力电子技术和微电子技术的发展，随着电力电子技术和微电子技术的发展，60年代中，有可能把单相交流变换成适合于年代中，有可能把单相交流变换成适合于牵引用

2、的三相交流电：牵引用的三相交流电：4（20世纪世纪60年代以来）年代以来）1964 1964 脉宽调制逆变器脉宽调制逆变器1971 1971 磁场定向控制磁场定向控制1973 1973 四象限脉冲整流器四象限脉冲整流器1985 1985 直接转矩自控制法直接转矩自控制法567891011第一代EuroSprinter：BR127 1992 第二代EuroSprinter：BR198 2003 第三代EuroSprinter：RH1216 2005 12第二代第二代EuroSprinter：BR198 主牵引变流主牵引变流器器主牵引变流器一相桥臂主牵引变流器一相桥臂6.5kV IGBT13法国：

3、法国：TGV于于1989年开始投入运行，目前有超过百列的年开始投入运行，目前有超过百列的TGV按按300公里的时速在运行；公里的时速在运行；日本：日本：在新干线运行的列车在新干线运行的列车1996年达到了时速年达到了时速300公里；公里；意大利：意大利：1996年以来，动车组（年以来，动车组（EMU）就实现了时速）就实现了时速300公里；公里；西班牙：西班牙：AVE是以法国的是以法国的TGV为基础，按西班牙铁路的要求制造的，时速达为基础，按西班牙铁路的要求制造的，时速达300公里；公里；德国：德国：新一代新一代ICE-3在在2002年正式投入运营，最高时速为年正式投入运营，最高时速为300公里

4、。公里。14200200系系400400系系E1E1E2E2E3E3E4E4STAR2STAR21 10 0系系100100系系300300系系700700系系951951试验试验车车 961961试验试验车车 1981985 51991992 21991999 9300X300X100N100N系系300N300N系系500500系系WIN350WIN350东北东北上越上越山形山形北北陆陆秋田秋田东东 海海 道道山山 阳阳1964100系系300系系400系系E1系系E2系系E3系系E4系系50070080015TGV-PSETGV-ATGV-2NTGV东南线大西洋线第二代198119891

5、990.5.18创515.3km/h记录AVE1992西班牙高速线用TGV-R高速联线、北方线1993TGV-TMST1994英、比、法三国国际线TGV-PBKA1996法、荷、比、德四国国际线TGV-K1997韩国高速线用1996第三代双层高速列车，东南线、地中海线第四代2006 法国东部线第一代TGV-ATGV-TMSTTGV-2NAVG16IEC-VICE1ICE5ICT德国-瑞士/奥地利第一代19851991ICE4使用磁悬浮技术，汉堡-柏林新型转向架摆式列车，运行速度230km/h试验车第二代ICE2199660列运行，速度280km/h44列运行，速度280km/h第三代ICE31

6、997陡坡线路速度300km/hICE21ICE1ICE2ICE3171996年年6月完成了中国首台干线交流传动原型机车月完成了中国首台干线交流传动原型机车AC4000的试制的试制采用自主研发的电压型非对称快速晶闸管油冷变流机组采用自主研发的电压型非对称快速晶闸管油冷变流机组1025kW三相异步牵引电机三相异步牵引电机在环行试验基地完成了最高速度在环行试验基地完成了最高速度120km/h的各项性试验。的各项性试验。AC4000DJ 九方九方DJ 2 奥星奥星 DJ J1 蓝箭蓝箭 18191-1-轴承盖；轴承盖；2-2-端盖；端盖；3-3-接线盒；接线盒；4-4-定子铁心；定子铁心；5-5-定

7、子绕组；定子绕组；6-6-散热筋；散热筋； 7-7-转轴；转轴；8-8-转子；转子；9-9-风扇；风扇；10-10-罩壳；罩壳；11-11-轴承；轴承；12-12-机座机座12 23 36 64 45 57 78 89 910101111121220U2U1W2V1W1V21nn电生磁：三相对称绕组通往三相对称电电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。流产生圆形旋转磁场。磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流动势和电流电磁力：转子载流（有功分量电流）体电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁在磁场作用下受电磁力作

8、用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。转矩，驱动电动机旋转。21U/f恒定控制恒定控制转差频率控制转差频率控制磁场定向控制磁场定向控制 转子旋转坐标系转子旋转坐标系直接转矩控制直接转矩控制 定子绕组坐标系定子绕组坐标系22U/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率，功率因数不下降。因为是控制电压与频一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率，功率因数不下降。因为是控制电压与频率之比，称为率之比，称为U/f控制。控制。存在问题：存在问题：低速性能较差，转速极低时，

9、电磁转矩无法克服较大的静摩擦力，不能恰当的调低速性能较差，转速极低时，电磁转矩无法克服较大的静摩擦力，不能恰当的调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化；整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化；无法准确的控制电动机的实际转速。由于恒无法准确的控制电动机的实际转速。由于恒U/f变频器是转速开环控制，设定值为变频器是转速开环控制，设定值为定子频率也就是理想空载转速，而电动机的实际转速由转差率所决定，所以定子频率也就是理想空载转速，而电动机的实际转速由转差率所决定，所以U/f恒恒定控制方式存在的稳定误差不能控制，故无法准确控制电动机的实际转速。定控制方式存在的稳定误差不能控制，故无法准确控制电动机的

10、实际转速。23转差角频率与实测转速信号相加后得到定子频率输入信号，是转差频率控制系统突出的特转差角频率与实测转速信号相加后得到定子频率输入信号，是转差频率控制系统突出的特点或优点。在调速过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或下降，加、减速平滑而且点或优点。在调速过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或下降，加、减速平滑而且稳定。稳定。与直流双闭环系统存在差距的原因：与直流双闭环系统存在差距的原因：所谓的所谓的“保持磁通恒定保持磁通恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。的结论也只在稳态情况下才能成立。函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相位，而在动态中电流的相函数关系中只抓住了定

11、子电流的幅值，没有控制到电流的相位，而在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。位也是影响转矩变化的因素。在频率控制环节中，取在频率控制环节中，取 ，使频率得以与转速同步升降如果转速检测信号不准，使频率得以与转速同步升降如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。 s124磁场定向控制。它是磁场定向控制。它是70年代初由西德年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流电机和交流电机等

12、人首先提出，以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。比较的方法阐述了这一原理。3/2VR等效直流等效直流电机模型电机模型ABC iAiBiCitimii异步电动机异步电动机25控制器控制器VR-12/3电流控制电流控制变频器变频器3/2VR等效直流电等效直流电机模型机模型+i*m1i*t1 1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1i1im1it1反馈信号异步电动机给定信号 矢量控制系统原理结构图控制器控制器VR-12/3电流控制电流控制变频器变频器3/2VR等效直流电等效直流电机模型机模型+i*m1i*t1 1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1i1im1it1反馈信号

13、异步电动机给定信号 26 1985年，德国鲁尔大学的年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制理论，该技术在教授首次提出了直接转矩控制理论，该技术在很大程度上解决了矢量控制的不足，它不是通过控制电流，磁链等量间接控制转矩，很大程度上解决了矢量控制的不足，它不是通过控制电流，磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。而是把转矩直接作为被控量来控制。转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，控制上对除定子电阻外的所转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度

14、信息有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便的实现无速度传感器，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。，因而能方便的实现无速度传感器，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。2728由于采用砰由于采用砰-砰控制，实际转矩必然在上下限内脉动，而不是完全恒定的。砰控制，实际转矩必然在上下限内脉动，而不是完全恒定的。由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累积误差和定子电阻的变化由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累积误差和定子电阻的变化都会影响磁链计算的准确度。都会影响磁链计算的准确度。两个问题的影响在低速时都比较显著，因而使

15、两个问题的影响在低速时都比较显著，因而使DTC系统的调速范围受到限制。系统的调速范围受到限制。29特点与性能特点与性能直接转矩控制系统直接转矩控制系统 矢量控制系统矢量控制系统磁链控制磁链控制 定子磁链定子磁链 转子磁链转子磁链转矩控制转矩控制 砰砰-砰控制，脉动砰控制，脉动 连续控制，平滑连续控制，平滑旋转坐标变换旋转坐标变换 不需要不需要 需要需要转子参数变化影响转子参数变化影响 无无 有有调速范围调速范围 不够宽不够宽 较宽较宽3031入端变流器的概念：把来自接触网的能量变换为合适牵引电动机运行的形式；入端变流器的概念：把来自接触网的能量变换为合适牵引电动机运行的形式；牵引：整流器，基本

16、任务是整流作用，将交流电压变换为直流电压。牵引：整流器，基本任务是整流作用，将交流电压变换为直流电压。减小电流的畸变；减小电流的畸变；提高功率因数，降低电能传输中的损耗；提高功率因数，降低电能传输中的损耗；减少对信号和通信系统的干扰。减少对信号和通信系统的干扰。电压型四象限脉冲整流器电压型四象限脉冲整流器再生制动：逆变器再生制动：逆变器32SBSA10103334在接触网或柴油发电机与牵引电机间进行电能变换在接触网或柴油发电机与牵引电机间进行电能变换必须能根据牵引与制动状态而改变能量的流向必须能根据牵引与制动状态而改变能量的流向易于高效率地调节牵引力和速度易于高效率地调节牵引力和速度高的开关频

17、率：高的开关频率： 降低了电压、电流的谐波成分降低了电压、电流的谐波成分减小了电机的力矩脉动减小了电机的力矩脉动减小了滤波电容、电感减小了滤波电容、电感电压型牵引逆变器电压型牵引逆变器 电流型牵引逆变器电流型牵引逆变器35UdUd3637晶闸管GTOIGBT/IPM3839电传动部分采用牵引变压器电传动部分采用牵引变压器+四象限脉冲整流器四象限脉冲整流器+PWM逆变器逆变器+三相交流感应电动机的传动方式。三相交流感应电动机的传动方式。每个主变流器装置中有每个主变流器装置中有4个模块，其中个模块，其中2个模块为两重个模块为两重四象限脉冲整流器，另外四象限脉冲整流器，另外2个模块为逆变器及过压保个

18、模块为逆变器及过压保护装置。每个模块分别由护装置。每个模块分别由4只只GTO元件（元件（4500V3000A）和）和4只反并联二极管（只反并联二极管（4500V800A）压接）压接在一起组成。在一起组成。主变流装置中的主变流装置中的2个四象限脉冲整流器载波错开个四象限脉冲整流器载波错开90，可以抑制，可以抑制4kHz附近的高次谐波电流；附近的高次谐波电流； 中间直流回路电压中间直流回路电压1900V 。 40变流频率从变流频率从300系的系的420Hz升至升至1500Hz，主变流装置采用了三级电平电路，使输入输出波形与，主变流装置采用了三级电平电路，使输入输出波形与GTO相比更接近正弦波，从而抑制了高次谐波，降低了主变压器的噪声。相比更接近正弦波，从而抑制了高次谐波，降低了主变压器的噪声。IPM模块代替了模块代替了GTO。 4142控制目标：控制目标：网侧功率因数接近网侧功率因数接近1，电流畸变小；，电流畸变小；在网压波动时中间直流电压保持稳定；在网压波动时中间直流电压保持稳定；在