电力拖动自动控制系统第五章.ppt

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1、电力拖动自动控制系统第二篇交流拖动控制系统内容提要※绪论※交流调速系统的主要类型※交流变压调速系统※交流变频调速系统※*绕线转子异步电动机串级调速系统—转差功率馈送型调速系统第二篇交流拖动控制系统绪论发展及现状直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机，分工在一段时期内已成为一种举世公认的格局。交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。绪论发展及现状（续）直到20世纪60

2、~70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。绪论直流、交流调速比较1、直流电机工艺复杂、增加直流电机成本。2、换向器的换向能力限制了直流电机的容量和速度。3、电刷的火花限制了直流电机的安装和使用环境。4、直流电机的大部分功率通过换向器流入电枢的转子发热多，电机效率低。（中大容量电机需要强迫风冷或水冷）5、换向器和电刷的磨损降低的可靠性。绪论直流、交流调速比较（续）交流电机控制比较复杂，但结构简单、成本低

3、，安装环境要求低适用于易燃易爆环境，交流拖动取代直流可调拖动的呼声越来越强烈，交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要发展方向。实际应用中交流调速系统在以下几个方面优于直流调速系统。绪论直流、交流调速比较（续）交流调速1、大功率负载情况下，电力机车、卷扬机等控制系统。2、高速运行的场合，高速电钻、离心机等控制转速达数千到上万。3、易燃、易爆、多尘环境。4、中压（6-10KV）调速系统可以节省变电站容量。绪论为什么交流调速系统100年才发展起来1、交流调速系统的难点和复杂性，难点来自转矩控制困难。交流电机是一个多输入多输出、非线性、强耦合且时变的被控对象。电机转矩为绪论

4、转矩控制的难点：（1）是由定子电流和转子电流共同产生（2）和是两个耦合的变量，对一般的鼠笼电机是无法测量的，无法直接控制。（3）是与转速相关的时变量，随温度变化，随之变化。上式是由稳态等值电路推导的平均转矩，更何况瞬时转矩。绪论2、电力电子器件发展的限制3、调速系统技术和成本的限制交流调速系统技术的突破及发展现状。20世纪70年代石油危机席卷全球节能问题变得日益重要，发现占电机用电量一半以上的风机，泵类负载利用阀门和挡板调节流量和压力，浪费大量电能，迫使先进工业国家，投入大量的人力和财力进行高效和高性能的交流调速系统的研究。绪论1）电力电子技术和脉宽调制的发展：电力电子器件

5、的不断进步，为交流电机控制系统的完善提供了物质保证，绝缘栅双极性晶体管的实用化，为高频化PWM技术成为可能，目前电力电子正向高压，大功率、高频化、组合化、智能化。2）应用矢量控制技术和现代控制理论：交流电机是一个多变量、非线性的被控对象，过去从电机稳态方程出发研究其控制特性，动态效果不理想。20世纪70年代提出矢量变换的绪论方法研究电机的动态控制过程，不但控制其大小而且控制其相位，利用状态重构和估计的现代控制概念实现交流电机磁通和转矩的重构和解耦控制。（1坐标变换矢量控制系统（2转差频率矢量控制系统（3直接和间接转矩控制系统3）计算机技术的发展（1交流电机数字控制系统即可用

6、专门硬件电路也可用总线形式，或单片机组成最小目标系统，复杂的系统可采用微处理器和数字信号处理器。（2数字仿真和辅助设计。绪论4）高精度的交流电机运动控制坐标矢量变换控制系统机械和电磁解耦特性是通过参考坐标系放在旋转磁场上来实的，构成运动控制系统在电流环和速度环外加上位置环，调整困难，在解耦的基础上提出了以下方法（1）滑模变结构控制（不需要精确建模，结构简单易于实现，动静态性能优良）（2）最优位置控制系统（简化控制系统）绪论5）开发新型电机和无机械传感器技术小功率运动控制中得到重视和应用的永磁同步电机。目前研究和发展的开关磁阻电机。为满足高性能的调速，闭环控制必不可少，为实现

7、位置和速度控制，用测速电机和光电码盘来检测信号，传感器的安装，带来了系统成本的增加体积增大、可靠性降低、易受环境的影响，使得成本合理、性能优良的无速度传感器交流系统成为研究的热点，该技术是在电机转子和机座上不安装电磁或光电传感器的情况下、绪论利用检测到的电压电流和电机的数学模型推出电机转子的位置和速度的技术、有不改变电机、省去机械传感器、降低维护费用，不怕粉尘、潮湿的环境的特点。交流拖动控制系统的应用领域主要有三个方面：■一般性能的节能调速■高性能的交流调速系统和伺服系统■特大容量、极高转速的交流调速绪论1.一般性