现代电力传动理论与技术第一讲-概述

1信息科学与工程学院现代电力传动理论与技术二O一六年三月2第1章现代电机驱动：概述1.1引言

电机驱动可定义为其将电能从电网有效转化为机械负载的能力。

能量流动方向一般是从电能到机械能，某些情况下可逆，如Fig1.1

利用电力电子装置来实现能量的转换，必须开发合适的控制算法以用于驱动过程中的功率转换31.1引言

现代电气传动系统通常由4部分组成：①电动机；②电力电子变流器；③控制器；④执行器件（负载）

两个在极端驱动功率范围内的应用实例（Fig1.2)第1章现代电机驱动：概述41.2.1电动机电气传动系统常用的电机主要类型：

①直流电动机：串励（并励、复励）电动机

②交流电动机：异步（同步、永磁）电动机

开关磁阻电机③特种电机：步进电机等

现代电机驱动大都采用三种类型电机（Fig1.3)异步电机在工业驱动中最常用：电机

固有的鲁棒性、低成本的数字处理器

和成熟的控制算法第1章现代电机驱动：概述51.2.1电动机电机的一个重要性能参数是功率密度：即电机输出功率与重量之比（单位kW/kg）Fig1.4给出了电机工作温度与使用寿命之间的关系，由此可知，工作温度主要取决于电机的功率密度水平第1章现代电机驱动：概述61.2.2功率变换器电力电子变换器的发展，可以用体积功率密度的参数来衡量。即变换器视在功率与体积之比（kVA/m3）工业风冷式交交变换器的体积功率密度从20世纪的30kVA/m3，增大到现在的500kVA/m3。其提升的主要影响因素：

第1章现代电机驱动：概述（1）目前的功率半导体能更有效地切换，功耗更低

（2）散热器技术发展使模块越来越小

（3）利用拓扑结构和控制技术来降低设备损耗（如软开关技术）

（4）先进的驱动设计工具和方法的运用

（5）具有I/O扩展功能的紧凑型高性能数字处理器

（6）无源器件设计和制造水平的提高71.2.2功率变换器一个商用变换器以及用于构建变换器的集成半导体模块（Fig1.5）第1章现代电机驱动：概述81.2.2功率变换器

一个具有标准通信接口的现代变换器技术实物（Fig1.6）第1章现代电机驱动：概述91.2.2功率变换器

提高变换器的体积功率密度，有助于实现高速、高效驱动

制约体积功率密度的主要因素是发热，需要限制工作温度。很大程度上取决于设备的具体损耗、冷却方式和驱动工作条件第1章现代电机驱动：概述101.2.3嵌入式控制与通讯链接Fig1.中的控制器和调制器是嵌入式系统中与开关设备驱动器以及传感器接口的部分

由数字处理器或微控制器组成的专用计算机系统需要提供扩展接口（数字/模拟输入和输出）功能，包括与上层计算机系统通信的网络功能没有与控制器相关的控制算法、软件工具和器件领域的创新，就没有现代电气传动技术的发展进步。主要的创新技术有：第1章现代电机驱动：概述（1）交流电机磁场定向控制（FOC）算法的发展，使磁链和电流完全解耦

（2）同步空间矢量、脉宽调制技术

（3）直接转矩控制算法和传感器控制算法的发展

（4）高性能数字信号处理器DSP以及微控制器

（5）一系列高级编程语言和图像化编程工具的可编程软件的应用111.2.3嵌入式控制与通讯链接Fig1.8有多个I/O命令信号及接口FPGA(Field-ProgrammableGateArray)现场可编程门阵列芯片，用来设置特定电路DSP(digitalsingnalprocessor)数字信号处理器PHY是与外部信号接口的物理芯片存储器FLASH/SDRAM/EEPROM第1章现代电机驱动：概述121.3驱动设计方法可涵盖整个驱动过程的闭环迭代设计过程如图Fig1.9首先，要了解工业生产过程的相关控制知识，确定应用场合，即确定设计目标和约束以此为基础，完成电机和变换器的初步设计（确定电机的类型和拟采用的驱动控制算法）第1章现代电机驱动：概述

进行详细设计与系