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文档简介
电机控制课程大纲电机控制方法变频器电机控制系统直流电机异步电机/同步电机交—直—交和交—交变频器脉宽调制技术非正弦供电下电机运行性能变频调速系统矢量控制系统/直接转矩控制系统SPWM、HCC、SVPWM调压调速、变频调速、矢量控制双闭环调速、PWM调速必要性科技的发展、新能源的利用、生活品质的提高,都与高性能电机控制系统密切相关。课程内容针对电气工程中,机(械能)、电(能)转换系统如何实现“运动”(旋转/直线)的控制技术及控制系统运动控制表现在:1、速度和位置调节:
稳态调速精度
动态响应速度
(伺服)定位精度课程内容2、特性控制:自然特性人工特性
以满足生产效率、生产工艺要求工作点课程内容3、节能措施:通过运行方式改变,提高机电运动系统运行经济性,大幅节能。(如风机、水泵调速调流量的节能)
课程内容4、电子(电力电子)控制后对电机系统及电网的影响—对电机系统:损耗、效率、发热、转矩、功率因数—对电网:谐波污染,无功恶化电机控制
例一:仿真机械手良好的控制性能快速的动态响应宽范围调速关节采用直流电机实现对手臂的灵活快速、精确控制上坡:低速、大转矩(恒转矩运行)电机控制必要性
例二:电动车辆(电动汽车、轻轨电车、电力机车等)下坡:再生(动能回馈)制动(非机械抱闸)平路:高速、小转矩(恒功率运行)
结论:提出了对电机实施的控制电机控制必要性
例二:电动车辆(电动汽车、轻轨电车、电力机车等)电机控制的发展直流电机有优良的调速性能应用于高动态性能的电机控制
电气牵引
风机、水泵调节流量高精度机床主轴驱动伺服控制、机械手、机械人关节驱动
原因:
磁场与电枢电流能自然解耦可通过相应电流分别控制电机控制的发展
缺点:
碳刷、换向器带来的维护、火花速度×容量极限:,不能满足高速、大容量驱动(时,)交流电机采用高性能解耦控制——矢量变换控制(模拟直流电机控制)电机控制的发展交流电机的发展概况
优点:结构简单、运行可靠、高速大容量等
缺点:调速控制困难、磁通和转矩耦合,不能有效实现电机运动控制;
调速方法:调压、转子串电阻、变频等;
转折点:开关器件的发展
脉宽调制技术的发展
矢量控制理论的发展
变频调速理论的发展
微型计算机控制技术的发展
电机控制的发展交流调速系统基本类型
异步电机划分依据:调速过程转差功率是否增大、真实消耗还是回收1)转差功率消耗型:全部转差功率转化为热能,运行效率较低
如调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速2)转差功率回馈型:一部分转差功率被消耗,大部分被回收
如绕线式异步电机串级调速3)转差功率不变型:转差功率消耗水平保持不变,高效调速方式
如变频调速,变极调速
电机控制的发展交流调速系统基本类型
同步电机划分依据:转子励磁方式的不同1)电励磁同步电机
优点:高运行效率、调速性能优越,容易制造
缺点:励磁难以调节,控制相对复杂;2)永磁同步电机
优点:无需直流励磁,电机结构简单可靠
缺点:永磁材料造价高昂,磁场控制困难;
电机控制的发展电机控制发展动向
采用新型电力电子器件的变换器和脉宽调制技术
消除电网谐波污染,提高系统功率因数,优化变频器输入特性
开发无机械传感技术
无速度传感器控制技术—>降低造价,便于维护,提高可靠性
应用现代控制理论
滑模变结构控制
非线性解耦控制
模型预测控制
结构复杂、无法摆脱系统非线性和参数变化的影响智能化控制发展模糊控制人工神经网络控制专家系统电机控制关键必须实现1、给机电运动系统提供所需形态电能
“电能形态”:电的类型、参数
电能形态变化称“变流”→电力电子技术
特别是变流器输入、输出特性优化控制——脉宽调制(PWM)技术对电能
机械能转换过程有效控制
电机控制关键2、对电机系统实施控制,获得所需运动特性
被控制对象为电机→电机理论
交流电机高性能控制
矢量变换控制
直接转矩控制
无传感器运行控制电机控制关键3、控制系统满足电网侧的技术要求网侧电流的畸变输入功率因数
LC谐振的抑制
电机控制关键
控制以闭环、解耦为核心→控制理论经典控制理论——PID调节技术现代控制理论——模型参考自适应控制,滑模变结构控制智能控制理论——模糊控制,专家系统,人工神经网络控制控制的实现
微机数字控制技术:单片机、微处理器,数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑器件(CPLD,FPGA)
传感器技术:测量并获得电压、电流、磁通、转矩、转子空间位置,转速,以获得闭环控制用反馈信息电机控制关键
控制系统分析与设计——计算机仿真技术电机控制系统是一个多变量、强耦合、非线性、时变的复杂大系统,无法获得解析表达,必须采用数学建模,计算机仿真分析,计算机辅助设计(CAD)技术Matlab/simulinkSaberSimplorerPSCAD…电机控制分类按被控物理量分:调速系统位置随动系统/伺服系统按驱动电机类型分:直流传动系统交流传动系统按控制器的类型分:模拟控制系统数字控制系统电机控制涉及学科电机控制电力电子器件功率变换电路电机传感器计算机仿真与CAD自动控制理论模拟/数字电子技术微机控制技术大规模集成电路课程特点微电子技术自动控制原理电力电子技术电机微机控制技术电机控制系统运用电力电子技术、微电子技术、微机控制技术、自动控制原理等,讲述电力电子技术在
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