chp 6.1 交流调速的必要性和特点

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章,交流调速系统的特点及基于稳态模型的恒压频比控制,6.1,交流调速的必要性和特点,6.2,三相交流电压型,PWM,变频电源及控制方法,6.3,基于稳态模型的恒压频比控制,20-1,交流调速系统的必要性,1,6 .1,交流调速系统的必要性和特点,6.1.1,交流调速系统与直流系统的比较,6.1.2,交流调速系统的难点和复杂性,6.1.3,交流调速系统的基本方法及主要应用领域,19,世纪中先后诞生了直流传动和交流传动。,在,20,世纪的,80,年代以后，已形成公认的格局： 交流调速,80%, 直流调速,20%,，,（下页）,近年，在发达国家，在普通和高级的调速系统中,交流调速,80%,直流调速,10%,其他方案,10%,.,20-1,交流调速系统的必要性,2,全 球,EMD,市 值,各类,EMD,比例,全球,EMD,及各类,EMD,比例,（摘自,delta,公司研究,2004,年报告）,20-1,交流调速系统与直流系统的比较,3,直流机结构复杂，成本高，故障多，需经常维护，特别是,换向器,的环火问题，限制了电机的容量和速度、安装环境。,交流机特别是异步电机结构简单，成本低，安装环境要求低，适于易燃、易爆、多尘的条件。在大容量、高转速领域发挥优势。如：电力机车，卷扬机，高速电钻等。,出于性,/,价比,(,维护、节能,),：新型家电、新型交通工具等,（对比分析：表,6.1-1,）,6.1.1,交流调速系统与直流系统的比较,20-1,交流调速系统与直流系统的比较,4,20-1,交流调速系统的难点和复杂性,5,稳态模型,：,1,交流电机转矩控制困难,6.1.2,交流调速系统的难点和复杂性,以异步电机为例,多输入多输出,非线性,强耦合,时变等,转矩控制困难。,20-1,感应电机数学模型,6,特性：,MIMO，,非线性，强耦合，时变,图,4.3.7,（,a,）直流电动机的动态模型,20-1,调速装置中器件发展的限制,7,2 调速装置中器件发展的限制,3,调速系统精度和成本的限制,电力电子器件的发展过程：晶闸管,GTR,IGBT,IPM,等,微处理器发展过程,：,Z-80,8051,8098,196,TMS320,技术突破：,1,）电力电子技术的发展（,下页,）,2,）微机及数字处理技术的发展（,下页,）,3,）现代控制理论的应用及,交流调速理论,的发展,70,以前,采用调压调速,串极调速等, 动态品质差。,70,，德国学者提出了矢量控制原理。,80,，日本、德国学者又提出了直接转矩控制原理。,近年,智能控制(如最优、自适应控制、无传感器调速等)也被引入交流调速系统中.,20-1,调速装置中器件发展的限制,8,电力电子技术,对电力电子技术的定义,20-1,调速装置中器件发展的限制,9,1970 2000 200,5,20,10,Discrete Power Device,Individual,Power Module,Hybrid Power module,Integrated Power Electronics Module,Size & Cost,Power Electronics Modularized Roadmap,20-1,调速装置中器件发展的限制,10,1970,1,990,2000 200,5,20,10,8085,Z80,One Chip Processor,DSP,(Digital Signal Processor),SOC,(System on Chip),Performance/ Cost,Digital Controller,Roadmap,20-1,交流调速系统的基本方法,11,1,交流同步机的调速方法,6.1.3,交流调速系统的基本方法及主要应用领域,过去由于没有变频电源，对同步机难以调速。同步机的起动问题、重载时的失步和振荡问题也难以解决。现在常用的有变频调速、最大转矩控制、,100%,功率因数控制等方法。,此外，永磁同步机的调速系统，由于电机采用高能永磁体，因而具有高推力强度、低损耗、小电气时间常数、响应快等特点。正在被广泛地应用于动静态特性要求高的领域。,20-1,交流异步电机的调速方法,12,2,交流异步电机的调速方法,20-1,交流异步电机的调速方法,13,降低定子端电压的机械特性,14,(1),降低定子端电压的机械特性,仅降低定子电压（由于异步电机的磁路在额定电压下已有点饱和了不宜再升高电压），其它参数都与固有机械特性时相同。,转子回路串三相对称电阻时的机械特性,15,(2),转子回路串三相对称电阻,时的机械特性,转子回路串三相对称电阻时的机械特性,16,转子回路串三相对称电阻时的机械特性,17,应用：,绕线电机的转差功率回馈控制,风力发电等,转子回路串三相对称电阻时的机械特性,18,绕线电机的转差功率回馈控制时的功率流,为恒定的机械特性,19,优点：,避免了非稳定工作区；,可输出最大转矩；,但需要,变压变频电源,供电。,异步电机调速方法分类,20,图,6.1.3,异步电机调速方法分类,交流调速的主要应用领域,21,3,交流调速的主要应用领域,（,1,）一般性能的节能调速,（,2,）高性能的交流调速系统和交流伺服系统,（,3,）直流调速难以实现的领域，如大容量、高转速的电机拖 动等领域,特大容量的拖动设备,极高转速的拖动,对功率密度比,/,体积密度比的要求高的系统,要求防火、防爆的场所,主要讲述交流同步机和异步机的变压变频调速方法,22,本课程主要讲述交流同步机和异步机的变压变频调速方法,。,END,23,