第1章直流調(diào)速緒論.ppt

1、課程基本內(nèi)容,主要教材： 交直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)錢平，高等教育出版社 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)陳伯時(shí)，機(jī)械工業(yè)出版社,主要內(nèi)容,第一章 緒論 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng) 第三章 直流脈寬調(diào)速控制系統(tǒng) 第四章 位置隨動(dòng)系統(tǒng) 第五章 交流調(diào)壓調(diào)速和串級(jí)調(diào)速 第六章 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 第七章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng) 第八章 交流電動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制,第1章緒論,1.1 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)概況,用直流電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)方式稱為直流 調(diào)速。 由于直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的起/制動(dòng)、 正/反轉(zhuǎn)及調(diào)速等性能，特別適合混合動(dòng)力及純 電動(dòng)汽車的推廣和中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用，永磁無(wú)刷等直流電動(dòng)機(jī)目前在傳動(dòng)領(lǐng)域中仍占重要地位。

2、,調(diào)速控制系統(tǒng)-通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制將電能與機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且控制工作機(jī)械按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)行的裝置,晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)大功率的調(diào)速系統(tǒng)還是沿用晶閘管電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，由于晶閘管存在著控制的非線性及較低的功率因數(shù)等缺點(diǎn)，難于實(shí)現(xiàn)高精度、寬范圍的速度控制。,隨著全控型功率器件GTO、GTR、 IGBT 、P-MOSFET和MCT等的出現(xiàn)，PWM變流器逐步取代了晶閘管相控變流器，成為可控直流電源的主流。 采用PWM變流器，明顯地?cái)U(kuò)大了電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性、效率和功率因數(shù)，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，縮小了電力電子裝置的體積和重量。,1.2 交流電動(dòng)

3、機(jī)調(diào)速技術(shù)概況,由于傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)存在機(jī)械換向問(wèn)題，其最大電壓及轉(zhuǎn)速受到了限制，同時(shí)結(jié)構(gòu)的影響使其不適于腐蝕性、易爆性和含塵氣體的特殊場(chǎng)合。而交流電動(dòng)機(jī)體積小、重量輕、沒(méi)有電刷和換向器、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、制造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)牢固、工作可靠、易于維修。 由于長(zhǎng)期以來(lái)一直沒(méi)有理想的調(diào)速方案，只被應(yīng)用于恒速拖動(dòng)領(lǐng)域。,晶閘管元件的出現(xiàn)使交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展出現(xiàn)了一個(gè)飛躍，使得采用半導(dǎo)體變流技術(shù)的交流調(diào)速得以實(shí)現(xiàn)。 由于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制比較復(fù)雜和調(diào)速性能差、裝置價(jià)格高、效率低、使交流調(diào)速先前未能大規(guī)模推廣。,微處理器出現(xiàn)后，國(guó)外在繞線型異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速、無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速、籠型異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制以及P

4、WM技術(shù)方面，獲得重大突破，進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。 目前交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已具備了較寬的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)態(tài)精度、較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、較高的工作效率以及可以四象限運(yùn)行等優(yōu)異性能，其靜、動(dòng)態(tài)特性均可以與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相媲美。,在中大功率傳動(dòng)領(lǐng)域，交流調(diào)速已取代直流調(diào)速。特別是“節(jié)能型”交流調(diào)速技術(shù)，已得到很快發(fā)展。 約占工業(yè)電力拖動(dòng)總量一半的風(fēng)機(jī)、水泵等拖動(dòng)系統(tǒng)，依賴擋板和閥門來(lái)調(diào)節(jié)流量，消耗了大量的電能。 如采用交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速來(lái)改變風(fēng)量或流量的話，效率將會(huì)大大提高。資料顯示，改造恒速電動(dòng)機(jī)為交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，每臺(tái)約可節(jié)能20%以上，總的節(jié)能效益是很可觀的。,1.2.1 交流異步電動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì),全封閉

5、低壓籠型三相大功率異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力機(jī)械，在大型工業(yè)裝備場(chǎng)合存在巨大市場(chǎng)需求，特別是隨著我國(guó)大力發(fā)展電力建設(shè)以及高效變頻調(diào)速系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，使低壓大功率電動(dòng)機(jī)擁有較大市場(chǎng)需求。,1.2.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì),由于稀土永磁電動(dòng)機(jī)不需要?jiǎng)?lì)磁繞組，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，磁場(chǎng)部分沒(méi)有發(fā)熱源，不需要冷卻裝置，材料的矯頑力高，氣隙長(zhǎng)度可以取較大值，從而使大幅度提高轉(zhuǎn)速成為可能。 目前已制造出每分鐘二三萬(wàn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，而每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)也正在研制中。,在高溫、高真空度或狹小空間等特殊場(chǎng)合，如宇航設(shè)備、宇宙空間的機(jī)械手、原子能設(shè)備的檢查機(jī)器人等，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)很難滿足要求，需用高溫電動(dòng)機(jī)或高真空電動(dòng)機(jī)，而稀土永

6、磁電動(dòng)機(jī)(釤鈷永磁)可耐高溫，且體積小，故能滿足這些特殊要求。,國(guó)內(nèi)外十分重視開(kāi)發(fā)實(shí)用的電動(dòng)汽車，以解決大氣污染問(wèn)題。對(duì)于電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)，既要求體積小、重量輕、效率高，又要求在高溫和嚴(yán)酷條件下可靠運(yùn)行。目前發(fā)展趨勢(shì)之一是在車輪輪箍中置入外轉(zhuǎn)子稀土永磁電動(dòng)機(jī),以直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車或電車。,永磁同步電動(dòng)機(jī)在25% 120%額定負(fù)載范圍均可保持較高的效率和功率因數(shù)，輕載運(yùn)行的節(jié)能效果更為顯著。目前主要應(yīng)用于石油、紡織化纖、陶瓷玻璃行業(yè)及年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)、水泵等場(chǎng)合。,釹鐵硼永磁材料具有較高的最大磁能積，能制成超薄型的永磁體，從而使過(guò)去難以做到的超微型和低慣量電動(dòng)機(jī)得以實(shí)現(xiàn)。日本東芝公司開(kāi)發(fā)的起動(dòng)轉(zhuǎn)

7、矩為2 10- 5 Nm、轉(zhuǎn)速為100 000r /min、外徑為3mm、長(zhǎng)為5mm的微型永磁電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)經(jīng)進(jìn)一步改造后，已制成外徑為0. 8 mm、長(zhǎng)為1. 2 mm 的世界上最小的永磁電動(dòng)機(jī)。,1.3 交-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)概況,隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，電氣傳動(dòng)領(lǐng)域出現(xiàn)了以嵌入式微處理機(jī)為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。 微處理機(jī)的采用不僅極大地推動(dòng)了作為研究熱點(diǎn)的交流調(diào)速的迅猛發(fā)展，也給直流調(diào)速的發(fā)展注入了新的活力，使電氣傳動(dòng)進(jìn)入了更新的發(fā)展階段。,對(duì)于小功率系統(tǒng)，末級(jí)驅(qū)動(dòng)電路已集成化（稱功率集成電路）。它將高電壓、大電流、大功率的多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件做在同一芯

8、片上，同時(shí)還包括邏輯、控制、檢測(cè)、自診斷及保護(hù)電路，從而使功率器件注入了智能，故又稱為智能功率集成電路。 使系統(tǒng)體積縮小、成本降低、性能改善、調(diào)整簡(jiǎn)便，而且大大提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。,1.4 電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),電動(dòng)機(jī)控制是電動(dòng)機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感 器技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等多學(xué)科的 交叉應(yīng)用技術(shù)。 這些學(xué)科的發(fā)展促進(jìn)了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，提高了整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的性能?，F(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包含了多種學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)展趨勢(shì)為智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、通用化等。,1.4.1 智能化,智能化是指在控制理論的基礎(chǔ)上,吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生

9、理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。,1.4.2 模塊化,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制產(chǎn)品種類繁多，研制和開(kāi)發(fā)具 有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境 接口的產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜的事, 需要制定 各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。 模塊化對(duì)電氣產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化將給生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制產(chǎn)品的企業(yè)帶來(lái)美好的前程。,1.4.3 網(wǎng)絡(luò)化,網(wǎng)絡(luò)的普及使基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān) 視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本 身就是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制產(chǎn)品。因此, 電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)控制產(chǎn)品無(wú)疑正朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。,1.4.4 微型化,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制產(chǎn)品向微型機(jī)器和微觀

10、領(lǐng)域 發(fā)展，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)控制產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在 生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬 的優(yōu)勢(shì)。,1.4.5 通用化,通用型驅(qū)動(dòng)器配置有大量的參數(shù)和豐富的菜單 功能，便于用戶在不改變硬件配置的條件下方 便地設(shè)置多種控制方式驅(qū)動(dòng)不同類型的電動(dòng)機(jī)。,1.4.6 從故障診斷到預(yù)測(cè)性維護(hù),隨著機(jī)器安全標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的故障診 斷和保護(hù)技術(shù)已經(jīng)落伍，最新的產(chǎn)品嵌入了預(yù) 測(cè)性維護(hù)技術(shù), 使人們通過(guò)Internet便可及時(shí)了 解重要技術(shù)參數(shù)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，并采取預(yù)防性措 施。,1.4.7 一體化和集成化,電動(dòng)機(jī)、反饋、控制、驅(qū)動(dòng)、通信的縱向一體 化已成為當(dāng)前小功率伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。這 種集成了驅(qū)動(dòng)和通信的電動(dòng)機(jī)稱智能化電動(dòng)機(jī) ( Smart Motor) ,集成了運(yùn)動(dòng)控制和通信的驅(qū)動(dòng) 器稱智能化伺服驅(qū)動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)和控制 的集成，使三者從設(shè)計(jì)、制造，到運(yùn)行、維護(hù) 更緊密地融為一體。,1.4.8 其他動(dòng)向,綠色化、發(fā)熱