机电运动控制系统(复习)

机电运动控制系统课程复习贺益康教授浙江大学电气工程学院机电运动控制系统复习课程性质：电气工程及其自动化专业必修课学时数：32学时学分：2学分教材：电机控制（第2版）许大中贺益康编著浙江大学出版社2002年7月出版学习内容直流电机调速与控制●、可控整流器-直流电动机调速系统●直流脉宽调制(PWM)调速异步电机调速与控制●变S调速▲调压调速▲串级调速●变频调速▲变频调速理论▲静止变频器▲变频调速系统机电运动控制系统复习机电运动控制系统复习涉及•电机学(调速理论)•电力电子技术(变流技术)•控制理论•微电子技术•微机数字控制技术课程综合性强，内容多，涉及门广。应对相关先导基础知识有必要的复习和掌握。考试以上课内容为主机电运动控制系统复习一、直流电机控制l.晶闸管可控整流器供电直流电动机机械特性掌握：(l)机械特性曲线形状与负载Id大小有关，分电流连续区与电流断续区，特性硬度不同。(2)电流连续区有换流重迭现象，采用直流平均值等效电路分析；电流断续区无换流重迭现象，采用交流瞬时值等效电路分析。机电运动控制系统复习了解：(3)电流断续区特性太软而无法应用，应缩小电流断续区，其措施是采用平波电抗器，其电感量应按使最小负载电流下电流连续。2.双闭环直流调速系统掌握：(1)双闭环系统结构(图1一7)机电运动控制系统复习(2)PI调节器的特点及作用稳态无差－积分记忆功能动态响应快－限幅输出功能(3)两闭环连接上特点:ST输出作为LT输入，故ST输出限幅值决定了系统最大允许(安全)电流tnU0nunu0nu0nupnKunumaxnU0nuPI运算maxnUPI调节器正限幅器负限幅器进入饱和退出饱和机电运动控制系统复习(4)负载起动过程分析(图1一8)深入了解：各阶段(区间)调节器状态、双闭环工作状态3.可逆调速系统掌握：(1)实现四象限可逆运行必须采用双桥反并联的理由---提供两个方向电枢电流，产生两个方向电磁转矩，构成可逆系统机电运动控制系统复习正转电动0T0n0n0T正转制动反转电动反转制动转矩为正0T0T转矩为负电流为正0aI0aI电流为负核心taTCIC机电运动控制系统复习双桥反并联提供两个方向电枢电流，产生两个方向电磁转矩，构成可逆系统主电路机电运动控制系统复习(2)环流问题：平均环流、瞬时环流产生的机理(三相半波整流电路为例)了解：(3)有环流系统、无环流系统工作原则4.直流脉宽调制(PWM)调速掌握：(1)主电路结构：H型桥，各器件作用(2)双极性调制：工作各阶段中①器件触发信号规律②导通器件及导通原因③反电势E，自感电势eL，电流ia方向④电机运行状态及原因：电动，制动(能耗、反接、再生)机电运动控制系统复习二、异步电机控制┄课程重点1.调速原理分类依据有：变同步速调速(变频)，变滑差调速(交流调压、串级调速)2.调压调速掌握：(1)调速机理(2)三相调压线路何种最优(图2-1)(3)对电机类型要求－高转子电阻电机(高滑差电机，绕线式转子电机)须从：①调速范围；②转子发热；③适合于风机、水泵类负载调速节能三方面说清(1)sn-sn机电运动控制系统复习3.串级调速掌握：(1)串级调速的基本思想(虚拟电阻一电势的概念)(2)晶闸管、亚同步、恒转矩串调结构(图2一12)机电运动控制系统复习(3)各部分作用，亚同步速原因(SPM流向与两个变流桥关系)；变流装置容量大小(调速范围与容量关系)；调速控制方法(最高、最低转速)。了解：4.双馈电机调速基本思想5.变频调速(重点中重点)(1)变频调速理论①基本控制方式a.Ul／fl＝C控制基本原理：b.基本控制模式(如图)●基频下：恒Ul／fl＝C→恒磁通→恒转矩●基频下：Ul＝UlN→弱磁→恒功率11114.44wmEfwk机电运动控制系统复习②基波运行特性－电压源供电下异步电机工作特性重点掌握：a.Ul／fl＝C，El／fl＝C机械特性形状、特点b.全频电压补偿思想c.低频起动性能改善的机理－转子内功率因数攺善QTQNTmT机电运动控制系统复习QTQNTmTQTQNT11sff)cos(C22tQITm)(22112RLstg低频时起动转矩比额定频率起动转矩大。原因：起动转矩转子内功率因数角起动时s=1，转子频率，完全决定于定子（电源）频率m22(cos)I2I2'21EE机电运动控制系统复习③谐波效应重点掌握：a.谐波等值电路，Sk=l事实b.对转子参数的影响，变频调速与调压调速转子发热本质的不同c.效率变化趋势与逆变器类型关系d.谐波转矩类型、特性、起因、大小e.不同类型逆变器对电机定子电抗要求(2)静止变频器★交一交变频不要求交-直-交方波变频器①交-直-交变换拓朴结构(图2一43)②何谓电压源型(VSI)、电流源型(CSI)逆变器③VSI、CSI特性比较(表2一2)④CSI的四象限运行能力分析(图2一48)机电运动控制系统复习CSI的四象限运行能力分析(图2一48)机电运动控制系统复习脉宽调制(PWM)变频器(重点)①问题的提出●不控整流一优化输入特性，提高cosφ●高频开关一优化输出特性，谐波高频化②调制方式a.用开关方式生成一组三相正弦变频电压给电机，而不关心电机内电流——正弦脉宽调制b.用开关方式提供一组三相正弦变频电流给电机，不关心电机内的磁场分布——电流滞环控制c.确保电机内部形成圆形旋转磁场来综合控制三相电压——磁链追踪控制应掌握：各自追求的目标，实现的方法，生成波形的特点机电运动控制系统复习重点掌握：③正弦脉宽调制(SPWM)a.自然采样法思想：正弦调制波、等腰三角载波相交，交点决定开关时刻(脉宽)b.变频、调压机理c.可区分为单极性，双极性d.载波与调制波的协调控制方式：●异步调制●同步调制●分段同步调制的原则、特点(对谐波影响)机电运动控制系统复习了解并一定程度掌握：④磁链跟踪控制(SVPWM)a.电压空间矢量概念，与磁链矢量关系用电压空间矢量控制磁链轨迹思想b.电压空间矢量与逆变器开关状态关系：ul(SaSbSc)→SaSbScc.六阶梯波电压型逆变器(VSI)六边形磁链轨迹的形成d..VSI六边形磁链轨迹的圆化●三段逼近式●零矢量分割●增加扇区数N11uTuurur1(100)u1(110)u1(010)u1(001)u1(011)u1(101)uCBA1(110)1(010)1(011)1(001)1(101)1(100)1(100)1(110)1(010)1(011)1(001)1(101)机电运动控制系统复习mmll0T机电运动控制系统复习1N1N2f11N111N11N◆SVPWM逆变器的VVVF（变压变频）控制设基频为●基频以下：采用零矢量控制●基频：不用零矢量，有效矢量作用时间额定●基频以上：不用零矢量，减少有效矢量作用时间——磁链圆变小（弱磁控制），转速变快磁链圆大小恒定——恒磁通控制机电运动控制系统复习(3)变频调速系统掌握：①频率开环系统：电压源型逆变器—异步电机变频调速系统a.频率、电压两控制通道b.两通道协调控制环节一函数发生器机电运动控制系统复习②频率闭环系统：转差频率控制变频调速系统a.控制思想：控制ωs≤ωsmax，可动态控制转矩b.关键：●保持小滑差←转差调节器●保持φ＝C←函数发生器C机电运动控制系统复习c.特点：频率设定值自动随负载变，构成频率闭环，保证静态无差，以最大转矩实现加、减速，四象限运行,快速动态响应1smaxss机电运动控制系统复习课程结束