機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(復(fù)習(xí)).ppt

機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程復(fù)習(xí) 賀益康教授 浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 課程性質(zhì) 電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)必修課學(xué)時(shí)數(shù) 32學(xué)時(shí)學(xué)分 2學(xué)分教材 電機(jī)控制 第2版 許大中賀益康編著浙江大學(xué)出版社2002年7月出版 學(xué)習(xí)內(nèi)容直流電機(jī)調(diào)速與控制 可控整流器 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 直流脈寬調(diào)制 PWM 調(diào)速異步電機(jī)調(diào)速與控制 變S調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速 串級(jí)調(diào)速 變頻調(diào)速 變頻調(diào)速理論 靜止變頻器 變頻調(diào)速系統(tǒng) 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 涉及電機(jī)學(xué) 調(diào)速理論 電力電子技術(shù) 變流技術(shù) 控制理論微電子技術(shù)微機(jī)數(shù)字控制技術(shù)課程綜合性強(qiáng) 內(nèi)容多 涉及門廣 應(yīng)對(duì)相關(guān)先導(dǎo)基礎(chǔ)知識(shí)有必要的復(fù)習(xí)和掌握 考試以上課內(nèi)容為主 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 一 直流電機(jī)控制l 晶閘管可控整流器供電直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性掌握 l 機(jī)械特性曲線形狀與負(fù)載Id大小有關(guān) 分電流連續(xù)區(qū)與電流斷續(xù)區(qū) 特性硬度不同 2 電流連續(xù)區(qū)有換流重迭現(xiàn)象 采用直流平均值等效電路分析 電流斷續(xù)區(qū)無(wú)換流重迭現(xiàn)象 采用交流瞬時(shí)值等效電路分析 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 了解 3 電流斷續(xù)區(qū)特性太軟而無(wú)法應(yīng)用 應(yīng)縮小電流斷續(xù)區(qū) 其措施是采用平波電抗器 其電感量應(yīng)按使最小負(fù)載電流下電流連續(xù) 2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)掌握 1 雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖1一7 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 2 PI調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)及作用穩(wěn)態(tài)無(wú)差 積分記憶功能動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 限幅輸出功能 3 兩閉環(huán)連接上特點(diǎn) ST輸出作為L(zhǎng)T輸入 故ST輸出限幅值決定了系統(tǒng)最大允許 安全 電流 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 4 負(fù)載起動(dòng)過程分析 圖1一8 深入了解 各階段 區(qū)間 調(diào)節(jié)器狀態(tài) 雙閉環(huán)工作狀態(tài)3 可逆調(diào)速系統(tǒng)掌握 1 實(shí)現(xiàn)四象限可逆運(yùn)行必須采用雙橋反并聯(lián)的理由 提供兩個(gè)方向電樞電流 產(chǎn)生兩個(gè)方向電磁轉(zhuǎn)矩 構(gòu)成可逆系統(tǒng) 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 核心 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 雙橋反并聯(lián)提供兩個(gè)方向電樞電流 產(chǎn)生兩個(gè)方向電磁轉(zhuǎn)矩 構(gòu)成可逆系統(tǒng)主電路 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 2 環(huán)流問題 平均環(huán)流 瞬時(shí)環(huán)流產(chǎn)生的機(jī)理 三相半波整流電路為例 了解 3 有環(huán)流系統(tǒng) 無(wú)環(huán)流系統(tǒng)工作原則4 直流脈寬調(diào)制 PWM 調(diào)速掌握 1 主電路結(jié)構(gòu) H型橋 各器件作用 2 雙極性調(diào)制 工作各階段中 器件觸發(fā)信號(hào)規(guī)律 導(dǎo)通器件及導(dǎo)通原因 反電勢(shì)E 自感電勢(shì)eL 電流ia方向 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及原因 電動(dòng) 制動(dòng) 能耗 反接 再生 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 二 異步電機(jī)控制 課程重點(diǎn)1 調(diào)速原理分類依據(jù)有 變同步速調(diào)速 變頻 變滑差調(diào)速 交流調(diào)壓 串級(jí)調(diào)速 2 調(diào)壓調(diào)速掌握 1 調(diào)速機(jī)理 2 三相調(diào)壓線路何種最優(yōu) 圖2 1 3 對(duì)電機(jī)類型要求 高轉(zhuǎn)子電阻電機(jī) 高滑差電機(jī) 繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī) 須從 調(diào)速范圍 轉(zhuǎn)子發(fā)熱 適合于風(fēng)機(jī) 水泵類負(fù)載調(diào)速節(jié)能三方面說清 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 3 串級(jí)調(diào)速掌握 1 串級(jí)調(diào)速的基本思想 虛擬電阻一電勢(shì)的概念 2 晶閘管 亞同步 恒轉(zhuǎn)矩串調(diào)結(jié)構(gòu) 圖2一12 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 3 各部分作用 亞同步速原因 SPM流向與兩個(gè)變流橋關(guān)系 變流裝置容量大小 調(diào)速范圍與容量關(guān)系 調(diào)速控制方法 最高 最低轉(zhuǎn)速 了解 4 雙饋電機(jī)調(diào)速基本思想5 變頻調(diào)速 重點(diǎn)中重點(diǎn) 1 變頻調(diào)速理論 基本控制方式a Ul fl C控制基本原理 b 基本控制模式 如圖 基頻下 恒Ul fl C 恒磁通 恒轉(zhuǎn)矩 基頻下 Ul UlN 弱磁 恒功率 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 基波運(yùn)行特性 電壓源供電下異步電機(jī)工作特性重點(diǎn)掌握 a Ul fl C El fl C機(jī)械特性形狀 特點(diǎn)b 全頻電壓補(bǔ)償思想c 低頻起動(dòng)性能改善的機(jī)理 轉(zhuǎn)子內(nèi)功率因數(shù)攺善 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 低頻時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比額定頻率起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 原因 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子內(nèi)功率因數(shù)角 起動(dòng)時(shí)s 1 轉(zhuǎn)子頻率 完全決定于定子 電源 頻率 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 諧波效應(yīng)重點(diǎn)掌握 a 諧波等值電路 Sk l事實(shí)b 對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響 變頻調(diào)速與調(diào)壓調(diào)速轉(zhuǎn)子發(fā)熱本質(zhì)的不同c 效率變化趨勢(shì)與逆變器類型關(guān)系d 諧波轉(zhuǎn)矩類型 特性 起因 大小e 不同類型逆變器對(duì)電機(jī)定子電抗要求 2 靜止變頻器 交一交變頻不要求交 直 交方波變頻器 交 直 交變換拓樸結(jié)構(gòu) 圖2一43 何謂電壓源型 VSI 電流源型 CSI 逆變器 VSI CSI特性比較 表2一2 CSI的四象限運(yùn)行能力分析 圖2一48 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) CSI的四象限運(yùn)行能力分析 圖2一48 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 脈寬調(diào)制 PWM 變頻器 重點(diǎn) 問題的提出 不控整流一優(yōu)化輸入特性 提高cos 高頻開關(guān)一優(yōu)化輸出特性 諧波高頻化 調(diào)制方式a 用開關(guān)方式生成一組三相正弦變頻電壓給電機(jī) 而不關(guān)心電機(jī)內(nèi)電流 正弦脈寬調(diào)制b 用開關(guān)方式提供一組三相正弦變頻電流給電機(jī) 不關(guān)心電機(jī)內(nèi)的磁場(chǎng)分布 電流滯環(huán)控制c 確保電機(jī)內(nèi)部形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)綜合控制三相電壓 磁鏈追蹤控制應(yīng)掌握 各自追求的目標(biāo) 實(shí)現(xiàn)的方法 生成波形的特點(diǎn) 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 重點(diǎn)掌握 正弦脈寬調(diào)制 SPWM a 自然采樣法思想 正弦調(diào)制波 等腰三角載波相交 交點(diǎn)決定開關(guān)時(shí)刻 脈寬 b 變頻 調(diào)壓機(jī)理c 可區(qū)分為單極性 雙極性d 載波與調(diào)制波的協(xié)調(diào)控制方式 異步調(diào)制 同步調(diào)制 分段同步調(diào)制的原則 特點(diǎn) 對(duì)諧波影響 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 了解并一定程度掌握 磁鏈跟蹤控制 SVPWM a 電壓空間矢量概念 與磁鏈?zhǔn)噶筷P(guān)系用電壓空間矢量控制磁鏈軌跡思想b 電壓空間矢量與逆變器開關(guān)狀態(tài)關(guān)系 ul SaSbSc SaSbScc 六階梯波電壓型逆變器 VSI 六邊形磁鏈軌跡的形成d VSI六邊形磁鏈軌跡的圓化 三段逼近式 零矢量分割 增加扇區(qū)數(shù)N 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) SVPWM逆變器的VVVF 變壓變頻 控制設(shè)基頻為 基頻以下 采用零矢量控制 基頻 不用零矢量 有效矢量作用時(shí)間額定 基頻以上 不用零矢量 減少有效矢量作用時(shí)間 磁鏈圓變小 弱磁控制 轉(zhuǎn)速變快 磁鏈圓大小恒定 恒磁通控制 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 3 變頻調(diào)速系統(tǒng)掌握 頻率開環(huán)系統(tǒng) 電壓源型逆變器 異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)a 頻率 電壓兩控制通道b 兩通道協(xié)調(diào)控制環(huán)節(jié)一函數(shù)發(fā)生器 機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí) 頻率閉環(huán)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系