現(xiàn)代電力傳動(dòng)理論與技術(shù)第一講-概述

1信息科學(xué)與工程學(xué)院現(xiàn)代電力傳動(dòng)理論與技術(shù)二O一六年三月2第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述1.1引言

電機(jī)驅(qū)動(dòng)可定義為其將電能從電網(wǎng)有效轉(zhuǎn)化為機(jī)械負(fù)載的能力。

能量流動(dòng)方向一般是從電能到機(jī)械能，某些情況下可逆，如Fig1.1

利用電力電子裝置來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，必須開發(fā)合適的控制算法以用于驅(qū)動(dòng)過程中的功率轉(zhuǎn)換31.1引言

現(xiàn)代電氣傳動(dòng)系統(tǒng)通常由4部分組成：①電動(dòng)機(jī)；②電力電子變流器；③控制器；④執(zhí)行器件（負(fù)載）

兩個(gè)在極端驅(qū)動(dòng)功率范圍內(nèi)的應(yīng)用實(shí)例（Fig1.2)第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述41.2.1電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)常用的電機(jī)主要類型：

①直流電動(dòng)機(jī)：串勵(lì)（并勵(lì)、復(fù)勵(lì)）電動(dòng)機(jī)

②交流電動(dòng)機(jī)：異步（同步、永磁）電動(dòng)機(jī)

開關(guān)磁阻電機(jī)③特種電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)等

現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)大都采用三種類型電機(jī)（Fig1.3)異步電機(jī)在工業(yè)驅(qū)動(dòng)中最常用：電機(jī)

固有的魯棒性、低成本的數(shù)字處理器

和成熟的控制算法第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述51.2.1電動(dòng)機(jī)電機(jī)的一個(gè)重要性能參數(shù)是功率密度：即電機(jī)輸出功率與重量之比（單位kW/kg）Fig1.4給出了電機(jī)工作溫度與使用壽命之間的關(guān)系，由此可知，工作溫度主要取決于電機(jī)的功率密度水平第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述61.2.2功率變換器電力電子變換器的發(fā)展，可以用體積功率密度的參數(shù)來衡量。即變換器視在功率與體積之比（kVA/m3）工業(yè)風(fēng)冷式交交變換器的體積功率密度從20世紀(jì)的30kVA/m3，增大到現(xiàn)在的500kVA/m3。其提升的主要影響因素：

第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述（1）目前的功率半導(dǎo)體能更有效地切換，功耗更低

（2）散熱器技術(shù)發(fā)展使模塊越來越小

（3）利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制技術(shù)來降低設(shè)備損耗（如軟開關(guān)技術(shù)）

（4）先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)工具和方法的運(yùn)用

（5）具有I/O擴(kuò)展功能的緊湊型高性能數(shù)字處理器

（6）無源器件設(shè)計(jì)和制造水平的提高71.2.2功率變換器一個(gè)商用變換器以及用于構(gòu)建變換器的集成半導(dǎo)體模塊（Fig1.5）第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述81.2.2功率變換器

一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口的現(xiàn)代變換器技術(shù)實(shí)物（Fig1.6）第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述91.2.2功率變換器

提高變換器的體積功率密度，有助于實(shí)現(xiàn)高速、高效驅(qū)動(dòng)

制約體積功率密度的主要因素是發(fā)熱，需要限制工作溫度。很大程度上取決于設(shè)備的具體損耗、冷卻方式和驅(qū)動(dòng)工作條件第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述101.2.3嵌入式控制與通訊鏈接Fig1.中的控制器和調(diào)制器是嵌入式系統(tǒng)中與開關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)器以及傳感器接口的部分

由數(shù)字處理器或微控制器組成的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要提供擴(kuò)展接口（數(shù)字/模擬輸入和輸出）功能，包括與上層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信的網(wǎng)絡(luò)功能沒有與控制器相關(guān)的控制算法、軟件工具和器件領(lǐng)域的創(chuàng)新，就沒有現(xiàn)代電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。主要的創(chuàng)新技術(shù)有：第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述（1）交流電機(jī)磁場定向控制（FOC）算法的發(fā)展，使磁鏈和電流完全解耦

（2）同步空間矢量、脈寬調(diào)制技術(shù)

（3）直接轉(zhuǎn)矩控制算法和傳感器控制算法的發(fā)展

（4）高性能數(shù)字信號(hào)處理器DSP以及微控制器

（5）一系列高級(jí)編程語言和圖像化編程工具的可編程軟件的應(yīng)用111.2.3嵌入式控制與通訊鏈接Fig1.8有多個(gè)I/O命令信號(hào)及接口FPGA(Field-ProgrammableGateArray)現(xiàn)場可編程門陣列芯片，用來設(shè)置特定電路DSP(digitalsingnalprocessor)數(shù)字信號(hào)處理器PHY是與外部信號(hào)接口的物理芯片存儲(chǔ)器FLASH/SDRAM/EEPROM第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述121.3驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法可涵蓋整個(gè)驅(qū)動(dòng)過程的閉環(huán)迭代設(shè)計(jì)過程如圖Fig1.9首先，要了解工業(yè)生產(chǎn)過程的相關(guān)控制知識(shí)，確定應(yīng)用場合，即確定設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束以此為基礎(chǔ)，完成電機(jī)和變換器的初步設(shè)計(jì)（確定電機(jī)的類型和擬采用的驅(qū)動(dòng)控制算法）第1章現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)：概述

進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)與系