交流调速概述概要.ppt

运动控制系统（交流部分）一、教学要求：
了解交流拖动控制系统发展概况
了解交流拖动控制系统的应用领域
掌握交流调速系统的基本类型
掌握交流变压调速系统及其应用
了解交流变压系统动态特性

二、教学时间安排：3学时
重点：交流调速系统的基本类型
三、教学过程：
(1)直流电力拖动交流电力拖动19世纪诞生
发电：19世纪90年代第一条三相输电线
20世纪60年代,99.99％同步发电机
用电：60％～70％各种电机应用,异步电动机负荷又占其中的85%
交流电机拖动：电力拖动容量80%（不变速）
直流电机拖动：20%（可调速）高性能直流电机具有电刷和换相器,需经常检修
换向火花使直流电机应用环境受限
换向能力限制直流电机容量和速度
有效利用电动机，改进运行性能，控制电动机的转速，降低效耗.
(2)20世纪70年代石油危机：节能，使交流拖动控制系统成为主要发展方向。
20世纪60~70年代，电力电子技术的发展
大规模集成电路和计算机控制出现
采用电力电子变换器的交流拖动系统，高性能交流调速系统出现（1）电力电子功率器件应用：构成电力电子变换器（弱电控制强电），器件共分四代。
第一代：晶闸管SCR，100Hz，20世纪50年代，半控器件，电流控制器件。
第二代：电力晶体管BJT(GTR)，2kHz
门极可关断晶闸管GTO，1kHZ
20世纪80年代，全控器件，电流控制器件。第三代：功率MOSEET，100kHz
绝缘栅双极晶体管IGBT=MOS+BJT，
20kHz，20世纪90年代，全控器件，电压控制器件。
第四代：复合器件，高压、大容量、全控器件
IGCT=MOSEET+GTO，ABB公司
IEGT=IGBT+GTO，GE公司控制交流电机(笼型异步电机、绕线型双馈电机、同步电机)的主要是变压变频器。
中、小功率（300kW以下)：IGBT或其它器件组成的PWM变换器.
中、大功率（300kW～10MW）：GTO或IGCT的PWM变换器和GTO电流源变频器。
特大功率(10MW以上)：晶闸管SCR的交一交变换器和电流源型交一直一交变换器。
从模拟控制到数字控制，不但实现了硬件电路标准化、降低了成本，而且提高了控制方法的灵活性。
8位、l6位的单片机：MCS51、MCS96
16位、32位的数字信号处理器(DSP)：美国
TI公司：TMS320C240(2812)
AD公司、MOTOROLa公司DSP
通用微型计算机：8086（～486），奔腾系列
32位、64位的精简指令集计算机(RISC)二、交流拖动控制系统的应用领域1.一般性能的节能调速2.高性能的交流调速系统和伺服系统6.2交流调速系统的基本类型~功率流程图如右：
即Pm=Pmech+Ps
Pmech=(1–s)Pm
Ps=sPm
评价调速系统效率高低的标志是其转差功率工作情况，可把调速系统分成三类。(1)转差功率消耗型调速系统：降电压调速；转差离合器调速；转子串电阻调速；(3)转差功率不变型调速系统：变极对数调速；变压变频调速。三、异步电动机改变电压时的机械特性参数定义电流公式通常，LmLl1，则，C11,可简化成：

(5-2)
异步电机的电磁转矩:

（5-3）异步电动机机械特性最大转矩公式
恒转矩负载,变电压时稳定工作点为A、B、C，转差率s的变化范围不超过0～sm，调速范围有限。
风机类负载，则工作点为D、E、F，调速范围大些.
为扩大调速范围，采用电机转子有较高的电阻值(高转差率电机,即交流力矩电机),变压调速范围增大。交流力矩电机的机械特性采用变电压调速时，调速范围很窄
采用高转子电阻电机可增大调速范围，机械特性变软，当负载变化时静差率很大
开环控制难以解决此矛盾
采用带转速反馈的闭环控制系统（D≥2）图5-6带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统2.系统静特性①TL↑→T-TL’<0→n↓→Un↓→△U↑→定子电压↑→右侧新特性→新工作点A’(A的右侧T＝TL’）。
②TL↓→T-TL’’>0→n↑→Un↑→△U↓→定子电压↓→左侧新特性→新工作点A’’(A的左侧T＝TL’’）。
从开环特性各取一工作点，将A’’、A、A’连接起来→闭环系统的静特性。
开环机械特性很软→闭环系统静特性很硬。
采用PI调节器→无静差
改变给定信号→静特性平行上下移动→调速
不同于直流调速系统，静特性左右两边都有极限，它们是额定电压UsN下的机械特性和最小输出电压Usmin下的机械特性。如超过极限值，闭环系统便失去控制能力。3.系统静态结构图中：
Ks=Us/Uc为晶闸管交流调压器和触发装置的放大系数；
=Un/n为转速反馈系数；
ASR采用PI调节器；
n=f(Us,Te)是式（5-3）机械特性方程式，它是一个非线性函数。
稳态时，Un*=Un=n，Te=TL
Us和U