第1章直流调速绪论.ppt

课程基本内容 主要教材： 《交直流传动控制系统》钱平，高等教育出版社 《电力拖动自动控制系统》陈伯时，机械工业出版社 主要内容 第一章 绪论 第二章 直流调速系统 第三章 直流脉宽调速控制系统 第四章 位置随动系统 第五章 交流调压调速和串级调速 第六章 异步电动机变频调速系统 第七章 无刷直流电动机控制系统 第八章 交流电动机的微机控制 第1章　绪论 1.1 直流电动机调速技术概况 用直流电动机作为原动机的传动方式称为直流 调速。 由于直流调速系统具有良好的起/制动、 正/反转及调速等性能，特别适合混合动力及纯 电动汽车的推广和中小型风力发电机的使用，永磁无刷等直流电动机目前在传动领域中仍占重要地位。 晶闸管供电的直流调速系统具有良好的技术经济指标，目前国内大功率的调速系统还是沿用晶闸管电动机传动结构，由于晶闸管存在着控制的非线性及较低的功率因数等缺点，难于实现高精度、宽范围的速度控制。 随着全控型功率器件GTO、GTR、 IGBT 、P-MOSFET和MCT等的出现，PWM变流器逐步取代了晶闸管相控变流器，成为可控直流电源的主流。 采用PWM变流器，明显地扩大了电动机的调速范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因数，简化了电路结构，缩小了电力电子装置的体积和重量。 1.2 交流电动机调速技术概况 由于传统直流电动机存在机械换向问题，其最大电压及转速受到了限制，同时结构的影响使其不适于腐蚀性、易爆性和含尘气体的特殊场合。而交流电动机体积小、重量轻、没有电刷和换向器、转动惯量小、制造简单、结构牢固、工作可靠、易于维修。 由于长期以来一直没有理想的调速方案，只被应用于恒速拖动领域。 晶闸管元件的出现使交流电动机调速的发展出现了一个飞跃，使得采用半导体变流技术的交流调速得以实现。 由于交流电动机调速系统的控制比较复杂和调速性能差、装置价格高、效率低、使交流调速先前未能大规模推广。 微处理器出现后，国外在绕线型异步电动机串级调速、无换向器电动机调速、笼型异步电动机的矢量控制以及PWM技术方面，获得重大突破，进入工业应用阶段。 目前交流电动机调速系统已具备了较宽的调速范围、较高的稳态精度、较快的动态响应、较高的工作效率以及可以四象限运行等优异性能，其静、动态特性均可以与直流电动机调速系统相媲美。 在中大功率传动领域，交流调速已取代直流调速。特别是“节能型”交流调速技术，已得到很快发展。 约占工业电力拖动总量一半的风机、水泵等拖动系统，依赖挡板和阀门来调节流量，消耗了大量的电能。 如采用交流电动机调速来改变风量或流量的话，效率将会大大提高。资料显示，改造恒速电动机为交流调速电动机，每台约可节能20%以上，总的节能效益是很可观的。 1.2.1 交流异步电动机发展趋势 全封闭低压笼型三相大功率异步电动机作为动力机械，在大型工业装备场合存在巨大市场需求，特别是随着我国大力发展电力建设以及高效变频调速系统的推广应用，使低压大功率电动机拥有较大市场需求。 1.2.2 永磁同步电动机发展趋势 由于稀土永磁电动机不需要励磁绕组，结构比较简单，磁场部分没有发热源，不需要冷却装置，材料的矫顽力高，气隙长度可以取较大值，从而使大幅度提高转速成为可能。 目前已制造出每分钟二三万转的电动机，而每分钟几十万转的电动机也正在研制中。 在高温、高真空度或狭小空间等特殊场合，如宇航设备、宇宙空间的机械手、原子能设备的检查机器人等，传统电动机很难满足要求，需用高温电动机或高真空电动机，而稀土永磁电动机(钐钴永磁)可耐高温，且体积小，故能满足这些特殊要求。 国内外十分重视开发实用的电动汽车，以解决大气污染问题。对于电动汽车用电动机，既要求体积小、重量轻、效率高，又要求在高温和严酷条件下可靠运行。目前发展趋势之一是在车轮轮箍中置入外转子稀土永磁电动机,以直接驱动电动汽车或电车。 永磁同步电动机在25% ～120%额定负载范围均可保持较高的效率和功率因数，轻载运行的节能效果更为显著。目前主要应用于石油、纺织化纤、陶瓷玻璃行业及年运行时间长的风机、水泵等场合。 钕铁硼永磁材料具有较高的最大磁能积，能制成超薄型的永磁体，从而使过去难以做到的超微型和低惯量电动机得以实现。日本东芝公司开发的起动转矩为2 ×10- 5 N·m、转速为100 000r /min、外径为3mm、长为5mm的微型永磁电动机。该电动机经进一步改造后，已制成外径为0. 8 mm、长为1. 2 mm 的世界上最小的永磁电动机。 1.3 交-直流电动机调速数字控制系统概况 随着微电子技术、电力电子技术、计算机控制技术的发展，电气传动领域出现了以嵌入式微处理机为核心的数字控制系统。 微处