《电机调速技术》教案 第7课 认识矢量控制调速系统.docx

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课题

第七课认识矢量控制调速系统

课时

4课时(180min)

教学目标

知识目标:

(1)了解矢量控制的基本思想和典型电路

(2)掌握矢量控制的工作原理

(3)了解异步电动机的空间矢量坐标变换

(4)掌握矢量控制调速系统的组成和实现方法

技能目标:

(1)能够正确使用Matlab/Simulink仿真平台构建矢量控制调速系统仿真模型

(2)能够了解静、动态特性及有关控制参数的变化对矢量控制调速系统的影响

素质目标:

(1)树立技能成才、技能报国的人生理想

(2)养成恪尽职守、事必躬亲、开拓进取的工作作风

(3)激发心系国家建设、勇担时代使命的爱国情怀

教学重难点

教学重点:矢量控制的基本思想、工作原理、典型电路、异步电动机的空间矢量坐标变换、矢量控制调速系统的组成、实现方法等知识

教学难点:正确使用Matlab/Simulink仿真平台构建矢量控制调速系统仿真模型

教学方法

情景模拟法、问答法、讨论法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】按照老师要求签到

案例导入

【教师】扫码播放“矢量控制调速系统就在我们身边”视频(详见教材),讲述“矢量控制调速系统就在我们身边”案例(详见教材),并提出问题

在炎热的夏天,当你坐在空调房间享受着清凉,你是否知道空调是如何保持你需要的最适温度的呢?

【学生】聆听、思考、回答

传授新知

【教师】通过大家的发言,引入新的知识点,讲解矢量控制概述、矢量控制调速系统的组成和实现方法等知识

4.1矢量控制概述

【教师】扫码播放“什么是矢量控制?”视频(详见教材),并提出以下问题:

想一想,矢量控制的运行原理是怎样的?

【学生】观看、思考、举手回答

【教师】总结学生回答

矢量控制可将交流电动机模拟成直流电动机进行控制,它以磁链矢量的方向作为坐标轴的基准方向,采用矢量变换的方法实现交流电动机转速和磁链的完全解耦控制,从而得到类似直流电动机优良的动态调速性能。

4.1.1矢量控制的基本思想

为了阐明矢量控制的基本思想,需要先分析交、直流电动机电磁转矩的异同点。直流电动机电磁转矩与电枢电流的关系可用公式表示为

(4-1)

式(4-1)表明,当磁通量保持恒定时,电磁转矩与电枢电流成正比,控制就可以控制。因此,直流电动机很容易获得良好的动态性能。

三相异步电动机的电磁转矩与转子电流的关系可用公式表示为

(4-2)

式(4-2)表明,电磁转矩是气隙磁通量和转子电流有功分量相互作用而产生的。当保持恒定时,电磁转矩不仅与转子电流的大小有关,还与转子电路的功率因数角有关。电磁转矩还是转差率的函数,它们互相耦合,互不独立。因此,在动态过程中要准确控制异步电动机的电磁转矩比较困难。

矢量控制成功解决了异步电动机电磁转矩控制难的问题,实现了磁通量和电磁转矩的独立控制。矢量控制的基本思想是将三相交流电动机绕组产生的旋转磁场变换为和直流电动机相似的两绕组产生的旋转磁场,然后控制两绕组中的电流,从而得到像直流电动机一样的转矩特性。

【教师】利用多媒体展示“等效的异步电动机绕组与直流电动机绕组的物理模型(a)三相交流绕组(b)两相交流绕组(c)相互垂直的直流绕组”图片(详见教材),并进行讲解

在异步电动机三相对称绕组A、B、C中,通入三相平衡正弦交流电流,可产生转速为的旋转磁场,如图(a)所示。能产生旋转磁场的绕组不一定是三相,例如,位置互差90°的两相对称绕组通入两相对称正弦电流时,也能产生旋转磁场,如图(b)所示。当该旋转磁场的大小、转速及转向与三相对称绕组产生的旋转磁场完全相同时,可以认为这两组交流绕组是等效的。

【教师】随机邀请学生回答以下问题:

三相对称绕组与两相对称绕组的变换?

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生的回答

如图(b)所示的坐标系为两相静止正交坐标系。三相对称绕组A、B、C到两相对称绕组的变换,即三相坐标系到两相静止正交坐标系的变换,称为3/2变换;反之,称为2/3变换。

当有两个匝数相等、空间上相互垂直的绕组M、T分别通入直流电流和时,会产生位置固定不动的磁场,如图(c)所示。如果使M、T两个绕组同时以同步转速旋转,则也跟着旋转,称为两相旋转正交坐标系,它可以和图(a)、(b)中的绕组等效。

综上所述,以产生同样的旋转磁场为准则,可以将异步电动机三相对称绕组先经过三相到两相的变换,再经过旋转坐标系变换,从而得到模拟的直流两相绕组M、T,即绕组M相当于直流电动机的励磁绕组,相当于励磁电流;绕组T相当于直流电动机的电枢绕组,相当于电枢电流。因此,控制和就可以得到和直流电动机类似的控制特性。

【教师】随机邀请学生回答以下问题:

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