馬昕教授電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制交流調(diào)速基礎(chǔ).ppt

馬 昕,北京化工大學(xué)計(jì)算機(jī)模擬與系統(tǒng)安全工程研究中心 教育部化工安全工程研究中心 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)系統(tǒng)故障預(yù)防及監(jiān)控基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室 北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),2,主要內(nèi)容,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),3,（1）交、直流調(diào)速系統(tǒng)的比較,直流電動(dòng)機(jī)的固有缺點(diǎn)： 工藝復(fù)雜，成本高； 換向器的換向能力限制了直流電動(dòng)機(jī)的容量和速度； 電樞火花限制了直流電動(dòng)機(jī)的安裝環(huán)境； 轉(zhuǎn)子發(fā)熱，電機(jī)效率低； 可靠性較差，增加了維護(hù)和保養(yǎng)的工作量,（1）交、直流調(diào)速系統(tǒng)的比較,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),5,（1）交、直流調(diào)速系統(tǒng)的比較,交流調(diào)速優(yōu)于直流調(diào)速之處： 在大功率負(fù)載情況下，交流調(diào)速性價(jià)比最優(yōu)； 交流調(diào)速系統(tǒng)可滿足高速運(yùn)行要求； 在易燃易爆多塵場(chǎng)合，交流調(diào)速系統(tǒng)無(wú)需過(guò)多維護(hù)； 交流調(diào)速系統(tǒng)成本較之直流調(diào)速系統(tǒng)明顯降低； 中壓交流調(diào)速系統(tǒng)可以節(jié)省變電站容量； 交流電動(dòng)機(jī)易于同某些生產(chǎn)機(jī)械形成機(jī)電一體化產(chǎn)品,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),6,（2）交流調(diào)速的難點(diǎn)和復(fù)雜性,交流調(diào)速系統(tǒng)的難點(diǎn)主要來(lái)自于： 交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型造成轉(zhuǎn)矩控制困難,與其相關(guān)的電子器件和微處理器更新?lián)Q代的速度制約了交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展速度 調(diào)速系統(tǒng)的精度和成本又使交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用復(fù)雜化,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),7,（3）交流調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)突破,電力電子技術(shù)的發(fā)展 微機(jī)以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用以及交流調(diào)速原理的發(fā)展和成熟,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),8,（4）交流調(diào)速系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域,主要應(yīng)用方向： 以節(jié)能為目的的改恒速為調(diào)速的系統(tǒng) 以少維護(hù)省力為目的的取代直流調(diào)速的系統(tǒng) 直流調(diào)速難以實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域 具體應(yīng)用實(shí)例： 軋鋼工業(yè)、石油工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、化工工業(yè),2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),9,主要內(nèi)容,概述 交流調(diào)速涉及的知識(shí) 電力變換電路,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),10,2. 交流調(diào)速涉及的知識(shí),被控對(duì)象：交流電動(dòng)機(jī) 控制內(nèi)容：,理論基礎(chǔ)：自控原理（古典控制、現(xiàn)代控制） 主電路（變頻器電動(dòng)機(jī)） 控制電路 （硬件：?jiǎn)纹瑱C(jī)、PLC、PC、DSP） （軟件：交流電動(dòng)機(jī)控制方案（VVVF、VCS、DTC）,變頻器,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),11,主要內(nèi)容,概述 交流調(diào)速涉及的知識(shí) 電力變換電路 變頻器的基本構(gòu)成 跟蹤型PWM控制,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),12,3. 電力變換電路,整流器（AC=DC） 逆變器（DC=AC） 變頻器（AC=AC） 雙整流器反并聯(lián)（AC=AC） 整流器逆變器（AC=DC=AC）,無(wú)源逆變,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),13,交交變頻（直接變頻） 交直交變頻（間接變頻） 變頻器,pp73,（1）變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),14, 交交變頻器,變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),15,變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),16,變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),17,適用范圍：大容量低速傳動(dòng),變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),18, 交直交變頻器,電壓型逆變器：直流側(cè)是電壓源 電流型逆變器：直流側(cè)是電流源,變頻器的基本構(gòu)成,變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),20,電壓型逆變器的主要特點(diǎn),中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，相當(dāng)于恒壓源 交流側(cè)輸出電壓是矩形波，電流波形為正弦波 為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋能量提供通道，各臂均需反并聯(lián)續(xù)流二極管 從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的 當(dāng)電機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，需在中間直流環(huán)節(jié)中并聯(lián)電阻進(jìn)行能耗制動(dòng),變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),21,變頻器的基本構(gòu)成,電壓型逆變器的主要特點(diǎn),2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),22,中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，相當(dāng)于恒流源 交流側(cè)輸出電流是矩形波，電壓波形為正弦波 因電流不能反向，故控制器件無(wú)需反并聯(lián)續(xù)流二極管 從直流側(cè)向交流側(cè)傳送的功率是脈動(dòng)的,變頻器的基本構(gòu)成,電流型逆變器的主要特點(diǎn),2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),23,變頻器的基本構(gòu)成,電流型逆變器的主要特點(diǎn),2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),24, PWM變頻器,按照整流器是否可控，交直交變頻器可分為： 可控整流器逆變器 前者調(diào)壓，后者調(diào)頻 不可控整流器PWM逆變器 調(diào)壓調(diào)頻均由逆變器調(diào)節(jié),變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),25,變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),26,PWM變頻器的特點(diǎn) 變流器可為不可控整流橋，簡(jiǎn)化電路，提高功率因數(shù) 消除或抑制低次諧波，輸出波形非常逼近正弦波 調(diào)頻同時(shí)調(diào)壓，與中間直流環(huán)節(jié)參數(shù)無(wú)關(guān) 可由PWM整流器和PWM逆變器組成電壓型變頻器，允許能量雙向傳遞，實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行,變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),27,PWM逆變器的主電路,PWM電壓型變頻器主電路,PWM電壓型變頻器的主電路包括交直部分和直交部分,變頻器的基本構(gòu)成,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),28,（2）跟蹤型PWM控制,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),29, 電流跟蹤型PWM控制,實(shí)質(zhì)：bang-bang控制 應(yīng)用領(lǐng)域：高性能單電動(dòng)機(jī)交流傳動(dòng),2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),30,基本思想： 將一個(gè)正弦波電流給定信號(hào)與電流實(shí)測(cè)信號(hào)相比較，若 實(shí)際電流值大于給定值，則通過(guò)逆變器開(kāi)關(guān)器件的動(dòng)作 使之減少；反之使之增加。使實(shí)際輸出電流圍繞著給定 的正弦波電流鋸齒形變化，并將偏差限制在一定范圍內(nèi)。 與此同時(shí)，逆變器輸出的電壓波成為PWM波，快速調(diào)節(jié) 電流幅值和相位，使電動(dòng)機(jī)電流得到高品質(zhì)的動(dòng)態(tài)控制。, 電流跟蹤型PWM控制,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),31, 電流跟蹤型PWM控制,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),32, 電流跟蹤型PWM控制,優(yōu)點(diǎn)：硬件簡(jiǎn)單；實(shí)時(shí)控制；無(wú)需調(diào)節(jié)逆變器電壓；閉環(huán)控制 缺點(diǎn)：諧波損耗較大，開(kāi)關(guān)次數(shù)較多,三相電流跟蹤型逆變器的控制,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),33, 電壓跟蹤型PWM控制,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),34, 電壓跟蹤型PWM控制,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),35, 磁通跟蹤型PWM控制,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),36,（3）變頻器舉例,SIEMENS變頻器 緊湊型MicroMaster410 基本型MicroMaster420 節(jié)能型MicroMaster430 矢量型MicroMaster440,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),37,（3）變頻器舉例,基本操作板,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),38,（3）變頻器舉例,更改參數(shù)P0004數(shù)值,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),39,（3）變頻器舉例,MicroMaster440 變頻器控制端子,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),40,（3）變頻器舉例,MicroMaster440變頻器 與水泵接線圖,2019/7/17,第四章 交流調(diào)速基礎(chǔ),41,本章小結(jié),隨著計(jì)算機(jī)和微處理器的迅速發(fā)展，電力電子器件的日新月異，現(xiàn)代控制理論和智能控制方法的日益成熟，使得交流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用如日中天 交交變頻器無(wú)中間直流環(huán)節(jié)，為直接變頻，效率高，但可調(diào)頻率范圍在1/2額定頻率以下。適用于大容量、低速傳動(dòng) 交直交變頻器根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)不同，分為電壓型逆變器和電流型逆變器兩種 PWM電壓型逆變器兼有電壓型和電流型的優(yōu)點(diǎn)，是目