双绕组同步电动机交－交变频调速数字控制系统.pptVIP

双绕组同步电动机交－交变频调速的数字控制系统 指导教师：于庆广 副教授 主要内容 综述 交－交变频器 同步电动机控制理论 数字控制系统的具体问题 研究工作计划 第一部分 综述 运动控制（Motion Control）系统是以机械运动的驱动设备――电动机为被控对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电气传动系统 以转速为被控量的系统叫做调速系统 以角位移或直线位移为控制量的叫做位置随动系统，也叫伺服系统 本文讨论的是以电动机的转矩和转速为控制对象，按照生产机械的工艺要求进行电动机转速控制的自动化系统。 交流调速传动和直流调速传动 交流电机结构简单，成本低；直流电机有换向器，大容量制造起来比较困难 交流变频调速装置成本昂贵导致直流传动成为调速领域的主流 电力电子技术发展，交流变频调速成本大大降低 从系统的角度来说，交流电机成本优势体现出来。 交流调速传动和直流调速传动 大于一个临界功率后，交流调速就比直流调速便宜。这个临界功率一般认为是2000－3000kW，Siemens认为是1000kW 交流电机采用多电枢的时候，交流调速比直流调速要便宜许多 矢量控制理论使交流调速系统的性能在整体上达到甚至超过直流调速系统 交－交变频调速和交－直－交变频调速 交－直－交电压型同步电动机调速系统 三相不可控整流桥 逆变器采用可关断器件 输出幅值、频率均可调的电压。 适于和小容量永磁同步电动机构成伺服系统。 交－直－交电流型负载换相同步电机调速系统 整流器和逆变器均使用晶闸管 逆变器的晶闸管用同步电动机定子的交流反电动势关断。 适用于大功率、负载较平稳、600转每分以上的场合。 电压型与电流型交－直－交变频器的比较 交－交变频调速系统 大功率（1000kW以上），低速（600r/min以下）无齿轮传动，如轧机、矿井提升机、船舶推进等 同步机和异步机在性能上都达到要求 同步电机优点是功率因数较高，缺点是控制复杂 异步电动机优点是控制简单，缺点是功率因数低，大容量小气隙的异步电动机制造困难 德法用同步电动机，英日用异步电动机 国外相关领域发展状况 1969年BBC公司：第一台6400kW 交－交变频同步电动机传动装置，用作法国伦伯尔基水泥厂水泥球磨机无级调速传动。 1981年西门子：第一台4220kW交－交变频同步电动机矢量控制系统，用于矿井提升机主传动， 1988年日本东芝：第一套交－交变频异步电动机矢量控制调速系统，用于拖动高精度的冷连轧机，各种指标均超过直流调速系统。 世界上已经又100多套轧机和矿井提升机传动采用了交－交变频同步电动机调速系统。 国内相关领域发展状况 SIEMENS：大功率交-交变频器约10台在中国运行 我国目前有7套大功率交-交变频器用于轧机传动，6套用于矿井提升机传动（2001年数据） 90年代中期天传所：2500kW异步机交-交传动系统 2000年中国矿业大学和天传所：1600kW交-交变频双绕组同步电动机传动系统 冶金自动化研究院：交-交变频同步电机热连轧传动系统 1994年，清华电机系同步电机阻尼磁链定向控制理论及其在大功率交－交变频系统中的应用, 获国家科委科技进步一等奖 课题的意义 在大功率电气传动领域 （1）交流调速将取代直流调速的主导地位； （2）同步电动机比异步电动机更具有应用前景； （3）交－交变频器传动同步电动机的结构在低速传动领域会保持很强的竞争力； （4）数字控制器是国内变频调速系统的薄弱环节 （5）自主知识产权的交－交变频调速系统具有重要意义 研究工作 变频器的数字控制器是调速系统的关键环节 实验室的单绕组同步电机矢量控制系统已经做了相当多的工作 本开题报告针对双绕组同步电动机交－交变频调速这个特定领域，结合前期工作的成果，计划为双绕组矢量控制的最后实现设计一个高速稳定的全数字控制器平台 第二部分 交-交变频器 交－交变频器依据电流换向的工作方式可以分为无环流方式和有环流方式，这里对有环流方式的交－交变频器不作展开，只讨论无环流的交－交变频器 这里研究6脉冲桥式无环流变频器，对串连12脉冲的变频器不加讨论 单相无环流交-交变频器 两套三相桥式整流装置的反并联 晶闸管关断通过自然换相实现 根据电流过零点进行正反换向控制 接阻感负载的电压和电流波形 U0，I0，反向逆变； 电流过零封锁时间 U0，I0，正向整流； U0，I0，正向逆变 电流过零封锁时间； U0，I0，反向整流。 余弦交点法 三相输出交－交变频器 输出电压彼此差120度 大容量一般都采用输出星形联结 触发双脉冲宽度均大于30度 输出的三相对称电压波形 双绕组同步电动机交－交变频器 西