变频驱动与控制技术介绍.
变频驱动技术
绪论
以交流(直流电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流(直流调速系统,也称交流(直流电气拖动系统。变频调速技术是交
流电气传动系统的一种。
目的
根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终端设备的速度或输出转矩。
意义
序号意义有代表意义的行业或设备
1节能风机、水泵、注塑机
2提高产品质量机床、印刷、包装等生产线
3改善工作环境电梯、中央空调
注:并不是所有的设备使用调速装置后都可以节能
调速系统构成
中间传动机构
交流电源输入
终端机械
交流电机
直流调速装置
直流输出
皮带轮、齿轮箱等风机、泵等
直流电机
交流调速装置
交流输出
执行机构
变频器
交、直流调速系统的特点
直流调速系统特点:
●控制对象:直流电动机
●控制原理简单,一种调速方式●性能优良,对硬件要求不高●电机有换向电刷(换向火化●电机设计功率受限
●电机易损坏,不适应恶劣现场●需定期维护交流调速系统特点:
●控制对象:交流电动机
●控制原理复杂,有多种调速方式●性能较差,对硬件要求较高
●电机无电刷,无换向火化问题●电机功率设计不受限
●电机不易损坏,适应恶劣现场●基本免维护
国内调速技术现状
(1晶闸管交流器和开关断器件(DJT、IGBT、VDMOS斩波器供电的直流调速设备。
随着交流调速的发展,该设备在缩减,但由于我国旧设备改造任务多,以及它在几百至一千多kW范围内价格比交流调速低得多,所以在短期内有一定市场。国产设备能满足需要,部分出口。自行开发的控制器多为模拟控制,近年来主要采用进口数字控制器配国产功率装置。
(2IGBT等逆变器供电的交流变频调速设备。这类设备的市场很大,总容量占的比例不
大,但台数多,增长快,应用范围从单机扩展到全生产线,从简单的V/f控制到高性能的矢量控制。约有50家工厂和公司生产,其中合资企业占很大比重。
(3负载换流式电流型晶闸管逆变器供电的交流变频调速设备。这类产品在抽水蓄水能电
站的机组起动,大容量风机、泵、压缩机和轧机传动方面有很大需求。国内只有少数科研单位有能力制造,目前容量最大做到12MW。功率装置国内配套,自行开发的控制装置只有模拟式的,数字装置需进口,自己开发应用软件。
(4交-交变频器供电的交流变频调速设备。这类产品在轧机和矿井卷扬传动方面有很大
需求,台数不多,功率大。主要靠进口,国内只有少数科研单位有能力制造。目前最大容量做到7000~8000kW。功率部分国产,数字控制装置进口,包括开发应用软件。
8.1.1 变频技术及变频器
1、变频器
变频器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置。
我们常见的驱动器可以包括:交流驱动器(驱动交流电机:如异步电机、同步电机、步进电机、伺服电机等,、直流驱动器(驱动直流电机两个部分。
变频器是VVVF(变压变频的简易说法,国外的资料一般都叫交流驱动器(AC driver (inverter,很明显变频器其实是交流驱动器的一种。
2、变频调速的优势(与其它交流电机调速方式对比
序号优点
1平滑软启动,降低启动冲击电流,减少变压器占有量,确保电机安全
2在机械允许的情况下可通过提高变频器的输出频率提高工作速度
3无级调速,调速精度大大提高
4电机正反向无需通过接触器切换
5非常方便接入通讯网络控制,实现生产自动化控制8.1.2 变频调速的发展历程
电机控制算法
电力电子
器件
V/F控制
SCR GTR
矢量控制
IGBT
微机控制技
术
单片机
DSP
IGBT大容量化
更高速率和容量
如:矩阵式变频器大功率传
动使用变
频器,体
积大,价
格高
未来发展方向
完美无谐波
PWM技术
SPWM技术
PWM优化
新一代开关技术
无速度矢量控制
电流矢量V/F
70年代80年代
60年代90年代
高速DSP
专用芯片
00年代
超静音变频器开始流行
解决了GTR噪声问题
变频器性能大幅提升
大批量使用,取代直流算法优化
更大容量
更高开关频率
PWM技术空间电压矢量
调制技术
变频器体
积缩小,
开始在中
小功率电
机上使用
8.1.3 变频调速技术的发展趋势
1实现变频器的人工智能化;
2开发清洁电能的变频器;
3实现软开关化;
4实现变频器硬件的集成化;
5实现变频器的通信网络化和技术规格标准化。
1.按变换环节分类
按变换环节来分可以分为交-交直接变频器和交-直-交
间接变频器。
优点:没有中间环节,变换效率高。
缺点:总设备投资大,交-交变频器的最大输出频率为30HZ ,其应用受到限制。
8.1.4 变频器的分类
1交-交直接变频器
2交-直-交变频器:
~整流部分储能环节逆变部分M 交流直流直流交流
控制系统
交-直-交变频器主要有3种结构形式
调压和调频分别在两个环节上,
由控制电路进行协调,但电网侧
的功率因数低,输出谐波大。
整流环节采用不可控
整流,增设斩波器进行
调压,再用逆变器变频
,克服了功率因数低的缺
点,输出谐波仍大。
调压和调频都在逆变器上
进行,输出电压是一系列
脉冲,调节脉冲宽度就可
以调节输出电压值,是最
好的一种调压调频方法。
2.按直流电路的滤波方式分类
交-直-交变频器中间直流环节的储能元件可以是电容或是电感,据此,变频器分成电压型变频器和电流型变频器两大类。
输出交流电压是矩形波或阶梯波,电流波形接近于正弦波中间环节是大电容器滤波,使直流侧电压U
D
恒定,变频器的输出电压随之恒定,相当于理想的电压源,称为交-直-交电压型变频器。
电流型变频器输出交流电流是矩形波或阶梯波,电压波形接近于正弦波
中间环节是电感很大的电抗器滤
波,电源阻抗很大,直流环节中
的电流I D 可近似于恒定,逆变器
输出电流随之恒定,相当于理想
的电流源,称为交-直-交电流
型变频器。
3按控制方式分类
电压频率比控制变频器
电压频率比控制是为了得到理想的转矩—速度特性,基于在改变电源频率进行调速的同时,又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的,通用型变频器基本上都采用这种控制方式。
转差频率控制变频器
转差频率控制方式是对电压频率比控制的一种改进,这种控制需要由安装在电动机上的速度传感器检测出电动机的转速,构成速度闭环,速度调节器的输出为转差频率,而变频器的输出频率则由电动机的实际转速与所需转差频率之和决定。
矢量控制变频器
矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式,是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位,以便对电动机的励磁电流和转矩电流分别进行控制,进而达到控制电动机转矩的目的。无速度传感器的矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制,然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽,启动转矩大,工作可靠,操作方便,但计算比较复杂,一般需要专门的处理器来进行计算。
直接转矩控制变频器
直接转矩控制是继矢量控制变频调速技术之后的一种新型的交流变频调速技术。它是利用空间电压矢量PWM(SVPWM通过磁链、转矩的直接控制、确定逆变器的开关状态来实现的。直接转矩控制还可用于普通的PWM控制,实行开环或闭环控制。
4按功能分类
恒转矩变频器
恒转矩变频器控制的对象具有恒转矩特性,在转速精度及动态性能等方面要求一般不高,当用变频器实现恒转矩调速时,必须加大电动机和变频器的容量,以提高低速转矩。恒转矩变频器主要应用于挤压机、搅拌机、传送带、提升机等。
平方转矩变频器
平方转矩变频器控制的对象,在过载能力方面要求较低,由于负载转矩与转速的平方成正比,所以低速运行时负载较轻,并有节能的效果。平方转矩变频器主要应用于风机、泵类。
5按用途分类
通用变频器
通用变频器是指能与普通的笼型异步电动机配套使用,能适应各种不同性质的负载,并具有多种可供选择功能的变频器。
高性能专用变频器
高性能专用变频器主要应用于对电动机的控制要求较高的系统,与通用变频器相比,高性能专用变频器大多数采用矢量控制方式,驱动对象通常是变频器厂家指定的专用电动机。
高频变频器
在超精密加工和高性能机械中,常常要用到高速电动机,为了满足这些高速电动机的驱动要求,出现了采用PAM控制方式的高频变频器,其输出频率可达到3 kHz。
6.按输出电压调制方式分类按输出电压的调制方式分为脉幅调制(PAM方式和
脉宽调制(PWM方式。
(1脉幅调制
可控整流器调压,逆变器调频,
调压和调频分别在两个不同的
环节上进行,控制复杂,较少
采用。
(2脉宽调节
脉宽调节(Pulse Width Modulation,PWM方式指变频器输出电压的大小是通过改变输出脉冲的占空比来实现的。调节过程中,逆变器负责调频调压。
8.1.5 变频调速原理
1交流异步电动机变频调速原理由异步电动机的转速公式: 1
16011f n n (s (s
p
=-=-可知,异步电动机有下列三种基本调速方法:
(1改变定子极对数调速。
p (2改变电源频率调速。
1f (3改变转差率
调速。
s
调速方式名称控制对象特点
变极调速
交流异步电动机有级调速,系统简单,最多4段速调压调速无级调速,调速范围窄
电机最大出力能力下降,效率低
系统简单,性能较差
转子串电阻调速
变频调速交流异步电动机
交流同步电动机真正无级调速,调速范围宽
电机最大出力能力不变,效率高
系统复杂,性能好
可以和直流调速系统相媲美
早
晚
发
展
时
间
交流调速方式
●在变频器出现前同步电机无法实现调速功能,因此只能在定速传动领域使用●三相交流鼠笼电机尽管调速性能不佳,但其结构坚固、经久耐用且价格低廉
还是在一些性能较低的传动现场使用
2变频调速的条件
三相异步电动机定子绕组的反电动势E 1的表达式为:E 1=4.44?1N 1K N1Φm =U 1+△U
式中:E 1——定子绕组的感应电动势有效值
N 1 ——定子每相绕组的匝数
K N1——定子绕组的绕组系数,K N1<1
?1 ——定子绕组感应电动势的频率,即电源的频率
Φm ——主磁通
可见:E 1∝?1Φm
将△U 忽略,则E 1≈U 1∝?1Φm
定子电压
漏阻抗压降
当U
1≈ E
1
=const时,由E1≈U1∝?1Φm知,?1↓→Φm↑→电动机磁路过饱和,
导致过大的励磁电流,电动机因绕组过热而损坏。
当U
1≈ E
1
=const时,由E1≈U1∝?1Φm知,?1 ↑→Φm↓,铁芯利用不充分,同
样的转子电流下,电磁转矩T ↓,电动机的负载能力下降,电动机的容量得不到充分利用。
因此,为维持电动机的输出转矩不变,必须使主磁通Φ
m
=const,即
U1?1= const
E 1
?
1
=
结论:变频调速的条件是主磁通Φ
m
保持不变
3基频以下恒磁通(恒转矩变频调速
Φ
m ∝
U1
?
1
= const
E 1
?
1
=
为保持主磁通不变,必须在变频的同时变压,使得压频比为一常数。因为变频的同时还要改变电压,所以称为V/F 控制,也称为VVVF。
一般频率是从额定频率f
1N
向下调,所以需要
同时降低电源电压。
4基频以上恒功率(恒电压变频调速
当f
1>f1N时,U1=const,f↑→ Φm↓(属于弱磁调速→电磁转矩T↓→P不
变,属于恒功率调速。
●额定频率以上调频时,理想空载转速增大,最大转矩大幅减小。
●最大转矩点对应的转差 n
几乎不变,但由于最大转矩
减小很多,所以机械特性斜
度加大,特性变软。
2.PWM控制技术
PWM (Pulse Width Modulation 脉宽调制型,就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲列,用这些脉冲列代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲的等值电压为正弦波状,由此所获得的输出平滑且低次谐波较少。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可以改变输出频率。
SPWM(Sinusoidal PWM正弦波脉宽调制型,SPWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波所需要的波形。SPWM控制技术的思想来源于通信领域,现已广泛应用于变频技术领域。
■面积等效原理
◆是PWM控制技术的重要理论基础。
◆原理内容:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节
上时,其效果基本相同。
?冲量即指窄脉冲的面积。
?效果基本相同,是指环节的输出响应波形基本相同。
?如果把各输出波形用傅里叶变换分析,则其低频段非常接近,仅在高频段略有差异。
■用PWM波代替正弦半波
◆将一个正弦半波分成N等份,每一份可看作是一个
脉冲,很显然这些脉冲宽度相等,都等于π/N,但幅值
不等,脉冲顶部为曲线,各脉冲幅值按正弦规律变化。◆把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩
形脉冲代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合,且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积(冲量相等,这就是PWM波形。
◆对于正弦波的负半周,也可以用同样的方法得到PWM波形。
◆脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的
PWM波形,也称SPWM(Sinusoidal PWM波形。
■PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种,由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。
■基于等效面积原理,PWM波形还可以等效成其他所
需要的波形,如等效所需要的非正弦交流波形等。
■计算法
◆根据逆变电路的正弦波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数,将PWM波形中各脉冲的宽度和间隔准确计算出来,按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断,就可以得到所需要的PWM波形,这种方法称之为计算法。
◆计算法是很繁琐的,当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时,结果都要变化。
■调制法
◆把希望输出的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。
◆通常采用等腰三角波或锯齿波作为载波,其中等腰三角波应用最多。
■单相桥式PWM 逆变电路(调制法
◆电路工作过程
?工作时V 1和V 2通断互补,V 3和V 4通断也互补,比如在
u o 正半周,V 1导通,V 2关断,V 3和V 4交替通断。
?负载电流比电压滞后,在电压正半周,电流有一段区
间为正,一段区间为负。
交流变频调速技术发展的现状及趋势
交流变频调速技术发展的现状及趋势 概述 交流电动机变频调速技术是在近几十年来迅猛发展起来的电力拖动先进技术，其应用领域十分广泛。为了适应科技的发展，将先进技术推广到生产实践中去，交流变频调速技术已成为应用型本科、高职高专电类专业的必修或选修课程。 变频调速技术概述，常用电力电子器件原理及选择，变频调速原理，变频器的选择，变频调速拖动系统的构建，变频技术应用概述，变频器的安装、维护与调试和变频器的操作实验。 在理论上以必需、够用为原则；精心选材，努力贯彻少而精、启发式的教学思想； 变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。因此人们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式；由此出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。但其调速性能都无法和直流电动机相比。直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。 要学习交流电动机的变频调速技术，必须有电力拖动系统的知识。因此，先温习电力拖动系统的基础知识。电力拖动系统由电动机、负载和传动装置三部分组成。描写电力拖动系统的物理量主要是转速，n和转矩T（有时也用电流，因转矩和电动机的电枢电流成正比）。两者之间的关系式称为机械特性。 交流电动机是电力拖动系统中重要的能量转换装置,用来实现将电能转换为机械能。长期以来人们一直在寻求对电动机转速进行调节和控制的方法,起初由于直流调速系统的调速性能优于交流调速系统,直流调速系统在调速领域内长期占居主导地位。 变频调速是通过变频器来实现的，对于变频器的容量确定至关重要。合理的容量选择本身就是一种节能降耗措施。根据现有资料和经验，比较简便的方法有三 种 对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之出主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优
《驱动电机及控制技术》课程标准-电气自动化专业
《电机驱动技术》课程标准 一、课程基本信息 二、课程定位与作用 （一）课程定位 《电机驱动技术》课程的开设是通过深入企业调研，与专业指导委员会专家共同论证，根据工作任务与职业能力分析，以必须、够用为度，以掌握知识、强化应用、培养技能为重点，以机电一体化相关工作任务为依据设置本课程。 （二）课程的作用 《电机驱动技术》课程是机电一体化专业必修的一门专业核心课程。是在电工电子、电力拖动等课程基础上，开设的一门综合性较强的核心课程，其任务是使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的结构原理分析及控制策略的设计能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 三、课程设计理念 《电机驱动技术》课程的设计以生产实际中的具体案例为主，其服务目标是以就业为导向，以能力为本位，以素质为基础。注重实用性，坚持以实为本，避开高深理论推导和内部电路的过细研究，适当降低理论教学的重心，删除与实际工作关系不大的繁冗计算，注重外部特性及连线技能，同时兼顾对学生素质、能力的培养，做到既为后续课程服务，又能直接服务于工程技术应用能力的培养。 四、课程目标 学生通过学习《电机驱动技术》课程，使学生能掌握机电设备常使用的几种电动机--直流电动机、交流感应电动机、交流永磁电动机和开关磁阻电动机的结构、原理及应用以及驱动电动机的结构及其控制方法。熟悉电机调速、分析及控
制。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 【知识目标】 掌握驱动电机的结构原理及应用，掌握功率变换器电路及其应用技术，驱动电机控制技术及新型电机的结构特点与选用。 【能力目标】 能对对驱动电机各种控制电路进行选择、应用和设计，能够准确描述各种电机控制技术的控制原理及特点，并针对不同电机选用不同的控制方式。 【素质目标】 能整体把握驱动电机及控制技术的应用及在日后的工作中解决实际问题。培养学生实事求是的作风和创新精神，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，培养学生一丝不苟的工作作风和良好的团队协作精神。 五、课程内容设计 根据学院对机电一体化专业人才培养方案的要求，结合就业岗位的技能需求，按照职业教育理念，本课程设计了三个教学项目，具体内容如下：
PWM变频控制技术
PWM 变频控制技术 变频调速原理 变频器工作原理：变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。在诸多交流异步电动机调速技术中，如调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速、变频调速等，其中由于变频调速具有的优点： （1）调速时平滑性好，效率高； （2）调速范围较大，精度高； （3）起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显； （4）易于实现过程自动化； 因此，变频调速技术是当前应用最广泛的一种调速技术。在中小功率的变频调速系统中使用最多的变压变频调速，简称U/F 控制，相应的变频调速控制器为电压源型变频调速器（VSI ）。由电机学知识可知异步电动机的转速与电源频率有以下关系： )1(60s p f n -= （2-1） 式中：n —电机的转速（r/min ）； p —磁极对数； s —转差率（％）； f —电源频率（Hz ）。 从式（2-1）可以看出，改变电源频率就可以改变电机转速。另外，根据的电势公式知道，外加电压近似地与频率和磁通的乘积成正比。即 φf C E U 1≈∝ （2-2） 式中C 1为常数。因此有： f U f E =∝φ （2-3） 若外加电压不变，则磁通随频率而改变，如频率下降，磁通会增加，造成磁路饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁心和线圈过热，显然这是不允许的。为此，要在降频的同时还要降压，这就要求频率与电压协调控制。此外，在很多场合为了保持在调速时，电动机产生最大转矩不变，也需要维持磁通不变，这亦由频率和电压协调控制来实现。通过改变异步电动机的供电频率，从而可以任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。 SPWM 模式下交直交变频器工作原理 SPWM 波形就是在进行脉宽调制时，使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度一也最大，而脉冲间的间隔则最小。反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，如图所示。这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的谐波成分大为减小，
驱动电机与控制技术技术试卷(A)
院 年 学期新能源汽车驱动电机技术课程试卷 共 3 页第 1 页题次 一 二 三 四 总分 得分 第一部分.概念辨析模块 请判断下列说法是否正确，正确在括号内画“√”，错误则在括号内画“×” （共25分，每空1分） （ ）1、新能源汽车要求驱动电机体积小、质量轻，具有高可靠性和寿命长。 （ ）2、新能源汽车无需要求驱动电机全速段高效运行。 （ ）3、电机驱动系统一般由电动机、功率变换器、传感器和控制器组成。 （ ）4、直流电机一般具有电刷装置和换向器。 （ ）5、电刷装置的作用是把直流电压、直流电流引入或引出。 （ ）6、磁导率是表示物质导磁性能的参数。 （ ）7、直流电机的工作原理是通电直导线在磁场中受力。 （ ）8、交流异步电机的工作原理是由三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场，从而在鼠笼中产生感应电流，从而在磁场中受力。 （ ）9、永磁同步电机的工作原理是通过电子开关电路产生旋转磁场，转子根据磁阻最小的原理进行旋转。 （ ）10、无刷直流电机的工作原理是通过电子开关产生旋转磁场，转子跟随磁场旋转。 （ ）11、开关磁阻电机的工作原理是三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场，由永磁铁构成的转子跟随旋转磁场旋转。 （ ）12、直流电机调速性能好，启动转矩大。 （ ）13、直流电机控制复杂，易磨损。 （ ）14、交流异步电机具有高可靠性，制造成本高。 （ ）15、无刷直流电机无换向器和电刷，结构简单牢固，尺寸和质量小，基本免维护。 （ ）16、开关磁阻电机一般定子凸极比转子凸极少两个。 （ ）18、开关磁阻电机的成本相对而言最低。 （ ）19、功率二极管基本结构和工作原理与电子电路中的二极管都是相同的。 （ ）20、占空比指的是电力电子开关的导通时间与开关周期之比。 （ ）21、直流斩波电路只有降压斩波电路。 （ ）22、PWM 整流电路采用脉冲宽度调制控制，能够实现电能双向变换。 （ ）23、轮毂电机结构简单、布置灵活，车辆的空间利用率高，传动系统效率高。 （ ）24、开关磁阻电机的噪音较大。 （ ）25、永磁同步电机和无刷直流电机的转子结构相似，都是由永磁铁组成。 第二部分.基本知识模块 下列题目只有一个正确答案，请选择正确答案并将代码填写在括号里。 （共15分，每题1分） 1.交流异步电机的转速为（ ）r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 2.永磁同步电机的转速为（ ）r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 3.磁通所通过的路径称为（ ） A 磁感线 B 磁场强度 C 磁路 D 磁阻 4.用于制造永久磁铁和扬声器的磁钢的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 5.用于制造计算机中磁存储元件的磁芯、磁棒和磁膜等的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 6.用于制造电动机、变压器和继电器的铁芯的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 7.右图的电路符号所示为（ ）。 A 功率二极管 B 功率MOSFET C IGBT D GTR 8.功率MOSFET 指的是( )。 系 班 级 姓 名 学 号 命题教师 教研室负责人 系 负责人 试卷类型 A ………………………………………密封线………………………………………密封
变频调速技术
变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术，电力拖动系统由电动机、负载和传动装置。 直流电动机的工作原理：直流有2个独立绕组。定子和转子，定子绕组通入直流电，产生稳恒磁场，转子绕组通直流电，产生稳恒电流，定子的稳恒磁场和转子的电流相互作用，产生机械转矩，拖动转子旋转，且此机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子的电流成正比。直流电动机的调速特性：因为直流电机的定子路和转路相互独立，可以分别调节定子磁场的强弱和转子电流的大小，两者相互作用产生的机械转矩分别和定子的稳恒磁场和转子电流成正比。直流电动机的调速方法：调压调速，在额定转速以上弱磁调速，电枢电路串电阻r 调速。 三相异步交流电动机原理：定子绕组通入相位差为120的三相对称的交流电，产生不变磁场，此旋转磁场切割笼型导体，在转子中感应出电流，旋转磁场和感电流作用，产生机械转矩，拖动转子旋转。方法。。调频，改变磁极对数，改变转差率。 电力电子器件有哪些？SCR(可控硅)GTO(门极可关断晶闸管)IGBT(绝缘栅型双极型晶体管)IGCT(集成门极换流晶闸管)MOSFET(金属氧化物场效应管)SIT(静电感应晶体管)SITH （静电感应晶闸管） 晶闸管导通时必须同时具备的两个条件：1晶闸管的阳极A和阴极K之间加正向电压2晶闸管的门极G和阴极K之间加正向触发电压，具有足够的门极电流。 为什么说电力电子器件的发展是变频器发展的基础？变频器的逆变部分都基于允许通过电流大、耐受电压很高的器件。电力电子器件在逆变电路中主要用作开关使用，能够承受足够大的电压和电流而且可以频繁的开关，控制方便。晶闸管的特性，单向导电和正向导通，没有自关断能力。 IGBT的特性。1输入阻抗高，开关速度快，用作变频器件会使变频器的载波频率也较高。2开关波形比较平滑，电动机基本无电磁噪声，电动机的转矩增大3驱动电路简单，已经集成化4通态电压低，能承受高电压、大电流等5能耗小6增强了对常见故障的自处理能力，故障率大为减少。在瞬间断电时，驱动电源的电压衰减较慢，整个管子不易因进入放大区而损坏。 交流异步电动机变频调速原理。变频调速的最大特点是由三相异步电动机的转速公式n=（1-s）*60f/p知道，调节了三相交流电的频率，也就调节了同步转速，也就调节了异步电动机转子的转速。特点：电动机从高速到低速，其转速差率失踪保持最小的数值，因此变频调速时，异步电动机的功率因数都很高。 变频调速系统的控制方式。1在基频以下调速：保持气隙磁场最大值φm不变，让频率f1从基频f1N往下调，必须同时降低E1，使E1/f1保持不变，为变量，但定子绕组的感应电势不容易控制。可以通过控制U1/f1=常量的方式来控制E1/f1不变，达到调频调速的目的2在基频以上调速：让频率f1从基频f1N往上调时，不可能继续保持E1/f1的值不变，因电压U1不能超过额定电压U1N。这时，只能保持电压U1不变，结果是：使气隙磁通最大值φm随频率升高而降低，电动机的同时转速升高，最大转矩减少，输出功率基本不变。所以，基频以上调速属于弱磁恒功率调速。 SPWM型脉冲调制原理。在开关原件的控制端加上两种信号:三角载波uc和正弦调制波ur，当正弦调制波ur的值在某点上大于三角载波uc的值时，开关元件导通，输出矩形脉冲；反之，开关元件截止。改变正弦调制波ur的幅值，可以改变输出电压脉冲的宽窄，从而改变输出电压的相应时间间隔内的平均值的大小；改变正弦调制波ur的频率，可以改变输出电压的频率。变频器多采用SPWM控制原因：对于三厢逆变器，必须要有一个能产生相位上互差120°的三相变频变幅的正弦调制波发生器。载波三角波可以共享。逆变器输出三相频率和幅值都可以调节的脉冲波。
电机驱动及控制模块
电机驱动及控制模块
3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性，简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ，额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化， 随着计算机进入 控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f ：^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂：1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp
变频调速技术ACS6000概述
变频调速技术 现代工业生产过程中，各种设备的传动部件大都离不开电动机，且电动机的传动在许多场合要求能够调速。电动机的调速运行方式很多，以电动机类型分大致可分为直流调速与交流调速两种，而交流调速方式又可分为变极调速、改变转差率调速和变频调速等几种方式。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 1. 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。 (3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。 (4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。 (7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。 2. 与其它调速方法的比较 这里仅就交流变频调速系统与直流调速系统做一比较。 在直流调速系统中，由于直流电动机具有电刷和整流子，因而必须对其进行检查，电机安装环境受到限制。例如：不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用。此外，也限制了电机向高转速、大容量发展。而交流电机就不存在这些问题，主要表现为以下几点： 第一，直流电机的单机容量一般为12-14MW，还常制成双电枢形式，而交流电机单机容量却可以数倍于它。第二，直流电机由于受换向限制，其电枢电压最高只能做到一千多伏，而交流电机可做到6-10kV。第三，直流电机受换向器部分机械强度的约束，其额定转速随电机额定功率而减小，一般仅为每分钟数百转
《驱动电机及控制技术》教学大纲
《驱动电机及控制技术》教学大纲 一、授课对象 本课程适用于汽车服务系新能源汽车制造与装配专业（中、高级）班三年制 二、课程学时 总学时108课时，6课时/周，1学期授完。 三、课程的任务和目的 本课程是中等职业学校电子技术应用与维修专业教材，是一门机电类专业课程。其任务是：使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的维护、保养与检修的技能和解决实际问题的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 本课程目的是：使学生能掌握电动类、制冷类日用电器中主要使用的三种电动机——单相异步电动机、直流电动机和单相串励电动机的结构、原理及应用，以及电动类、制冷空调类电器专用电动机的结构及其控制方法。熟悉对上述电动机进行维护、保养与检修。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 四、课程内容和要求 第一章：直流电动机8课时 1．教学内容： 第一节：直流电动机的结构和分类 第二节：直流电动机的工作原理与运行特性 第三节：直流电动机的起动、反转和调速。 2．教学要求与建议：了解直流电动机的基本结构和分类，掌握直流电动机的基本工作原理，理解直流电动机的起动、反转、调速的原理和方法，初步了解直流电动机常见故障的检修方法。 第二章：单相异步电动机10课时 1.教学内容： 第一节：异步电动机的结构和工作原理 第二节：单相异步电动机的分类 第三节：单相异步电动机的反转和调速 2．教学要求与建议：了解单相异步电动机的基本结构，掌握单相异步电动机的基本工作原理，理解异步电动机的分类和起动方式，了解单相异步电动机的反转、调速的原理和方法，初步了解单相异步电动机常见故障及其检修方法。 第三章：单相串励电动机12课时 1、教学内容 第一节：单相串励电动机的结构和运转原理 第二节：单相串励电动机的运行特性 第三节：单相串励电动机的反转和调速 2、教学要求与建议：理解单相串励电动机的基本结构和工作原理，了解单相串励电动机的主要特点和应用。 第四章：三相异步电动机16课时 1．教学内容： 第一节：三相异步电动机的结构和工作原理
电机驱动系统效率优化控制技术研究现状
1.2 电机驱动系统效率优化控制技术研究现状 电动汽车的动力由电动机提供，电机驱动系统（简称驱动系统）的性能直接影响了电动汽车的性能。电动汽车系统需要能够满足频繁停车启动、加速、大负载爬坡以及紧急制动等要求，也需要考虑到汽车行驶路况复杂多变，存在雨天、酷热、下雪等恶劣天气，以及颠簸、泥泞等复杂路况。另外，在满足行驶条件的情况下还应最大限度地保证驾驶人员和乘坐人员的舒适安全。作为电动汽车的核心部分，驱动系统应满足宽调速范围、宽转矩输出范围、良好的加减速（起动、制动）性能、运行效率高（提高续航里程）以及高可靠性等要求。 针对永磁同步电机驱动系统的效率优化，总体来说可分为以下三个方向： 1）从电机本体的电磁设计、制造工艺以及电机的材料着手，开发高效电机。 2）改进脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，降低功率开关器件上的损耗从而提高逆变器的整体效率；降低变频器输出电压的谐波含量，如采取空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)技术和软开关技术，减小谐波含量从而提高驱动系统的整体效率。 3）研究合适的控制策略，在保证电机满足运行条件的情况下减小直流侧的功率输入，提高驱动系统的效率。 目前，针对永磁同步电机驱动系统效率优化所提出的控制策略很多，总体来说可以分为两大类：第一类是基于损耗模型的效率优化控制(Loss Model Control，LMC)策略；第二类是基于搜索法的效率优化控制(Search Control，SC)策略。下面分别进行概述。 1.2.1 基于损耗模型的效率优化控制策略 该控制策略作为一种基于前馈式的控制方法，基本原理是：在充分考虑电机各部分损耗的基础上，建立较为精确的损耗模型，根据电机运行状况（负载转矩和实际转速）计算出该运行状况下最优的控制变量（一般为磁场、电压或者电流）以减小驱动系统的损耗。若控制变量为电枢电流，对永磁电机驱动系统来讲一般选择最优的直轴电流i d和交轴电流i q，对混合励磁电机驱动系统来讲包括i d、i q以及励磁电流I f。这种控制策略目前已被广泛应用到了闭环传动系统中，可以保障电机驱动系统在全局运行范围内都能实现效优化。基于损耗模型的同步电机效率优化控制基本框图如图1.1所示。 基于损耗模型的驱动系统效率优化策略最早由T.M.Rowan和T.A.Lipo[1]，以及H.G.Kim [2]等人提出并进行研究；1987年Bose[3][4]等人将该策略运用到永磁同步电机驱动系统中。美国学者X.Wei和R.D.Lorenz已将基于损耗模型控制策略结合直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)中，以提高永磁同步电机在瞬态过程中的效率[5]。针对同步电机而言，基于损耗模型的效率优化策略总共可以分为五种类型：考虑铁损的损耗模型控制策略[6][7]、考虑铜损的损耗模型控制策略[8][9]、考虑铁损和铜损的损耗模型控制策略[10][11]、基于电机精确损耗模型损耗模型控制策略[12][13]和约束条件下的损耗模型控制策略[14][15]。
变频调速及控制技术的发展趋势
变频调速及控制技术的发展趋势 能源需求正极大地影响着全球经济发展。我国同样也面临着经济增长对能源需求的压力。九十年代我国高耗能产品的耗能量比发达国家高12-55%，能源综合利用效率仅为32%。 我国迫切需要提高能源利用效率。电机是能源消耗大户之一。我国电机总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，占工业耗电量的80%，然而直到目前，我国各类在用电机80%以上还是中小型异步电动机，可见我国在电机节能领域有非常大的潜力。电机节能技术最受瞩目的就是变频调速技术。但是，我国变频调速技术研究虽然非常活跃，然而产业化仍很不理想，外国产品几乎占据了我国变频调速技术市场的60%。 以下将着重介绍变频调速技术的最新发展概况。 变频调速技术的现状 20世纪是变频调速技术由诞生到发展的时代。特别是20世纪90年代以后，IGBT、IGCT （集成门极换向性晶闸管）等新型电力电子器件的发展、DSP（数字信号处理器）和ASIC （专用集成电路）的快速发展以及新颖控制理论和技术（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制等）的完善，使变频调速系统在调速范围、调速精度、动态响应、功率因数、运行效率和使用方便等性能指标超过了直流调速系统，达到取代直流调速的地步，受到各行业的欢迎并取得显著的经济效益。 变频调速及控制技术的发展趋势 1．高压大功率的变频调速系统 在我国低压变频调速装置已得到用户的认可，市场总量已达2000年的约40亿人民币，并显示出其节能效果。据统计，我国低压（690V以下）电机数量是高压电机的几十倍，但耗能仅为高压电机的八分之一。近来国际上高压大电流功率器件的出现以及并、串联技术的发展，使高压大功率的变频调速得以实现，其使用效果平均节能可达30%，有着十分明显的
plc控制变频器调速
基 于 PLC 控 制 变 频 器 调 速 实 验 报 告 电控学院 电气
实训目的：本次实验针对电气工程及其自动化专业。通过综合实验，使学生对所学过的可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用有一个系统的认识，并运用自己学过的知识，自己设计变频调速控制系统。要求用PLC控制变频器，通过光电编码器反馈速度信号达到电动机调速的精确控制，自己设计，自己编程，最后进行硬件、软件联机的综合调试，实现自己的设计思想。在整个试验过程中，摆脱以往由教师设计，检查处理故障的传统做法，由学生完全自己动手，互相查找处理故障，培养学生动手能力。学生实验应做到以下几点： 1. 通过电动机变频调速控制系统实验，进一步了解可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用。 2. 通过系统设计，进一步了解PLC、变频器及编码器之间的配合关系。 3. 通过实验线路的设计，实际操作，使理论与实际相结合，增加感性认识，使书本知识更加巩固。 4. 培养动手能力，增强对可编程控制器运用的能力。 5. 培养分析，查找故障的能力。 6. 增加对可编程控制器外围电路的认识。 实训主要器件：欧姆龙CPM2AH-40CDR可编程控制器（PLC），欧瑞F1000-G系列变频器，三相异步电机 第一部分采样 转速的采样采用的是欧姆龙的光电编码器，结合PLC的高速计数器端子，实现高精度的采样。。 编码器是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是1还是0；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是1还是0，通过1和0的二进制编码来将采集来的物理信号转换为机器码可读取的电信号用以通讯、传输和储存。 欧姆龙（OMRON）编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到
(完整版)基于PLC控制的变频器调速系统
目录 目录 (1) 第一章系统的功能设计分析和总体思路 (2) 1.1 概述 (2) 1.2 系统功能设计分析 (3) 1.3 系统设计的总体思路 (3) 第二章PLC和变频器的型号选择 (4) 2.1 PLC的型号选择 (4) 2.2 变频器的选择和参数设置 (6) 2.2.1 变频器的选择 (6) 2.2.2 变频调速原理 (7) 2.2.3 变频器的工作原理 (7) 2.2.4 变频器的快速设置 (8) 第三章硬件设计以及PLC编程 (11) 3.1 开环控制设计及PLC编程 (11) 3.1.1 硬件设计 (11) 3.1.2 PLC软件编程 (12) 3.2 闭环控制设计 (17) 3.2.1 硬件和速度反馈设计 (17) 3.2.3 闭环的程序设计以及源程序 (19) 第四章实验调试和数据分析 (23) 4.1 PID 参数整定 (23) 4.2 运行结果 (24) 第五章总结和体会 (25) 第六章附录 (26) 6.1 变频器内部原理框图 (26) 第七章参考文献 (27)
第一章系统的功能设计分析和总体思路 1.1 概述 调速系统快速性、稳定性、动态性能好是工业自动化生产中基本要求。在科学研究和生产实践的诸多领域中调速系统占有着极为重要的地位特别是在国防、汽车、冶金、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。调速控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的PID控制。PID结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。PID的使用已经有60多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。 变频调速已被公认为是最理想、最有发展前景的调速方式之一，采用变频器构成变频调速传动系统的主要目的，一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求；二是为了节约能源、降低生产成本。用户根据自己的实际工艺要求和运用场合选择不同类型的变频器。 组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速
变频调速系统技术原理及应用
变频调速系统技术原理及应用 0 引言 随着工业自动化技术的飞速发展，人们对自动化监控系统的要求越来越高，如要求界面简单明了，易于操作，实时性好，开发周期短，便于修改、扩充、升级。这些要求促使工控组态软件应运而生，组态是指通过专用的软件定义系统的过程，工控组态软件是利用系统软件提供的工具，通过简单形象的组态工作，构成系统所需的软件。国外软件商推出了各种工业控制软件包，如美国Wonderware 公司的In-Touch，美国Intellution 公司的iFIX，德国西门子公司的WinCC；国产工控组态软件则以北京亚控科技发展有限公司出品的“Kingview （组态王）”组态软件为代表[1]。 PLC 作为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一，编程、操作简易方便，程序修改灵活，功能强大。被广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，加速了机电一体化的进程。科威公司生产的EASY系列嵌入式PLC 是将PLC 内核构建于控制器内，运用PLC 语言开发用户所需产品，能提高开发速度，降低开发费用，提高控制器的稳定性[2]。嵌入式PLC 又称客制式PLC，即根据用户的控制需要定制硬件，以PLC 的应用方式解决对象控制问题的专用PLC。EASY嵌入式PLC软件平台具有开发通用、专用PLC 的基本功能，支持CAN bus现场总线、支持通用HMI、组态软件包。 变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的基础上。与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，可以实现大范围内的高效连续精确调速控制。其完善的保护功能既能保护变频器，又能保护电机及相关用电设备[3]。富士系列变频器是高性能和多功能的理想结合，动态转矩矢量控制能在各种运行条件下实现对电动机的最佳控制。强大的功能和鲜明的特点使其广泛应用于工业场合。 1 Kingview组态软件 Kingview（组态王）完全基于网络概念，支持客户机- 服务器模式和Internet/Intranet 浏览器技术，并且是一种可伸缩的柔性结构，根据网络规模大小，可以将不同站点设计成I/O 服务器、报警服务器、数据服务器、登录服务器、校时服务器、客户机等，在系统扩展和变化时，有着极大的灵活性。组态王设计成全冗余结构，在五个层面上提供了冗余：I/O通道冗余、双设备冗余、双网冗余、双机冗余及双系统冗余。组态王被设计成一个完全意义上的软件平台，允许用户进行功能扩展和发挥，它也是一个ActiveX容器，无须编程即可将第三方控件直接连入组态王中[4]。
变频调速控制系统
交流电机变频调速控制系统 摘要：本文对目前交流电机变频调速控制系统流行的矢量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）的发展历史与现状，并对两者转矩响应，稳态特性，及无速度传感器控制进行了比较与探讨。 关键词：矢量控制，直接转矩控制，转矩响应，稳态特性，无速度传感器控制 1．前言 自1971年德国西门子公司F.Blaschke发明了基于交流电机坐标交换的交流电机矢量控制（以下简称VC）原理以来，交流电机矢量控制得到了广泛地应用。经过30年的产品开发和工程实践，矢量控制原理日趋完善，大大小小的交流电机变频调速控制系统大多采用矢量控制，使交流电机调速达到并超过传统的直流电机调速性能。 1985年德国鲁尔大学M.Depenbrock教授提出了不同于坐标变换矢量控制的另外一种交流电机调速控制原理——直接转矩控制（以下简称DTC），鲁尔大学的教授曾多次在国际学术会议并到中国来介绍DTC技术，引起了学术界极大的兴趣和关注。DTC原理具有不同于VC的鲜明特点： ·不需要旋转坐标变换，有静止坐标系上控制转矩和磁链 ·采用砰-砰控制 ·DTC与脉宽调制PWM技术并用 ·转矩响应快 ·应用于GTO电压型变频器的机车牵引传动 DTC的出现引起交流电机控制理论的研究热潮，国内不少高校对DTC技术及系统进行深入研究，不少文章提出一些有益的改进方法，对DTC理论与实践作出贡献。但应该指出，DTC引入中国的初期，人们的视角多集中在DTC的不用旋转变
换和砰-砰控制上。随着计算机技术的飞速发展，VC的旋转坐标变换的技术实现已不成为问题，而由于DTC技术应用实例局限于GTO电压型变频器的机车牵引传动，使得国内学术界和变频器制造商没有条件对实用的DTC技术以及DTC变频器的静态和动态特性进行深入研究。 1995年瑞士ABB公司第一次将DTC技术应用到通用变频器上，推出采用DTC 技术的IGBT脉宽调制变频器ACS600，随后又将DTC技术应用于IGCT三电平高压变频器ACS1000，近期推出的用于大型轧钢，船舶推进的IGCT变频器ACS6000也采用了DTC直接转矩控制技术。 随着中国经济的飞速发展，交流调速技术得到了广泛的应用，通用变频器年销售额已超过50亿。国家“十五”期间，许多大型项目需要交流调速传动，例如，西气东输的大型压缩机传动，大型船舶电力推进，大型热轧和冷轧机交流传动，高速铁路牵引传动，以及风机水泵高压变频节能传动等等。 随着市场容量的扩大，国际各公司产品的竞争愈加激烈，直接转矩控制成为产品技术竞争的一个亮点。在充分挖掘和展示了DTC技术优点的基础上，市场宣传主要是DTC转矩响应比VC快，可以达到1~3ms，可以实现无速度传感器调速控制，在零速时满负荷输出。同时，个别产品推销员在市场宣传中提出DTC直接转矩控制是交流电机控制技术的革命，是取代矢量控制的新一代控制技术等等。而同时，采用矢量控制技术的产品厂家回应DTC在市场上宣传DTC技术的缺点，主要是质疑DTC无速度传感器零速控制；DTC变频器谐波大，效率低；需要输出滤波器等等。一时间在中国的用户，变频器制造厂，以及国家重大项目决策中造成了混乱，市场竞争演变为DTC与VC的技术之争。 市场竞争现状给学术界提出了新的课题，作为科技工作者应抛开商业因素，重新认识DTC与VC技术，慎重地评价DTC与VC的优缺点与应用场合。为此北京电力电子学会，IEEE电力电子北京分会，组织国内电力电子及电气传动的有关专家对DTC和VC技术进行了充分研讨，清华大学电机系对分别采用DTC和VC技术的产品进行了测试和性能比较。相信此举会给国内用户和项目决策者一个客观正确的技术背景，同时，也借此促进我国交流电机控制理论与技术的进一步发展。
电机驱动控制系统
电机驱动控制系统 摘要 由于单片机具有体积小、集成度高、运算速度快、运行可靠、应用灵活、价格低廉以及面向控制等特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用，而且发展非常迅猛。随着单片机应用技术水平不断提高，目前单片机的应用领域已经遍及几乎所有的领域。 与交流电动机相比，直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。近年来，直流电动机的机构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）已成为直流电机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能良好、效率高等优点，更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有很好的发展前景。 本设计为单片机控制直流电机，以AT89C51单片机为核心，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。由键盘控制电动机执行启停、速度和方向等各种功能，用红外对管测量电机的实际转速，并通过1602液晶显示出控制效果。设计上，键盘输入采用阵列式输入，用4*4的矩阵键盘形式，这样可以有效的减少对单片机I/O口的占用。
关键词：AT89C51 PWM 电机测速 一、硬件设计 1、总体设计
20 929303456781011121314151617318RFB 91112 10k 23
1918 2122232425262728 1.2.2 1602液晶显示模块 本模块实现了转速等显示功能。 D ：方向；占空比；预设转速；实测速度； 1.2.3键盘模块 根据实验要求，需由按键完成对直流电机的控制功能，并经分 析得出需要16个按键，为节省I/O 口并配合软件设计，此模块使用了4*4的矩阵模式。并通过P1口与主机相连。 1.2.4 PWM 驱动电路模块设计与比较
变频调速技术简介
变频调速技术简介 [摘要] 本文描述了变频调速技术的发展状况，工作原理，阐述了变频调速技术的应用及一般故障检测。 [关键词] 变频调速节能降耗故障检测 近年来，交流变频调速技术越来越普遍应用，是现代电力传动技术重要发展方向，随着电力电子技术，微电子技术和现代控制理论在交流调速系统中的应用，交流变频调速已逐渐取代了过去的滑差调速，变极调速，直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于工业生产和日常生活的许多领域，采用变频调速技术是当前提高企业经济性的重要技术手段。变频技术是满足交流电机的无级调速的需要而诞生的。所谓变频，就是改变电源频率，通过对电流的转换实现电动机运转频率的调节，这种技术的核心是变频器，把电网频率改为可变化的频率，同时还可以将电源电压范围扩大，例如频率由50Hz变为30Hz_130Hz，电源电压142V ——270。 变频器的工作原理是工频电源通过整流器后输出固定的直流电压，在经过大功率晶体管MOSFET或IGBT组成的高频变换器，将直流电压逆变成电压、频率可控的交流输出，电源输出波形近似于正弦波，用于驱动交流异步电动机，实现无级调速或再进行可控整流，得到可调的直流电压，实现特制的直流电机无级调速，变频技术的应用在我国有了一定的发展，并取得了良好的效果，但与发达国家的水平仍有很大差距。目前，我国已有6%的交流电动机使用变频调速技术，而工业发达国家已达60%至70%；日本在水泵、风机上变频调速的采用率已10%，而我国还不足0.01%。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。在采用变频调速时，需从工艺要求、节约效益、投资回收期等各方面考虑。如果仅从工艺要求、节约效益考虑，下面几种情况选用变频调速较有利： 根据工艺要求，生产线或单台设备需要按程序或按要求调整电机速度的。如：包装机传送系统，根据不同品种的产品，需要改变系统传送速度，使用变频调速可使调速控制系统结构简单，控制准确，并易于实现程序控制。 用变频调速代替机械变速。如：机床，不仅可以省去复杂的齿轮变速箱，还能提高精度、满足程序控制要求。 用变频调速代替用闸门或挡板调整流量适于风机、水泵、压缩机等。例如：
电动车驱动电机和控制技术综述
电动车驱动电机及其控制技术综述 摘要：简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上详细分析并比较了电动车主要电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其控制系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的发展方向。 1 概述 电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力，而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的发展前景。 现有电动车大致可以分为以下几个主要部分：蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，主要包括电动机、功率电子元器件及控制部分。如图1所示。 其中，电动车驱动系统均具有相同或相似的功能模块，如图2所示。 2 电动车电气驱动系统比较 电动机的类型对电气驱动系统以及电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统，其总体比较如下表所示。 电动车电气驱动系统用电动机比较表 下面分别对这几种电气驱动系统进行较为详细地分析和阐述。 2.1 直流驱动系统
直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的主要研发对象。而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。 但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器维护困难，很难向大容量、高速度发展。此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。此外，直流电动机价格高、体积和重量大。随着控制理论和电力电子技术的发展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。因此，目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐渐淘汰了直流驱动系统。 2.2 感应电动机驱动系统 2.2.1 感应电动机 电动车感应电动机与一般感应电动机相比较具有以下特征： （1）稳定运行时，与一般感应电动机工况相似。 （2）驱动电动机没有一般感应电动机的起动过程，转差率小，转子上的集肤效应不明显。 （3）运行频率不是50hz，而是远远在此之上。 （4）采用变频调速方式时，转速与极数之间没有严格对应关系。 为此，电动车感应电动机设计方面如下特点： （1）尽力扩大恒转矩区，使电动机在高速运转时也能有较高转矩。而要提高转矩，则需尽量减小定转子之间的气隙，同时减小漏抗。 （2）更注重电动机的电磁优化设计，使转矩、功率和效率等因素达到综合最优。 （3）减少重量、体积，以增加与车体的适配性。 2.2.2 控制技术 应用于感应电动机的变频控制技术主要有三种：v/f控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要以pwm方式实现v/f控制和转差频率控制，但这两种控制技术因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车不太适宜。近几年