現代電力傳動理論與技術第一講-概述

1信息科學與工程學院現代電力傳動理論與技術二O一六年三月2第1章現代電機驅動：概述1.1引言

電機驅動可定義為其將電能從電網有效轉化為機械負載的能力。

能量流動方向一般是從電能到機械能，某些情況下可逆，如Fig1.1

利用電力電子裝置來實現能量的轉換，必須開發合適的控制算法以用于驅動過程中的功率轉換31.1引言

現代電氣傳動系統通常由4部分組成：①電動機；②電力電子變流器；③控制器；④執行器件（負載）

兩個在極端驅動功率范圍內的應用實例（Fig1.2)第1章現代電機驅動：概述41.2.1電動機電氣傳動系統常用的電機主要類型：

①直流電動機：串勵（并勵、復勵）電動機

②交流電動機：異步（同步、永磁）電動機

開關磁阻電機③特種電機：步進電機等

現代電機驅動大都采用三種類型電機（Fig1.3)異步電機在工業驅動中最常用：電機

固有的魯棒性、低成本的數字處理器

和成熟的控制算法第1章現代電機驅動：概述51.2.1電動機電機的一個重要性能參數是功率密度：即電機輸出功率與重量之比（單位kW/kg）Fig1.4給出了電機工作溫度與使用壽命之間的關系，由此可知，工作溫度主要取決于電機的功率密度水平第1章現代電機驅動：概述61.2.2功率變換器電力電子變換器的發展，可以用體積功率密度的參數來衡量。即變換器視在功率與體積之比（kVA/m3）工業風冷式交交變換器的體積功率密度從20世紀的30kVA/m3，增大到現在的500kVA/m3。其提升的主要影響因素：

第1章現代電機驅動：概述（1）目前的功率半導體能更有效地切換，功耗更低

（2）散熱器技術發展使模塊越來越小

（3）利用拓撲結構和控制技術來降低設備損耗（如軟開關技術）

（4）先進的驅動設計工具和方法的運用

（5）具有I/O擴展功能的緊湊型高性能數字處理器

（6）無源器件設計和制造水平的提高71.2.2功率變換器一個商用變換器以及用于構建變換器的集成半導體模塊（Fig1.5）第1章現代電機驅動：概述81.2.2功率變換器

一個具有標準通信接口的現代變換器技術實物（Fig1.6）第1章現代電機驅動：概述91.2.2功率變換器

提高變換器的體積功率密度，有助于實現高速、高效驅動

制約體積功率密度的主要因素是發熱，需要限制工作溫度。很大程度上取決于設備的具體損耗、冷卻方式和驅動工作條件第1章現代電機驅動：概述101.2.3嵌入式控制與通訊鏈接Fig1.中的控制器和調制器是嵌入式系統中與開關設備驅動器以及傳感器接口的部分

由數字處理器或微控制器組成的專用計算機系統需要提供擴展接口（數字/模擬輸入和輸出）功能，包括與上層計算機系統通信的網絡功能沒有與控制器相關的控制算法、軟件工具和器件領域的創新，就沒有現代電氣傳動技術的發展進步。主要的創新技術有：第1章現代電機驅動：概述（1）交流電機磁場定向控制（FOC）算法的發展，使磁鏈和電流完全解耦

（2）同步空間矢量、脈寬調制技術

（3）直接轉矩控制算法和傳感器控制算法的發展

（4）高性能數字信號處理器DSP以及微控制器

（5）一系列高級編程語言和圖像化編程工具的可編程軟件的應用111.2.3嵌入式控制與通訊鏈接Fig1.8有多個I/O命令信號及接口FPGA(Field-ProgrammableGateArray)現場可編程門陣列芯片，用來設置特定電路DSP(digitalsingnalprocessor)數字信號處理器PHY是與外部信號接口的物理芯片存儲器FLASH/SDRAM/EEPROM第1章現代電機驅動：概述121.3驅動設計方法可涵蓋整個驅動過程的閉環迭代設計過程如圖Fig1.9首先，要了解工業生產過程的相關控制知識，確定應用場合，即確定設計目標和約束以此為基礎，完成電機和變換器的初步設計（確定電機的類型和擬采用的驅動控制算法）第1章現代電機驅動：概述

進行詳細設計與系