电机与拖动刘锦波.ppt

电机与拖动清华大学出版社刘锦波 等编著普通高等教育“十一五”国家级精品教材普通高等教育“十一五”国家级规划教材全国高等学校自动化专业系列教材 教育部高等学校自动化专业教学指导委员会牵头规划图0.1 典型电力拖动系统的组成框图--------绪论--------电机的分类电力拖动系统的分类： ¡1820年，法拉第(Faraday) 提出电磁感应定律，并 组装了第1台直流电机样机；¡1829年亨利（Henry）制造了第1台实用的直流电 机；¡1837年，直流电机真正成为商业化产品；¡1887年特斯拉（Tesla）发明了三相异步电动机 0.1 电机与电力拖动技术的发展概况电机发展史电机发展趋势¡大型化 ¡微型化 ¡新原理、新工艺、新材料的电机不断涌现电力拖动系统的发展概况• 成组拖动（即单台电机拖动一组机械） • 单电机拖动（即单台电机拖动单台机械） • 多电机拖动 (即单台设备中采用多台电机） ¡1820年，法拉第(Faraday) 提出电磁感应定律，并组装了第1台直 流电机样机；¡1829年亨利（Henry）制造了第1台实用的直流电机；¡1837年，直流电机真正成为商业化产品；¡1887年特斯拉（Tesla）发明了三相异步电动机；¡1920s，派克（R.H. Park)提出了针对凸极同步发电机分析的双反 应理论，奠定了电机统一理论（General Theory of Electrical Machinery)的基础；之后（~1986年），H.C. Stanley 、G.Kron 、P.C. Krause等完善了电机统一理论；¡1960s~1970s采用静止的晶闸管变流装置组成的直流调速系统与 伺服系统几乎占据高精度变速电气传动领域所有应用场合；¡1970s~1980s出现了由晶闸管变流器组成的绕线式异步电机交流 调速系统如Kramer系统和静止的Scherbius系统；¡1980s 采用大功率晶体管实现的脉宽调制（PWM)控制的直流调 速系统大大提高了直流调速系统的快速性、可靠性；电机与运动控制领域的发展史n1979年提出SPWM开辟了交流调速的新时代； n 1980s~1990s由德国的Blaschke等提出的基于磁场定向的矢量控制（FOC)与期间SVPWM的提出使交流调速和伺服系统占据运动控制领域的大半壁江山； n 1980s由德国simens公司提出的直接转矩控制（DTC）可以获得与FOC相媲美的性能，大大推动了交流运动控制系统的性能； n 1990s~2000s随着IGBT的出现、DSP器件处理能力的提高、大规模现场可编程器件如FPGA、CPLD等的采用，使交流运动控制 系统如虎添翼，从而占据主导地位； n 1990s~2000s 反馈线性化理论的成熟、各类非线性控制策略、智 能控制策略如Fuzzy、神经网络等在运动控制系统中的应用使交流 调速系统的性能上了一个台阶； n 1990s~2000s为适应各类电力电子变流器供电的需要，电机结构本 体也发生变化，外加电磁场等设计手段的完善，使得永磁无刷直流 电机、永磁同步电机、开关磁阻电机、双凸永磁电机、低速直躯式 DD无刷电机等问世，从而大大丰富了交流运动控制的内容； n 各类现场总线技术的出现使运动控制系统向网络化、多轴化、智 能化方向发展。

各类电机与运动控制系统的应用场合高速火车海上风力发电电动汽车奥运会上的新能源车锂电池供电电动机驱动大巴空天飞机（美）远程雷达（美）苏35电动汽车充电器机器人潜艇智能机器人蛟龙号载人潜水器穿过肠道的机器人机器人车太阳能车机器手Credit: Zettl Research Group LBNL, University of California, Berkley Nano-motor: By applying voltage pulses of up to 5 Volts between the rotor plate and stators, the position, speed and direction of rotation of the rotor can be controlled. It measures about 500 nanometers across, 300 times smaller than the diameter of a human hair. Possible applications are moveable mirrors for optical switches or paddles for moving fluids. ¡采用电路和磁路理论的宏观分析方法 ¡采用电磁场理论的微观分析方法 0.2 电机学与电力拖动技术的一般分析方法分析电机和拖动系统的一般步骤 ¡各类电机的基本运行原理和结构 ¡ 根据结构的具体特点，分析各类电机内部的电磁关系 ¡根据内部的电磁关系，写出电磁过程的数学描述即数学模型，包 括：基本方程式、等效电路和相量图 ¡利用上述数学模型分析计算各类电机的运行特性和性能指标。

运 行特性主要是反映电动机机械量输出之间关系的机械特性和发电 机输出电能质量的的外特性；¡根据机械特性和负载的转矩特性讨论各类拖动系统的稳定性、起、制动特性、各种调速方案等 0.3 课程的性质与任务《电机学》+《电力拖动基础》专业基础课¡各种类型的电机基本运行原理、结构、内部电磁 关系及其数学描述、机械特性及外特性的分析与 计算 ¡各类电机拖动不同负载的起、制动与调速性能等 课程任务课程性质课程组成0.4 本课程的学习方法¡以物理概念为主、工程计算为辅 ¡重点应掌握各类电动机的机械特性以及其与 生产机械配合时的起、制动方法与调速方案.¡实验和仿真并重¡理论联系实际 。