现代电力传动系统
现代电力传动系统考核
考核点四
研究某一现代电力传动系统的工程案例。对该工程案例详 细剖析，研究其电力传动系统控制方案，形成案例报告。 报告包括： 工程背景 研究的现状与发展 总体设计方案 详细设计方案 结论
第10周课堂交流设计经验。第12周周四收报告书。
的建模仿真，对电机起动，加速，制动模式 下的传动特性进行分析研究。 • 利用matlab完成在不同坐标系下的异步电 机建模，为后续矢量控制或直接转矩控制 打下基础。
考核点三
• 完成交流电力传动传动系统仿真。系统矢量控制
系统仿真、直接转矩控制系统中任选一系统仿真， 难度系数逐级增加，电机参数见例题或自选。在 系统仿真基础上可研究控制策略。
• 也可完成伺服电力传动系统的仿真。
考核点三
仿真后上交仿真实验报告 。 报告包括仿真模型框图，实验结论，所绘制出的图象（有 程序的请贴上源程序，例如电机模型采用S 函数），以及 实验体会。图形仿真结果包括（基于此但不限于此）： 1）电机定子侧的电流ห้องสมุดไป่ตู้2）电机输出转矩Te 3）电机的转子速度Wr 4）磁链F（幅值波形） 第10周课堂交流设计经验。第12周周四收报告书。
现代电力传动系统考核要求
考核点一
1、可利用仿真工具完成二电平PWM控制策 略仿真研究，详析各策略的优缺点。 2、可利用仿真工具完成三电平PWM控制策 略仿真研究，详析仿真建模过程及结果。 3、对市面上国内外中低压变频器产品进行调 研，分析各产品的特点，适用场合等，撰 写调研报告。
考核点二
• 利用matlab完成异步电动机标量控制（开 环电压/频率控制或转速闭环转差频率控制）
现代火车的工作原理
现代火车的工作原理
现代火车的工作原理主要是利用电力或燃料燃烧产生的能量驱动列车运行。
具体来说，现代火车的工作原理包括以下几个方面：
1. 动力系统：现代火车的动力系统主要有电力和燃料两种形式。
电力火车通过接触网或第三轨供电，通过电机将电能转化为机械能，驱动列车行驶。
燃料火车则通过燃料燃烧产生的能量，驱动发动机或涡轮机，再通过传动装置将能量传输到车轮，从而推动列车运行。
2. 传动系统：传动系统将动力系统产生的能量传输到车轮，推动列车运行。
电力火车的传动系统主要由电机和传动装置组成，电机通过传动装置驱动车轮旋转。
燃料火车的传动系统则包括发动机、涡轮机、传动装置和车轮等部分，发动机或涡轮机通过传动装置将能量传输到车轮。
3. 制动系统：制动系统用于控制列车的速度和停车。
电力火车的制动系统主要有再生制动和摩擦制动两种形式，再生制动通过电机将动能转化为电能并回馈到供电系统中，实现能量的回收利用；摩擦制动则是通过摩擦盘与车轮接触产生摩擦力，将动能转化为热能散发出去。
燃料火车的制动系统通常采用摩擦制动，通过制动盘与车轮接触产生摩擦力，使列车减速或停车。
4. 轨道系统：轨道系统包括轨道、道床和固定设备等部分，用于支撑和引导火车运行。
轨道上铺设有导轨，车轮与导轨之间形成一定
的间隙，通过轮轨之间的摩擦力来支撑列车的重量，并保证列车在轨道上稳定运行。
现代火车的工作原理主要是通过动力系统提供能量，传动系统将能量传输到车轮，轨道系统提供支撑和引导，制动系统控制速度和停车，从而实现列车的运行。
电力传动与自动控制系统
被控对象是整个自动控制系统的目标，通过对其参数的控制 ，实现系统的稳定运行和优化控制。
常见类型
温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等。
05 电力传动与自动控制系统 的集成
系统集成的方法与技术
模块化设计
将系统划分为多个独立的功能模块，便于系 统的扩展和维护。
集成平台
构建统一的集成平台，整合各种资源，实现 信息的共享和协同工作。
电力电子变换器的分类
根据工作原理和应用领域，电力电子变换器可分为AC-DC、DCAC、DC-DC等类型。
控制系统的基本原理
控制系统的组成
控制系统由控制器、受控对象、执行器和传感器等组成。
控制系统的基本原理
通过传感器检测受控对象的输出，并将检测到的信号传输给控制器进行处理，控制器根据 处理结果输出控制信号，控制执行器对受控对象进行调节，实现受控对象的稳定和优化。
智能家居
在智能家居领域，自动控制系统 用于控制家电设备、照明、温度
等，实现智能化管理和节能。
自动控制系统的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，自动控制 系统将更加智能化，能够自适应地处 理复杂环境和任务。
网络化
随着物联网技术的发展，自动控制系 统将更加网络化，实现远程监控和数 据共享。
模块化Leabharlann 为了便于维护和升级，自动控制系统 将采用模块化设计，提高系统的可扩 展性和可维护性。
控制系统的性能指标
控制系统的性能指标包括稳定性、快速性、准确性和鲁棒性等。
03 自动控制系统概述
定义与特点
定义
自动控制系统是指通过自动调节、控 制、监视等手段，使被控对象自动地 按照预定的规律运行或变化。
特点
现代电力系统交流传动5
Ch. 5 异步电机直接转矩控制（DTC）
§1.理论基础
一、转矩公式的多种形式 (Bose p.67)
(2 - 81a :) Te = n p Lm (iq1id 2 − iq 2id 1 ) ⇒
q
q1
ωr , Te
ω1
d
Te = n p (ψ d 1i q1 − ψ q1i d 1 ) ⇒ ψ s × I s ⇒ SFO (Bose §8.4.8)
−
B
r V1 (100)示例 :
iB iA
r V5 (001)
C
r V6 (101)
A
iC
r 在图示的 ψ s 位置上： r r r r V1 V2 V3 V4
ψs
Te
r V5
r V6
C
−
Ud
+
↓ ↓↓↓ ↓↓ ↑ ↑↑↑ ↑↑ ↓ ↑↑ ↑↑↑ ↑ ↓↓↓ ↓↓↓
r r V0 / V7 →
↓
r DTC控制原则：根据 ψ s 的具体位置选择合适的电压空间矢量，使得：
ψ 2l
2
2012-12-12
ψs 变化Δψs时，对Te 的影响：
ψ sψ r sin γ ⇒ ψ s + Δψ s ⋅ψ r ⋅ sin(γ + Δγ )
Te 的增量分两部分：
ψs + Δψs us
Δψ s
ψs ψr
• | ψs +Δψs |比ψs大的部分，即磁链长度 变化的影响 • γ 变大的影响 （相对更大） DTC通过控制ψs达到对Te的控制，且主要依赖
1
2012-12-12
二、DTC采用的转矩公式
Te ∝ ψ s × ψ r
现代电力系统交流传动6
4
2012/12/17
功率流向图：
(1 − s ) Pe Pe
(1 + s ) PePesPes Pe
次同步电动
(1 − s ) Pe
(1 + s ) Pe
超同步发电/制动
静止Kramer可实现 升级为静止Scherbius方能 实现
(1 − s ) Pe Pe
(1 + s ) Pe Pe
sP Pe
5
2012/12/17
§3.总结
串调系统的优点： • 转差功率回馈，效率高 (相比转子串电阻、定子侧调压调 速等转差功率消耗型调速方法)。 • 调速范围不大时，串调装置容量亦不大 调速范围不大时 串调装置容量亦不大 (相比定子变频调速)。 缺点： • 功率因数/谐波问题（可用PWM等技术解决） • 需绕线型异步电机，不适宜作通用变频器 应用领域： • 大功率风机/泵 • 抽水蓄能电站（通过变速：1. 适应不同水头；2. 变功率， 以适应电网功率调整需求。） • 飞轮储能，风力发电（满足其“变速恒频”需求）
βmin
0
smax
s
K太高(即ET0太低)：ωr下不来 K太低(即ET0太高)：最低速时β >>βmin， 功率因数太差
2
2012/12/17
调速动态过程(以降速为例)：
o 开始时：β = 90 ,U d = U i = 0, ωr ≈ ω1 , s ≈ 0
Id
I2 +
令β ↓⇒ U i ↑
⎧ωr ↓ ⎫ ⎪ ⎬ ⇒ I d , I 2 ↓ ⇒ Te ↓ ⇒ ⎨ ⎪ U d ∝ sE20暂未变 ⎭ ⎩s ↑
s Pe
(1 − s ) Pe
次同步发电/制动
简述牵引逆变器的作用
简述牵引逆变器的作用一、引言牵引逆变器是现代电力传动系统中的重要组成部分，其作用是将直流电转换为交流电，从而实现电力传动系统的控制和调节。
本文将详细介绍牵引逆变器的作用、特点、分类以及应用领域等方面的内容。
二、牵引逆变器的作用牵引逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，其主要作用是实现电力传动系统中的控制和调节。
在铁路运输领域中，牵引逆变器被广泛应用于地铁、高铁、城际列车等各种类型的铁路车辆上，以实现对车辆速度、加速度、制动力等参数的控制和调节。
三、牵引逆变器的特点1. 高效：相比于传统的机械传动方式，牵引逆变器具有更高的能量利用效率；2. 稳定：牵引逆变器能够通过对系统中各个参数进行精确控制，保证整个系统运行稳定；3. 精确：通过对直流电进行精确控制和调节，能够实现对车辆速度、加速度等参数进行精准控制；4. 可靠：采用先进的控制算法和故障诊断技术，能够有效避免系统故障和事故的发生。
四、牵引逆变器的分类根据其工作原理和结构特点，牵引逆变器可以分为以下几种类型：1. 逆变器式牵引逆变器：采用晶闸管等元件进行电路连接，通过对直流电进行逆变得到交流电；2. 调制式牵引逆变器：采用PWM技术对直流电进行调制，从而得到高质量的交流电；3. 桥式牵引逆变器：采用桥式整流电路和桥式逆变电路相结合的方式，实现对直流电的转换；4. 多级牵引逆变器：采用多个级联的单元组成，通过不同级别的转换实现对直流电的转换。
五、牵引逆变器在铁路运输中的应用1. 地铁车辆：地铁车辆是城市轨道交通系统中最常见的一种车辆类型。
在地铁车辆中，牵引逆变器被广泛应用于车辆速度、加速度、制动力等参数的控制和调节；2. 高铁列车：高速动车组列车是现代铁路运输中的重要组成部分。
在高铁列车中，牵引逆变器能够通过对电机电流进行精确控制，实现对列车速度的精准控制；3. 城际列车：城际列车是连接城市与城市之间的重要交通工具。
在城际列车中，牵引逆变器不仅可以实现对车辆速度的控制，还可以通过对直流电的调节实现能量回馈和节能运行。
现代电气传动1.绪论Rong
通过电力电子器件的控制，可以 实现电机的启动、调速、制动等 功能，提高电机的运行效率和稳
定性。
在新能源领域，电机与电力电子 器件的配合使用可以实现风能、 太阳能等可再生能源的高效利用
和并网发电。
03
电气传动系统控制策略
开环控制与闭环控制
开环控制
通过控制输入电压或电流来调节电机 转速，不涉及转速反馈。
模糊控制算法
基于模糊逻辑和专家知识的控制算法，适用于非线性、时变 、不确定的系统。
04
现代电气传动技术的应 用
在工业自动化领域的应用
自动化生产线控制
现代电气传动技术通过精确控制电动机的启动、停止和速度，实现 了自动化生产线的连续、稳定运行，提高了生产效率和产品质量。
物流系统自动化
利用电气传动技术，实现了自动化输送、分拣、仓储等物流环节， 降低了人工成本，提高了物流运作效率。
智能照明系统
利用电气传动技术，实现了对照明设备的智能控制，可以根据环境 光线和人的需求自动调节亮度、色温等参数，节约能源。
在电动汽车领域的应用
电机驱动系统
现代电气传动技术为电动汽车提 供了稳定、高效的机驱动系统，
保证了电动汽车的续航里程和动 力性能。
充电设施
利用电气传动技术，实现了电动汽 车的快速充电和大功率充电，提高 了充电设施的利用率和充电效率。
电气传动系统的组成
01
02
03
04
电动机
作为动力源，将电能转换为机 械能。
控制器
根据输入信号控制电动机的运 行状态。
传动机构
将电动机输出的机械能传递到 机械设备上。
电源
为整个系统提供电能。
电气传动技术的发展历程
现代电力传动系统剖析
异步电动机矢量控制系统1 异步电动机矢量控制原理异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统,虽然通过坐标变换可以使之降阶并化简,但并没有改变其非线性、多变量的本质,因此,需要异步电动机调速系统具有高动态性能时,必须面向这样一个动态模型。
经过多年的潜心研究和实践,有几种控制方案已经获得成功的应用,目前应用最多的方案有: (1)按转子磁链定向的矢量控制系统; (2)按定子磁链控制的直接转矩控制系统。
三相交流异步电机矢量控制理论用来解决交流电机转矩控制问题。
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控制异步电动机转矩的目的。
具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,即控制定子电流矢量。
矢量控制要求对异步电机的动态数学模型进行化简，将定子电流分解为转矩分量和励磁分量，通过控制矢量电流i的幅值和方向去等效地控制三相电流ia、ib、ic的瞬时值，从而调节电机的磁场和转矩以达到调速的目的。
矢量控制系统的原理结构图如图1-1图1-1 矢量控制系统原理结构图由图1-1可以看出，从给定输入到等效直流电机的输出，异步电机的直流等效过程就是解除异步电机非线性耦合关系简化其数学模型的过程，在这个过程中，涉及三种坐标变换：3/2变换、2/3变换和旋转变换，三相异步电机模拟成直流电动机进行控制需将三相变换到两相，以及静止坐标系变换到旋转坐标系。
2 坐标变换2.1 坐标变换的基本思路异步电动机三相原始动态模型相当复杂，分析和求解这组非线性方程十分困难。
在实际应用中必须予以简化，简化的基本方法就是坐标变换。
如果能将交流电动机的物理模型等效地变换成类似直流电动机的模型，分析和控制就可以大大简化。
坐标变换正在按照这条思路进行的。
现代电力传动与控制第二版课程设计
现代电力传动与控制第二版课程设计
课程设计题目
设计一套基于现代电力传动与控制的电力系统控制器，能够实现对某一电力系
统的远程监测和控制。
课程设计背景
电力传动与控制是电气工程中的一个重要分支，涉及到电力系统的设计、运行
与控制。
随着现代工业的发展，电力系统的负荷需求也愈加多样化，对于电网的安全运行和稳定性提出了更高的要求。
为了有效管理和控制电力系统，需要一套高效、稳定的电力系统控制器，能够实时监测电力系统的运行状态，及时调整电力系统的参数，确保电力系统的安全遥控操作。
课程设计目标
本课程设计旨在让学生通过对电力传动与控制理论知识的掌握，了解电力系统
控制器的工作原理和设计方法，培养对电力系统的理解与透彻的分析能力。
具体目标：设计出一套基于现代电力传动与控制的电力系统控制器，能够实现
对某一电力系统的远程监测和控制。
课程设计步骤
本课程设计分为以下3个步骤：
步骤1：电力系统建模
学生首先需要对某一电力系统进行建模，包括电力系统的拓扑结构、电力负载
类型和参数、电力系统组件参数等。
通过电力系统建模，学生能够深入了解电力系统的运作机制和特性，并为后续的系统控制器设计提供基础。
1。
现代电力系统交流传动8
ϕ
θ ms θ mr
θ rs
Fm
（实际上， 实 上 Fs Fr sin θ rs = Fm Fs sin θ ms = Fm Fr sin θ mr )
φ1
Te ∝ Fm Fs sin θ ms ∝ Fmi1 sin θ ms ∝ Fmiφ 2
若Fm = Const, 则Te ∝ iφ 2
Fr (i f )
cos ϕ ∗
∗ iφ 2
∗ iφ 1
i∗ A
o Ud o
φ1φ2
∗ iB
ABC
i
∗ C
电流控制
6
ω∗
+
ω
−
×
SR
Te∗
÷
ψm
θm
ψ m 观测
u ABC i ABC
⎧ ⎨ ⎩
类似异步电机 “电压模型”
TG
SM
if
∗ ψm
+
×
−
ψR
i∗ f
ψm
+ × − if
CR
u
∗ f
PWM
4
uf
电励磁同步电机气隙磁场定向控制系统示意图 （直接磁场定向方案）
2012-12-26
Ch8.同步电机磁场定向控制
更简单的做法：压频协调控制 • 适合“群拖”，可保持电机之间严格同速。 • 虽有阻尼绕组，动态过程中（如启动时）对 f 的变化率仍有限制。 ⇒ 动态性能不佳 §1.永磁同步电机转子位置定向控制
q
Fs ∝ i1
Fr
d
控制iABC，使定子合成电流向量i1方向与q轴重合， 大小由转矩需求决定。
注意几个概念：
功角 = ∠U 1 − ∠E0 （此处 = φ） 内功角 = ∠E g − ∠E0 = ∠Fm − ∠Fr
现代电气传动1绪论 Rong
电力电子技术
电力电子技术就是利用电力电子(半导体) 器件对电能的变换和控制。弱点控制强电 的媒介。电力有交流和直流两种。 功率放大和变换装置 相关课程：电力电子技术，王兆安、黄俊 主编
电力电子技术 （续）
整流(AC-DC) 逆变(DC-AC，有源/无源)
直流斩波(DC-DC)
AC-AC(变相/变频，交流调压，直接变频)。
门极控制开通和关断，无源逆变，直流调压(无需换流回 路)，高频开关，PWM控制技术
电力电子技术 （续）
器件方面：晶闸管功率开关器件 变换技术：相位控制PWM整流(AC-DC) 半控全控，低频高频，分立集成化、 模块化 与本课程相关：可控电源：直流电源，交 流调频
微电子和计算机技术
电动机是电力系统中主要的执行机构。 通过对电动机的电压、电流、频率等输入电量的 控制，改变工作机械的转矩、速度、位移等机械 量，使各种机械按照人们期望的要求运行。 控制目标：调速。 本科相关课程：
运动控制系统 电力拖动控制系统
1.1现代运动控制技术
22
Human dynamics--Wiki
Internet encyclopaedias go head to head. Jimmy Wales. Nature. 2005(维基百科创始人精确度定性分析)
Wikipedias: Collaborative web-based encyclopedias as complex networks. V. Zlati´c. PRE. 2006 (文章-文章链接复杂网络分析)
198x-199x智能控制理论 194x-195x经典控制理论形成 形成 维纳.控制论 大系统理论 钱学森.工程控制论 IFAC 鲁棒控制 SISO 智能控制 (模糊、神经网络和 遗传算法)
我国电力传动系统的发展状况
我国电力传动系统的发展状况电力传动系统优势明显，电力传动组成结构简单传动效率高，精确度高，节省电力，高精度传感器，计量器和计算机技术的应用使得其控制精度显著提高，电力驱动环保无污染而且噪音小，发展电力传动技术已经迫在眉睫。
目前我国在电力传动系统技术上问题重重，严重依赖国外技术，处处受限制，严重影响经济发展。
所以我国应该大力研究电力传动系统，解决自身瓶颈。
1 电力传动传动系统1.1 组成机械设备中非常重要的一部分是电力传动系统，而该系统主要有4个组成部分。
1电动机：电动机是生产机械的核心部分，其主要是将电能转化成机械能带动设备进行生产，根据电源的不同电动机又又直流电动机和交流电动机之分。
2传动机构：传动机构可以讲电动机产生的机械能传递到工作设备中去。
主要依靠传动带，联轴器等进行传送动能。
3控制设备：由控制电动机，自动化元件和工业控制计算机等组成的控制设备来控制电动机的运行4电源：电源有直流和交流两种电源，为不同的电动机和控制设备进行供电。
1.2 原理以电动机中介，将电能转化成机械能，并在传动机构的参与1/ 6下带动机器工作。
电力传动系统由电动机，传动机构和控制装置组成。
根据不同的需求和电源的不同，电力传动也因此而不同。
电力传动可以进行远距离自动控制，而其又以电力为能源，电力使用便捷，为电力传动在工业中大规模应用创造了条件，电动机的适用性强为工业发展提供了强劲动力。
1.3 电力电子技术应用的意义电力电子将各种能源转化成电能可以帮助电力系统向智能化节能化和自动化方向转变。
电力电子技术的发展推动了分布式发电技术的发展，可以帮助分布式发电系统控制不稳定状态，并且电力电子技术可以帮助电力系统进行改造，能够提高用电效率，节约能源，在电力系统的产生输送和分配方面的作用巨大。
1.4 我国电力电子技术的发展方向电力电子变换器技术，这项技术主要研究节约电能，新能源空间以及军事等领域中特殊电子变换器技术。
电力电子系统的集成：在这方面主要研究标准化电力电子模块，芯片系统集成，以及电力电子系统的性能研究。
现代电力传动与控制课程报告
现代电力传动与控制（课程报告）题目：转差频率矢量控制系统仿真学院：自动化学院专业：电力电子与电力传动班级：学生姓名：指导教师：1 转差频率控制异步电动机矢量控制调速系统原理转差频率控制的异步电动机矢量控制调速系统的原理图如下，该系统主电路采用了SPWM电压型逆变器，这是通用变频器常用的方案。
转速采取了转差频率控制，即异步电动机定子角频率w1由转子角频率w和转差角频率ws组成（w1＝w＋ws）。
这样，在转速变化过程中，电动机的定子电流频率始终能随转子的实际转速同步升降，使转速的调节更为平滑。
图1 转差频率矢量控制系统原理图从矢量控制方程，在保持转子磁链ψr不变的控制下，电动机转矩直接受定子电流的转矩分量i1t控制，并且转差ωs可以通过定子电流的转矩分别i1t计算，转子磁链ψr也可以通过定子电流的励磁分量i1m来计算。
2 转差频率控制异步电动机矢量控制调速系统仿真子模块说明2.1电压电流转换模块如下所示图2 电压电流转换模块电流/电压变换模块（um*、ut*）的函数关系见下式推导：dt di L dt di L i R u r m s s s s s αααα++= (1)dt di L dt di L i R u r m s s s s s ββββ++= (2)由于矢量控制方程得到的是定子电流的励磁分量和转矩分量，而本系统采用了电压型逆变器，需要相应的将电流控制转换为电压控制，其变换为lt s lm S lm i L i R u σω1-= (3)t s s lm s t i p L R i L u )(1σω++= (4)式中，lm u ，lt u 为定子电压的励磁分量和转矩分量，σ为漏磁系数r S m L L L /1-=σ。
lm u ，lt u 经过两相旋转坐标系/三相静止坐标系的变换（2r/3s ），得到SPWM 逆变器的三相电压控制信号，并控制逆变器的输出电压。
2.2 转速调节器ASR 模块图3转速调节器ASR 模块在系统中以转速调节器ASR 的输出为定子电流的转矩分量i1t ，并通过计算得到转差ωs 。
电力牵引传动控制系统
电力牵引传动控制系统：核心技术与应用优势一、电力牵引传动控制系统概述电力牵引传动控制系统，作为现代轨道交通领域的关键技术，以其高效、环保、低噪音等优势，逐渐成为我国铁路、城市轨道交通等领域的主流驱动方式。
该系统主要包括电力变换、电机控制、传动装置及监控系统等部分，通过先进的控制策略，实现列车牵引与制动的高效运行。
二、电力牵引传动控制系统的核心技术1. 电力变换技术电力变换技术是电力牵引传动控制系统的核心，主要包括整流、逆变和滤波等环节。
通过对输入的电能进行高效转换，为电机提供稳定、可靠的电源供应，确保列车在各种工况下都能实现优异的牵引性能。
2. 电机控制技术电机控制技术主要针对牵引电机进行精确控制，包括速度、转矩和位置控制等。
采用矢量控制、直接转矩控制等先进控制策略，实现电机的高效、稳定运行，降低能耗，提高列车运行品质。
3. 传动装置技术传动装置技术主要包括齿轮箱、联轴器等部件，将电机输出的动力传递到车轮，实现列车的牵引和制动。
通过优化传动装置的设计，降低噪音、提高传动效率，确保列车运行的安全性和舒适性。
4. 监控系统技术监控系统技术负责对整个电力牵引传动控制系统进行实时监控，包括故障诊断、保护、数据处理等功能。
通过集成化、智能化的监控手段，提高系统的可靠性和运行稳定性。
三、电力牵引传动控制系统的应用优势1. 节能环保电力牵引传动控制系统采用电能作为动力来源，相较于传统燃油驱动方式，具有显著的节能环保优势。
同时，系统的高效运行有助于降低能源消耗，减少污染物排放。
2. 运行速度快电力牵引传动控制系统具有较高的功率密度，能够实现列车的快速启动、加速和制动，提高运行速度，缩短运行时间。
3. 维护成本低相较于传统传动系统，电力牵引传动控制系统结构简单，故障率低，维护方便。
通过智能化监控手段，可实现故障预警和远程诊断，降低维护成本。
4. 噪音低、舒适性高电力牵引传动控制系统采用交流电机驱动，相较于直流电机，噪音更低，振动更小，提高了乘客的舒适度。
2024年电传动系统市场发展现状
电传动系统市场发展现状1. 介绍电传动系统是指使用电动机作为动力源，通过电力传输来驱动机械设备的一种传动方式。
随着电动机技术和电子控制技术的不断发展，电传动系统在各个行业的应用愈发广泛。
本文将对电传动系统市场的发展现状进行分析。
2. 市场规模和增长趋势电传动系统市场在过去几年呈现出较快的增长趋势。
其中，汽车工业、工业自动化和能源行业的需求是推动市场发展的主要驱动力。
根据市场研究机构的数据，电传动系统市场在过去五年内以年均增长率超过10%的速度增长，预计未来几年仍将保持较高增长率。
3. 主要应用领域电传动系统广泛应用于各个行业，包括汽车、机械制造、航空航天、能源等。
其中，汽车工业是电传动系统的主要应用领域之一。
随着电动汽车的普及和环保意识的增强，电传动系统在汽车行业的市场份额也在逐渐增加。
另外，工业自动化是电传动系统的另一个重要应用领域。
工业自动化领域对高效、精确的运动控制需求较高，电传动系统正是满足这一需求的理想选择。
4. 技术发展趋势随着电子技术和信息技术的不断进步，电传动系统的技术也在不断革新。
以下是电传动系统技术发展的几个趋势：a. 高效能电传动系统的效能越高，其能耗越低，使用寿命越长。
因此，提高电传动系统的能效是技术发展的主要方向之一。
例如，新一代的电动机和变频器技术能够减小能源损耗，提高系统的能效。
b. 智能化智能化是电传动系统技术发展的另一个趋势。
借助传感器、通信技术和自动化控制技术，电传动系统能够实现远程监控和智能控制，提高系统的可靠性和安全性。
c. 轻量化轻量化是电传动系统技术发展的另一个关键方向。
对于移动设备和汽车等重量限制较为严格的领域，轻量化的电传动系统能够提高整体效率和性能。
5. 主要厂商和竞争格局目前，电传动系统市场主要由一些大型厂商主导，包括ABB、西门子、波音等。
这些公司在技术研发、产品制造和市场推广方面拥有较强的实力和资源优势。
竞争格局相对稳定，但新兴技术和新进入者的崛起可能会给市场带来一定的变革。
现代电力系统交流传动2.3
若未采用功率不变约束条件，则转矩公 式需加修正系数。
d1 ud 1 A
+
ud 1 A
d
(2‐79)
ω1 d
美国Bose, Park采用如下坐标变换关系：
⎡id1 ⎤ ⎡ 2⎢ ⎢ ⎥ ⎢iq1 ⎥ = 3 ⎢ ⋅ ⎢io ⎥ ⎢ ⎣ ⎣ 1⎦ ⋅ ⎤ ⎡i A ⎤ ⎥⎢ ⎥ ⋅ ⎥ ⎢i B ⎥ ⎥ ⎦⎢ ⎣i C ⎥ ⎦
jω2 ψ 2
+ −
.
.
.
.
r1
L2l
Lm
r2
I2
+
.
U1
−
.
&1 ψ
&2 ψ
U2
−
.
注意： • 图2-7d是空间向量等值电路图，而非时间相量等值电路图 2V sin ω1t ) 时，向量模长是每相时间相间有 • 正弦稳态 (v A (t ) = . 效值的 3 倍 (| U1 |= 3V ) ；or：任一瞬刻，每相电压/电流/磁 链瞬时值=相应合成向量在该相投影值的 2 3 倍。 • 图2-7d是三相合成向量等值电路图，而非一相等值电路图，其 功率为三相总功率。 （Park变换的好处：每相瞬时值=合成向量在该相的投影。）
2012/11/12
3. 一般化dq0系统中异步电机数学模型
一、电压方程
q
q1
ud 1 = r1id 1 + pψ d 1 −ψ q1 pθ1 u q1 = r1iq1 + pψ q1 + ψ d 1 pθ1
d1
θ1
−
(2‐72)
q2 d2
ω1
+
u01 = r1i01 + pψ 01 ud 2 = r2id 2 + pψ d 2 −ψ q 2 pθ 2 u q 2 = r2iq 2 + pψ q 2 + ψ d 2 pθ2 u02 = r2i02 + pψ 02
电力传动技术的发展趋势
电力传动技术的发展趋势电力传动技术是一种利用电能来传输和驱动机械设备的技术手段，它在工业生产、交通运输、能源开发等领域具有重要应用价值。
随着科技的进步和工业化水平的不断提高，电力传动技术也在不断发展和创新。
本文将从几个方面探讨电力传动技术的发展趋势。
随着电子技术的飞速发展，电力传动技术将更加智能化。
传统的电力传动系统主要依靠机械装置实现能量传递和转换，而现代电力传动技术将加入更多的电子元器件和智能控制系统，实现动力传递过程的智能化监控和调节。
智能变频器、电机控制系统、PLC等设备的应用，能够实时监测和调整传动系统的运行状态，提高传动效率，降低能耗和维护成本。
电力传动技术将更加注重节能环保。
随着全球能源资源的日益紧张和环境污染问题的日益严重，电力传动技术的发展将更加注重节能和环保。
未来的电力传动技术将更加注重整体能效的提升，通过改进传动系统的设计、材料和工艺，减少能量的损耗和浪费。
利用可再生能源进行电力传动也会成为未来的发展趋势，例如太阳能、风能等清洁能源将会被广泛应用到电力传动系统中，降低对传统能源的依赖，减少对环境的影响。
电力传动技术将更加注重安全可靠。
在工业生产和交通运输等领域，传动系统的安全性和可靠性至关重要。
未来的电力传动技术将更加注重在传动系统设计和制造过程中引入先进的安全技术和可靠的保护装置，确保传动系统在高速、重载、恶劣环境下能够安全可靠地运行。
电力传动技术将更加注重智能化联网。
随着物联网技术的不断发展，电力传动系统将逐渐实现智能化联网。
通过传感器、网络通信技术等手段，实现传动系统的远程监测和故障诊断，提前发现和排除故障，提高传动系统的可靠性和可维护性。
电力传动技术的发展将朝着智能化、节能环保、安全可靠和智能化联网的方向不断推进。
相信随着科技的不断进步和应用的不断推广，未来电力传动技术将会取得更加显著的成就，为人类社会的发展进步做出新的贡献。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
异步电动机矢量控制系统1 异步电动机矢量控制原理异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统,虽然通过坐标变换可以使之降阶并化简,但并没有改变其非线性、多变量的本质,因此,需要异步电动机调速系统具有高动态性能时,必须面向这样一个动态模型。
经过多年的潜心研究和实践,有几种控制方案已经获得成功的应用,目前应用最多的方案有: (1)按转子磁链定向的矢量控制系统; (2)按定子磁链控制的直接转矩控制系统。
三相交流异步电机矢量控制理论用来解决交流电机转矩控制问题。
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控制异步电动机转矩的目的。
具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制,并同时控制两分量间的幅值和相位,即控制定子电流矢量。
矢量控制要求对异步电机的动态数学模型进行化简，将定子电流分解为转矩分量和励磁分量，通过控制矢量电流i的幅值和方向去等效地控制三相电流ia、ib、ic的瞬时值，从而调节电机的磁场和转矩以达到调速的目的。
矢量控制系统的原理结构图如图1-1图1-1 矢量控制系统原理结构图由图1-1可以看出，从给定输入到等效直流电机的输出，异步电机的直流等效过程就是解除异步电机非线性耦合关系简化其数学模型的过程，在这个过程中，涉及三种坐标变换：3/2变换、2/3变换和旋转变换，三相异步电机模拟成直流电动机进行控制需将三相变换到两相，以及静止坐标系变换到旋转坐标系。
2 坐标变换2.1 坐标变换的基本思路异步电动机三相原始动态模型相当复杂，分析和求解这组非线性方程十分困难。
在实际应用中必须予以简化，简化的基本方法就是坐标变换。
如果能将交流电动机的物理模型等效地变换成类似直流电动机的模型，分析和控制就可以大大简化。
坐标变换正在按照这条思路进行的。
这里，不同的坐标系中电动机模型等效地原则是：在不同坐标下绕组所产生的合成磁动势相等。
以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流A i 、B i 、C i ，通过3/2变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流sa i 和βs i ，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流sm i 和st i 。
图2-1 异步电动机的矢量变换结构图从2-1的输入输出端口看进去，输入为A 、B 、C 三相电流，输出为转速ω，是一台一部电动机。
从内部看，经过3/2变换和旋转变换VR ，变成一台以sm i 和st i 为输入，ω为输出的直流电动机。
M 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，sm i 相当于励磁电流，t 绕组相当于电枢绕组，st i 相当于与转矩成正比的电枢电流。
2.2 三相-两相变换不同电动机模型彼此等效的原则是：在不同坐标下产生的合成磁动势完全一致。
总所周知，在交流电动机三相对称静止绕组A 、B 、C 中，通以三相平衡的正弦电流A i 、B i 、c i 时，所产生的合成磁动势F ，是空间正弦分布的旋转磁通势。
然而，旋转磁通势并非要三相不可，除单项外，二相，三相，四相……等任意对称的多项绕组，通入平衡的多相电流，都能产生旋转磁通势。
3/2VR等效直流电动机模型αi βi ti A i mi Bi Ci ϕωA B C异步电动机现在考虑三相对称静止绕组A 、B 、C 到两相静止绕组α、β的变换。
如图2-2是3/2变换坐标系与绕组磁动势空间矢量图，将两个坐标系原点重合，并使A 轴和α轴重合。
图2-2 3/2变换坐标系与绕组磁动势空间矢量图按照磁动势相等的等效原则，三相合成磁动势与两相合成磁动势相等，故两套绕组磁动势在α、β轴上的投影都应相等，因此：写成矩阵形式，得⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---C B A a i i i N N i i 232123212301β （2-1） 按照变换前后总功率不变，可以证明，匝数比为3223=N N (2-2) 代入式（2-1），得⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---C B A a i i i i i 232123210132β （2-3） 2.3 静止两相-旋转正交变换从两相正交坐标系到旋转正交坐标系的变换，称做静止两相-旋转正交变换，简称2s/2r 变换。
两相静止绕组，通以两相平衡交流电流，产生旋转磁动势。
如果令两相绕组转起来，)2121(60cos 60cos 33332C B A C B A i i i N i N i N i N i N --=︒-︒-=α)(2360sin 60sin 3332C B c B i i N i N i N i N -=︒-︒=β且旋转角速度等于合成磁动势的旋转角速度，则两相绕组通以直流电流就产生空间旋转磁动势。
两相静止和旋转坐标系中的磁动势矢量如图2-3所示。
绕组每相有效匝数为2N ,磁动势矢量位于相关的坐标轴上。
两相交流电流a i 、βi 和两个直流电流d i 、q i 产生相同的以角速度1w 旋转的合成磁动势F 。
图2-3 两相静止和旋转正交坐标系中的磁动势矢量由图2-3可见，a i 、βi 和d i 、q i 之间存在下列关系：ϕϕβαsin cos i i i d += （2-4）ϕϕβc o s s i n i i i a q +-= 写成矩阵形式，得⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡βαβαϕϕϕϕi i C i i i i r s q d 2/2cos sin sin cos （2-5） 因此，静止两相正交坐标系到旋转正交坐标系的变换阵为⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos 2/2r s C （2-6） 则旋转正交坐标系到静止两相正交坐标系的变换阵是⎥⎦⎤-⎢⎣⎡=ϕϕϕϕcos sin sin cos 2/2s r C （2-7）d2i N q2i N dqβi N 2αi N 2αβϕ1ω)(s s i F3 转子磁链计算按转子磁链定向的矢量控制系统的关键是r ψ的准确定向，也就是说需要获得转子磁链矢量的空间位置。
除此之外，在构成转子磁链反馈以及转矩控制时，转子磁链幅值也是不可缺少的信息。
根据转子磁链的实际值进行控制的方法，称作直接定向。
转子磁链的直接检测比较困难，现在实用的系统中多采用按模型计算的方法，即利用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。
转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来，也可以利用状态观测器或状态估计理论得到闭环的观测模型。
在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为电流模型和电压模型两种。
本设计采用在αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型。
由实测的三相定子电流通过3/2变换得到静止两相正交坐标系上的电流i sα和i sβ，在利用αβ坐标系中的数学模型式计算转子磁链在αβ轴上的分量（3-1）也可表述为：⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫++=-+=)(11)(11αβββααψωψψωψr r s m r r r r s m r r T i L s T T i L s T （3-2） 然后，采用直角坐标-极坐标变换，就可得到转子磁链矢量的幅值r ψ和空间位置ϕ，考虑到矢量变换中实际使用的是ϕ的正弦和余弦函数，故可以采用变换式（3-4）（3-5）（3-6）⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫++-=+--=βαβχαβααωψψψωψψψs r r r s r r r i Tr Lm Tr dt d i Tr Lm Tr dt d 1122χαψψψr r r +=r r ψψϕβ=sin rr ψψϕα=cos图3-1在 坐标系上计算转子磁链的电流模型4 矢量控制系统设计4.1按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制方式图4-1为电流闭环控制后的系统结构图，转子磁链环节为稳定的惯性环节，对转子磁链可以采用闭环控制，也可以采用开环控制方式；而转速通道存在积分环节，为不稳定结构，必须加转速外环使之稳定。
图4-1 电流闭环控制后的系统结构图常用的电流闭环控制有两种方法：一个是将定子电流两个分量的给定置*sm i 和*st i 施行2/3变换，得到三相电流给定值。
采用电流滞环控制型PWM 变频器，在三相定子坐标系中完成电流闭环控制。
另一个是将检测到得三相电流施行3/2变换和旋转变换，达到mt 坐标系中的电流sm i 和st i 。
采用PI 调节器软件构成电流闭环控制，电流调节器的输出为定子电压给定值*sm u 和*st u ，经过反旋转变换得到静止两相坐标系的定子电压αs u *和βs u *，再经过SVPWM 控制逆变器输出三相电压，其系统结构图如图4-2所示。
本次MATLAB 仿真系统设计也是采用的这种控制方法。
图4-2 定子电流励磁分量和转矩分量闭环控制的矢量控制系统结构图4.2 矢量控制系统的仿真设计本次按图4-2所示的控制系统结构建立仿真模型，其中SVPWM 用惯性环节等效代替，若采用实际的SVPWM 方法仿真，将大大增加仿真计算时间，对计算机的运行速度和内存容量要求较高，转速，转子磁链和两个电流调节器均采用带有积分和输出限幅的PI 调节器，两相磁链由电动机模型直接得到，其中转子磁链的幅值由两相磁链计算得到。
矢量控制系统仿真模型图如图4-3所示。
图4-3 矢量控制系统仿真模型图由图中可知ASR 为转速调节器，APsirR 为转子磁链调节器，ACMR 为定子电流励磁分量调节器，ACTR 为定子电流转矩分量调节器，对转子磁链和转速而言，均表现为双闭环控制的系统结构，内环为电流恒定，外环为转子磁链或转速环。
其中系统中的K/P 模块是计算转子磁链幅值和角度的，其内部结构图如图4-4所示。
图4-4 转子磁链和角度计算结构图4.3 PI 调节器设计本次仿真设计中的调节器都是采用PI 调节器，其传递函数为；)11()(IP S T K D += 式中，P K 为比例增益，I T 为积分时间常数。
比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，因此又加入了积分控制，只要系统存在误差，积分控制作用就不断地积累，输出控制量以消除误差。
其PI调节器的MATLAB仿真结构图如图4-6所示。
而且此PI调节器是带了限幅的。
根据MATLAB的仿真图形，不断改进PI调节器p k和i T。
调试时，先断开速度环，调节电流环的PI 参数；然后再调节速度环的PI 参数。
图4-5 PI调节器的仿真结构图1 定子电流励磁分量调节器ACMR，如图4-6所示，ACMR的p k和i T分别为8和13。
输出限幅值为-250~250。
图4-6 定子电流励磁分量调节器ACMR2 定子电流矩阵分量调节器ACTR，如图4-7所示，ACTR的p k和i T分别为8和12。