现代电机控制  080800M02001H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:李耀华,王珂
授课时间: 星期二,第5、6、7 节
授课地点: 教一楼406
授课周次: 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15
课程编号: 080800M02001H 课时: 40 学分: 2.50
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:李耀华,王珂 助教:
英文名称: Modern Control Technology for Electrical Machines and Drives 召集人:

教学目的、要求

本课程为电气工程学科研究生的学科专业课。主要学习现代电机分析和控制理论。要求通过学习掌握电机控制的基础知识、基本的分析和设计方法,并了解其最新的发展现状和将来的发展趋势。

预修课程

电路理论、电机学、控制理论

教 材

自编

主要内容

第一章 现代电机控制技术导论
  介绍现代电机控制技术的发展历史、现状及发展趋势。
第二章 异步电机的分析与控制
   【基本要求】:掌握异步电机的基本结构、工作原理和在同步旋转坐标系下的数学模型及物理意义,掌握异步电机的标量控制方法和间接转子磁场定向控制理论。了解异步电机的直接转矩控制等其他控制方法。
2.1异步电机的数学模型及特性分析
2.1.1异步电机的结构及工作原理
铁磁材料及磁化特性等预备知识,异步电机结构和类型(鼠笼转子和绕线转子)、工作原理和基本概念(定子、转子、电枢、绕组、旋转磁场、同步角频率、转子角频率、滑差角频率等)
2.1.2异步电机的稳态数学模型与特性分析
异步电机稳态等效电路的推导及物理意义,稳态工作特性(特别是机械特性)
2.1.3异步电机的动态数学模型与特性分析
电机分析的基本概念(线圈和绕组回路、磁链、自感系数、漏感系数、匝数折合等)、异步电机相坐标系下数学模型(磁链方程、电压方程、转矩方程等),坐标转换的基本概念和物理意义,异步电机在两轴坐标系(静止αβ和同步旋转dq)下的数学模型(磁链方程、电压方程、转矩方程等),异步电机的动态特性分析(结合动态过程仿真结果)
2.2 异步电机的控制理论
2.2.1异步电机的控制理论简介
异步电机运行模式、异步电机控制的分类(标量控制与矢量控制)
2.2.2异步电机的标量控制
异步电机的标量控制的基本方法和控制系统、异步电机的标量控制特性分析
2.2.3异步电机的磁场定向控制理论
异步电机的磁场定向控制的分类(转子、气隙、定子磁场定向,间接和直接实现法),异步电机转子磁场定向时的数学模型和物理意义、转子磁场定向控制基本原理和实现方法(间接法与直接法),磁链观测器的基本概念,定子磁场定向控制和气隙磁场定向控制理论简介
2.2.4异步电机磁场定向控制系统
鼠笼转子式异步电机磁场定向控制系统(以城市轨道交通牵引传动系统为例)
绕线转子式异步电机磁场定向控制系统(以双馈风力发电机系统为例)
2.2.5异步电机的直接转矩控制
直接转矩控制基本原理、直接转矩控制调速系统、其他种类接转矩控制方法、直接转矩控制和磁场定向控制对比
2.3 异步电机的现代控制技术
2.3.1异步电机的效率优化控制
效率优化控制基本原理及控制方法
2.3.2异步电机的无速度传感器控制
异步电机无速度传感器控制基本原理及控制方法
2.4 小结
第三章 同步电机的分析与控制
   【基本要求】:掌握永磁同步电机的基本结构、工作原理和在同步旋转坐标系下的数学模型及物理意义,掌握永磁同步电机的转子磁场定向控制理论。了解永磁同步电机的直接转矩控制等其他控制方法。
3.1同步电机的数学模型及特性分析
3.1.1同步电机的结构及工作原理
同步电机结构和类型(外励磁和永磁转子)、工作原理和基本概念(定子、转子、电枢、绕组、旋转磁场、同步角频率、转子角频率等)
3.1.2同步电机的稳态数学模型与特性分析
外励磁和永磁转子同步电机稳态方程的推导及物理意义,稳态相量图和工作特性,功率角的物理意义
3.1.3同步电机的动态数学模型与特性分析
外励磁和永磁转子同步电机在相坐标系下的数学模型和物理意义(线圈和绕组回路、磁链、自感系数、漏感系数等),坐标转换的基本概念和物理意义,外励磁和永磁转子同步电机在同步旋转dq坐标系下的数学模型(磁链方程、电压方程、转矩方程等),永磁同步电机的动态特性分析(结合动态过程仿真结果)
3.2 同步电机的控制理论
3.2.1同步电机的磁场定向控制理论
同步电机磁场定向控制的分类,定子、气隙、转子磁场定向控制的基本原理和按不同磁场方向定向时的向量图和物理意义,
3.2.2永磁同步电机的转子磁场定向控制理论
永磁同步电机转子磁场定向控制的数学模型及物理意义
3.2.3永磁同步电机的转子磁场定向控制系统
以电动汽车永磁同步电机转子磁场定向控制系统为例,详细分析控制系统构成、永磁同步电机的恒转矩运行模式和恒功率运行模式、电流轨迹的分析方法、MTPA控制策略和弱磁控制策略等
以直驱式永磁风力发电机磁场定向控制系统为例,分析其系统构成和控制策略
3.2.4永磁同步电机的直接转矩控制理论
永磁同步电机直接转矩控制基本原理和实现方法,永磁同步电机直接转矩控制系统
3.3 新型永磁同步电机及控制技术
3.3.1 新型永磁同步电机系统
新型永磁同步电机系统(集中绕组分数槽永磁电机、多相永磁电机、轴向磁通永磁电机和混合励磁电机的基本原理与应用情况),永磁同步电机的机电集成:电动汽车混合动力总成中永磁同步电机的机电集成;用于电动汽车混合动力总成的双机械端口电机与发动机和变速器的匹配。
3.3.2 永磁同步电机的无位置传感器控制技术
永磁同步电机的磁链观测方法(基于反电势、状态观测器、卡尔曼滤波器、空间凸极跟踪技术的磁链观测方法);永磁同步电机的无位置传感器控制方法(基于卡尔曼滤波、朗贝格观测器和高频注入法等策略的无位置传感器控制基本原理)。
3.4 小结
第四章 直线电机的分析与控制
4.1直线电机基本结构与特性分析
4.1.1直线电机的结构及工作原理
直线电机基本结构、工作原理、分类及与旋转电机优缺点对比
4.1.2直线电机特性
直线电机边端效应分析、推力与法向力特性分析
4.2 直线电机的控制理论
4.2.1短定子直线异步电机控制
短定子直线异步电机控制方法,短定子直线异步电机驱动及控制系统(以低速磁浮交通车辆牵引传动系统为例)
4.2.2长定子直线同步电机控制
长定子直线同步电机控制方法,长定子直线同步电机牵引供电及控制系统(以高速磁浮交通车辆牵引供电系统为例)

4.3 小结

参考文献

1、陈坚,《交流电机数学模型及调速系统》,国防工业出版社,北京,1998。