變頻傳動

變頻傳動概述

隨著現(xiàn)代電力電子器件、智能功率集成模塊問世，控制理論及微電子技術(shù)的發(fā)展使異步電動機的調(diào)壓變頻調(diào)速得以順利實現(xiàn)，從而使交流變頻傳動廣泛應用于國民經(jīng)濟各部門，并正在逐步取代直流傳動系統(tǒng)，同時隨著大功率自關(guān)斷器件的日趨完善和以微處理器件為核心的數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展更促進了交流變頻傳動系統(tǒng)在城市交通車輛中的應用。

變頻傳動變頻傳動技術(shù)在國外的應用情況

城市軌道機車在國外發(fā)展已有100多年的歷史，隨著現(xiàn)代技術(shù)的應用及發(fā)展，其電力傳動系統(tǒng)有了很大的變化，其驅(qū)動與調(diào)速系統(tǒng)由最初的變阻調(diào)速發(fā)展到斬波器調(diào)速，進而發(fā)展到應用交流三相異步牽引電動機采用調(diào)壓變頻調(diào)速（VVVF）的傳動技術(shù)。由于這種變頻傳動技術(shù)的優(yōu)良性，因此目前世界上德、日等發(fā)達國家近來研制的地鐵和輕軌車輛幾乎全部采用交流電傳動變頻調(diào)速技術(shù)。而且隨著能源、環(huán)保與人類的關(guān)系越來越密切，采用這種調(diào)速技術(shù)的機車將會被更廣闊的市場及社會所接受。

變頻傳動在我國城市交通車輛上應用的特點及效益

1）交流變頻調(diào)速傳動的車輛的優(yōu)點：

交流變頻傳動系統(tǒng)一般由三相交流異步電動機、變頻器及其控制裝置組成。它與直流傳動系統(tǒng)相比其顯著的優(yōu)點如下：異步電動機比直流電動機結(jié)構(gòu)簡單，沒有換向器，運行可靠，重量輕，效率較高而且價格低廉。其機械特性較硬，具有優(yōu)異的牽引性能。而用其控制電路比直流傳動系統(tǒng)簡單，維護十分容易。{HotTag}

2）目前，我國使用新型的變頻節(jié)能無軌電車的節(jié)能情況：

我國于1996年研制成功了AC4000型交流傳動電力機。目前750VDC系統(tǒng)下的地鐵車輛每臺牽引電動機功率約90～160KW，因此采用600～1000A/1200V的IBGT構(gòu)成三點式逆變器傳動系統(tǒng)，已能達到所需的容量。我國的廣州地鐵車原來準備用直流斬波調(diào)速車，為了考慮到與國際先進水平發(fā)展趨勢一致、節(jié)約能源及經(jīng)濟合理性，因而最終也確定了選擇三相交流異步電動機變頻調(diào)速的傳動方案。

目前在我國工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中為了節(jié)約能源，也開始了用變頻傳動技術(shù)來改造設(shè)備。

變頻傳動變頻傳動技術(shù)的發(fā)展

城市軌道交通車輛的牽引電動機長期以來都普遍采用直流旋轉(zhuǎn)電動機。其傳動方式有變阻控制和斬波調(diào)壓控制。變阻控制在老式城市軌道車輛上普通使用，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于車頻繁啟動和制動，使20%的電能消耗在電阻上，這種方式大多已被淘汰。

隨著電力電子器件的迅速發(fā)展，從不控型整流管到半控型晶閘管（SCR）、80年代中后期以來的門極可關(guān)斷全控型晶閘管（GTO）、巨型晶體管GTR到絕緣門極雙極型晶體管IGBT等的研制成功，從而便研制、開發(fā)出了功率等級不同的將驅(qū)動、保護、自我檢測及功率輸出集于一體的變頻調(diào)速產(chǎn)品。交流變頻調(diào)速裝置一出現(xiàn)就以其優(yōu)秀的調(diào)速性能及明顯的節(jié)電效果迅猛發(fā)展，并逐步取代的過去的滑差調(diào)速、整流子電機調(diào)速、串級調(diào)速、中頻發(fā)電機組及直流調(diào)速裝置。因而，世界上各國都非常重視其發(fā)展。

在80年代后期，發(fā)展起來的使用VVVF變頻控制最新技術(shù)的城市軌道車輛已進入實用階段。VVVF傳動系統(tǒng)是將直流750V或1500V通過GTO逆變器和微機獲得一個頻率和電壓可控制的三相交流電源，使交流異步牽引電動機的轉(zhuǎn)速可以平滑調(diào)節(jié)。由于采用了微機控制，可使系統(tǒng)更可靠，還可實現(xiàn)系統(tǒng)自動檢測和故障珍斷，為車輛安全的運行、維修及保養(yǎng)提供了極大方便。

由于GTO關(guān)斷增益低、關(guān)斷損耗大、且存在二次擊穿危險等缺點，因此使GTO的應用前景正引起爭議。近年來兼有GTR和MOS-FET兩者優(yōu)點的IGBT發(fā)展很快，目前已進入第四代產(chǎn)品，耐壓也已提高到3300～4500V，電流可達到1000A以上。IGBT器件與可關(guān)斷晶閘管GTO相比有較多優(yōu)點，IGBT為電壓驅(qū)動、開關(guān)頻率高及抗干擾與貫穿短路保護能力強，因而損耗小，性能好及工作可靠，此外大功率IGBT模塊本身絕緣，外殼不帶電，冷卻方便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。雖然目前IGBT耐壓不如GTO高，但可采用新型的三點式電壓型逆變器，其電壓不僅可用耐壓等級低一半的器件，而用還有效地減少諧波電流，抑制了電磁噪聲，IGBT的開關(guān)時間只有GTO的1/6，開關(guān)頻率可提高到以往約3倍的1500HZ，使三點式IGBT逆變器噪聲降低15DB，IGBT的門極控制功率不到GTO的1/1000，電流、電壓的安全工作區(qū)寬，所需的吸收用電容器小，因而比GTO變頻器體積和重量降低40%左右。

目前由高壓大電流的GTO和IGBT模塊構(gòu)成的變壓變頻裝置和微機技術(shù)在車輛上的應用已取得了很大進展。

由于交流變頻傳動比直流傳動有著粘著利用高，幾乎無需維護，運行可靠及節(jié)約能源等一系列優(yōu)點，因而除干線鐵路外，對城市軌道交通用地鐵與輕軌列車發(fā)展交流變頻調(diào)速傳動是當前必然的趨勢。

如上所述，目前在750VDC系統(tǒng)下運行的地鐵中采用成熟的批量生產(chǎn)的價廉的耐壓1200V TGBT構(gòu)成三點式逆變器實現(xiàn)地鐵車輛交流傳動方案，造價不貴，也是符合現(xiàn)在城市軌道機車發(fā)展的趨勢。

我國地鐵車輛電力傳動系統(tǒng)從直流到交流，從變阻調(diào)速到斬波器調(diào)速，進而發(fā)展到使用三相異步電動機的變頻傳動技術(shù)。而且對城市軌道交通750VDC系統(tǒng)中地鐵或輕軌車輛上采用交流傳動所需的電氣設(shè)備，我國已完全能夠自已設(shè)計和制造。目前在規(guī)劃的上海地鐵二號線和新建的廣州地鐵一號線都選擇了三相異步電機交流變頻傳動方案。從而使我國鐵路機車工業(yè)跨入了研制發(fā)展綠色交通的國際先進行列。

最新發(fā)展的交流牽引電動機采用變頻變壓控制（VVVF）的調(diào)速方式，它使用逆變器將直流換成為交流，以電壓和頻率的變化來控制交流電機的調(diào)速系統(tǒng)已被公認為在調(diào)速性能和節(jié)能上是最為先進的調(diào)速方式，它與交流電機配合，無換向部分，運行可靠，過載能力強，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，幾乎不須維修，現(xiàn)已在德國、日本等國已經(jīng)得到了應用。它也是今后城市軌道交通車輛發(fā)展的趨勢。 解讀詞條背后的知識 淄博翰海 淄博翰海電氣設(shè)備有限公司

公共交直流母線變頻傳動控制系

本系統(tǒng)DC供電適用于速度為500m/min以上的紙機AC供電適用于速度為500m/min以下的紙機系統(tǒng)編號：HHE-2000DC(AC)主要技術(shù)指標：1、靜態(tài)精度0.01%2、公共直流母線供電，帶有逆變反饋功能和預充電功能3、逆變器為世界著名自動化產(chǎn)品4、全數(shù)字開放式高速現(xiàn)...

變頻傳動是一種通過改變輸入電源頻率的方式來控制交流電動機的技術(shù)。使用變頻傳動的裝置一般稱為變頻器。

變頻器通常分為兩部分：整流單元和逆變器。整流單元將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。逆變器使用電子開關(guān)將直流電轉(zhuǎn)化成需要頻率的方波，多此疊加成為近似正弦交流電，驅(qū)動電動機。

前言

第1章變頻傳動系統(tǒng)概要

1.1變頻傳動概述

1.1.1傳動的意義和歷史

1.1.2兩種電氣傳動的競爭

1.1.3變頻調(diào)速一枝獨秀

1.1.4變頻傳動的定義與幾個術(shù)語的區(qū)分

1.1.5變頻傳動系統(tǒng)的組成

1.2變頻電源

1.2.1概述

1.2.2交—直—交電壓型變頻器

1.2.3交—直—交電流型變頻器及交—交變頻器

1.2.4變頻器的諧波與對策

1.3電動機

1.3.1異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.3.2異步電動的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和機械特性

1.3.3異步電動機的運行

1.3.4同步電動機

1.4變頻傳動的負載

1.4.1負載的機械特性

1.4.2主要生產(chǎn)機械的特點及其負載特性

1.4.3變頻傳動穩(wěn)定運行與機械特性的配合

1.4.4電動機、變頻器功率的選擇

1.5控制系統(tǒng)

1.5.1概述

1.5.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)

1.5.3轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)

1.5.4矢量變換控制系統(tǒng)

1.5.5直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)

1.6變頻傳動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

附錄

附錄1矢量控制動態(tài)方程[9]

附錄2直接轉(zhuǎn)矩控制動態(tài)方程[9]

參考文獻

第2章智能控制引論

2.1智能控制的定義和分類

2.1.1智能控制的定義

2.1.2智能控制的結(jié)構(gòu)理論與分類

2.1.3智能控制的特點與傳統(tǒng)控制的關(guān)系

2.2智能控制的應用范圍及在變頻傳動系統(tǒng)中的應用

2.3混沌控制簡介

2.3.1混沌和混沌理論

2.3.2混沌的產(chǎn)生

2.3.3混沌的定義及特點

2.3.4混沌控制的目標和方法

附錄——名詞解釋

參考文獻

第3章模糊控制理論與應用基礎(chǔ)

3.1概述

3.1.1模糊控制的意義

3.1.2模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理

3.1.3模糊控制的優(yōu)缺點

3.2模糊集合和輸入精確量模糊化

3.2.1模糊集合和隸屬函數(shù)

3.2.2模糊集合的運算

3.2.3輸入量精確值模糊化

3.3知識庫與模糊控制規(guī)則

3.3.1知識庫

3.3.2模糊控制規(guī)則的建立

3.3.3模糊控制規(guī)則的形式

3.3.4模糊控制規(guī)則的設(shè)計

3.4模糊推理

3.4.1常用模糊語句

3.4.2模糊關(guān)系與模糊矩陣

3.4.3模糊推理法

3.4.4模糊關(guān)系方程

3.5解模糊化

3.5.1重心法

3.5.2加權(quán)平均法

3.5.3最大隸屬度法

3.5.4中位數(shù)法

3.6模糊控制系統(tǒng)的分類和舉例

3.6.1模糊控制系統(tǒng)的分類

3.6.2模糊控制系統(tǒng)舉例

3.7模糊控制的應用

3.8模糊PID控制器

3.8.1傳統(tǒng)PID控制器工作特點

3.8.2模糊PID控制器

附錄——名詞解釋

參考文獻

第4章神經(jīng)網(wǎng)絡控制理論與應用基礎(chǔ)

4.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡概述

4.1.1人腦神經(jīng)網(wǎng)絡與神經(jīng)元

4.1.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡與神經(jīng)元

4.1.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡的應用

4.2神經(jīng)網(wǎng)絡的分類與基本模型

4.2.1神經(jīng)網(wǎng)絡的分類和功能

4.2.2神經(jīng)網(wǎng)絡基本模型

4.2.3感知器

4.3神經(jīng)網(wǎng)絡的學習方法

4.3.1有導師學習（監(jiān)督學習）

4.3.2無導師學習（無監(jiān)督學習或自組織學習）

4.3.3再勵學習

4.4感知器學習算法與多層感知器

4.5BP神經(jīng)網(wǎng)絡

4.5.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)

4.5.2BP算法

4.6RBF神經(jīng)網(wǎng)絡

4.7反饋型神經(jīng)網(wǎng)絡

4.7.1Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡

4.7.2Boltzmann學習機網(wǎng)絡

4.7.3Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡

4.8競爭學習神經(jīng)網(wǎng)絡

4.8.1基本原理

4.8.2競爭學習神經(jīng)網(wǎng)絡的實現(xiàn)

4.9神經(jīng)網(wǎng)絡控制的應用

4.9.1神經(jīng)網(wǎng)絡的優(yōu)越性與應用領(lǐng)域

4.9.2神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)辨識

4.9.3神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制

4.9.4神經(jīng)網(wǎng)絡預測控制

4.9.5神經(jīng)網(wǎng)絡控制器

4.10單神經(jīng)元PID控制

4.11神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器

4.11.1神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器的結(jié)構(gòu)

4.11.2神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制器控制算法

4.11.3仿真實例

4.12模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)

附錄

附錄1符號說明

附錄2名詞解釋

參考文獻

第5章遺傳算法理論與應用基礎(chǔ)

5.1概述

5.1.1遺傳算法是新的全局優(yōu)化搜索算法

5.1.2遺傳算法主要概念解釋及與生物學和實際問題的對應關(guān)系

5.2遺傳算法的基本內(nèi)容

5.2.1選取與設(shè)定初始群體

5.2.2參數(shù)編碼

5.2.3適應度函數(shù)的計算

5.2.4遺傳操作設(shè)計

5.2.5終止條件

5.2.6小結(jié)

5.3模式定理和積木假說

5.3.1模式定理

5.3.2積木（基因塊）假說

5.3.3遺傳算子對模式的影響

5.4遺傳算法的實現(xiàn)

5.5遺傳算法特點

5.6遺傳算法舉例

5.7免疫算法

5.7.1概述

5.7.2IGA的主要步驟

5.7.3免疫克隆算法

5.8遺傳算法的應用

5.9基于遺傳算法的PID控制技術(shù)

5.9.1PID控制概述

5.9.2采用遺傳算法的PID控制方法

5.10遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合的應用

5.10.1概述

5.10.2采用遺傳算法的神經(jīng)網(wǎng)絡應用示例

5.10.3結(jié)束語

參考文獻

第6章智能控制在改進變頻電源中的應用

6.1SPWM變頻電源

6.1.1神經(jīng)網(wǎng)絡控制用于改進SPWM逆變器的優(yōu)化

6.1.2模糊控制與PID控制結(jié)合的控制系統(tǒng)

6.1.3混沌隨機TPWM低載波頻率逆變器

6.2SVPWM變頻器

6.2.1神經(jīng)網(wǎng)絡法在SVPWM技術(shù)中的改進應用

6.2.2IA在SVPWM逆變器控制中的應用

6.3變頻器中整流器的改進

6.3.1整流器改進的必要性

6.3.2基于神經(jīng)元控制的SVPWM整流器直接功率控制

附錄——名詞解釋

參考文獻

第7章智能控制在改進控制系統(tǒng)性能中的應用

7.1概述

7.1.1控制系統(tǒng)的技術(shù)指標

7.1.2智能控制對改進控制系統(tǒng)性能的作用

7.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的改進

7.2.1概述

7.2.2PLC模糊神經(jīng)網(wǎng)絡變頻調(diào)速系統(tǒng)

7.3矢量控制系統(tǒng)的改進

7.3.1概述

7.3.2智能控制方案簡介

7.3.3模糊PID異步電動機矢量控制

7.3.4免疫遺傳模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的永磁同步電動機矢量控制

7.4直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的改進

7.4.1概述

7.4.2遺傳算法模糊自適應異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制

7.4.3模糊控制永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制

參考文獻

第8章智能控制在改進負載性能中的應用

8.1金屬切削機床

8.1.1概述

8.1.2加工過程的神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制

8.2電力機車

8.2.1引言

8.2.2采用遺傳算法的受電弓優(yōu)化設(shè)計

8.3起重機

8.3.1引論

8.3.2模糊PID控制器在起重機糾偏系統(tǒng)中的應用

8.4電梯

8.4.1引言

8.4.2遺傳算法電梯群控

8.5變頻空調(diào)器

8.5.1引言

8.5.2模糊控制變頻空調(diào)器

8.6多電動機群控

8.6.1引言

8.6.2神經(jīng)網(wǎng)絡的多電動機同步協(xié)調(diào)控制

8.7注塑機

8.7.1引言

8.7.2注塑成型智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究

參考文獻2100433B

智能控制是在無人干預的情況下，能自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術(shù)，是一門新興的學科?！吨悄芸刂圃谧冾l傳動系統(tǒng)中的應用》第1章為變頻傳動系統(tǒng)概要，第2章為智能控制緒論并附混沌控制簡介，第3章為模糊控制理論與應用基礎(chǔ)，第4章為神經(jīng)網(wǎng)絡控制理論與應用基礎(chǔ)，第5章為遺傳算法理論與應用基礎(chǔ)，第6章為智能控制在改進變頻電源中的應用，第7章為智能控制在改進控制系統(tǒng)性能中的應用，第8章為智能控制在改進負載性能中的應用。

《智能控制在變頻傳動系統(tǒng)中的應用》對研究智能控制在變頻傳動應用方面的工程師具有借鑒意義，對相關(guān)大專院校學生也有一定參考價值。

電機變頻傳動、光伏發(fā)電、風力發(fā)電、電動機車和無功補償?shù)取?