电力传动控制系统 电力传幼控制条统 ,电力传动：实现电能与机械能的能量转换 ,电力传动控制系统是一门综合了自 动控制理论、电力电子技术、电机 与拖动的专业课程，主要研究电力 传动控制系统工作原理和设计方法。 电力传动控制系统及其相关学科 应用自动控制理论解决电力传动控制 系统的问题。 电机学、电力电子 电机学 技术、撒电子技术、 计算机控制技术 电力传动控制系毓：通过控制电动机电压、 控制理论、信号检 天 电流、频率等输入量，来改变工作机械的转 测与处理技术等多 门学科相互交叉的 矩、速度、位移等机械量，使生产机械按人 〈信3控制理论 综合性学科 们期望的要求运行，以满足生产工艺的需要 图1传动控制及其相关学科 3 电力传动控制系统 第1章绪论 参考书目： 1、《电力施动自动控制系统》阮，陈伯时：机 内容提要： 械工业出版社 。控制系统及其组成 2、《现代交流测速系统》张勇军等；机被工业出 版社 ●控制系统的控制对象 3、《电力传动控制系统》汤天浩主编，机械工业 出版社 控制系统转矩控制规律 4、《电力施动交流调速系统》美泓等；华中理工 大学出版社 生产机械的负载转矩特性
S11电力传动控制系统的基本结构 1控制系统的组成 功率 用以与装型 ·运动控制系统由电动机、功率放大与变换 控制器 电动机及负载 装置、控制器及相应的传感器等构成。 信号处 传感器 知汉领城： 宫号栓测与数据处理技术 图2控制系统组成 (1)控制系统的控制对象一电动机 电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运 动的一种传动方式，由于电力传输和变换的便利，使 。从塞型上分 电力传动成为现代生产机械的主要动力装置：对其控 直流电动机、文流 制系统也就提出更高的要求。” 应电动机（交流异步电动 机)和交流同步电动机。 电力传动控制系统的基本站构如困2所示，一般由电源 。从用论上会 电能变换器、电动机、拉制器、传感器和生产机械 用于调速系统的施动 (负藏)粗成。 电动机和用于阀及系统的 机煤 佣服电动机。 (2)功率放大与变换装置 (③)大脑中枢一控制器 (1)由半控型向全控型发展 。由模拟控制器向数字控制器发展 (2)由低频开关向高频开关发展 )棋拟控制器 (3)由分立的器件向具有复合功能的功率模块 优点：物理橛念清晰、控制信号流向直观 发展，如IPM。 缺点：线路复杂、通用性差； 控制效果受到器件性能、 温度等因系的彩响 PM-内含开关器 K 件、驱动电路、保 护电路、制动电路 并行运行，控制器的滞后时间小
》以撒处理器为核心的数字控制器 (④)信号检测与处理 硬件电路标准化程度高，控制规体现在软件上 修改灵活方便 。信号检测：电压、电流、转速和位置等信号： 有信息存储、数据通信和故障诊断等功能， 。信号转换：电压匹配、极性转换、脉冲整形等 。数据处理：信号滤波等。 串行运行方武，其滞后时间比 棋拟控制器大得多，在设计 系统时应于以考忠 电源门 尝州吃之巴一司一闲=n 2、 电力传动控制系统的分类 根据生产机械的工艺要求，电力传动控制系统 国一】电力传助自助控制系桃的盖本结构 可以分为调速控制系统和位里控制系统两大类。 控制系就的基本工作过准：控制器振据输入的控制指令 1)调速控制系统 (比如：速度载位重指令)，由传感器采果的系统检测信号 这类电力传动控制系统的控制指今为速度给定 (速度、位里、电流和电压等)，经过一定的控制运算给出相 信号，控制器一般为速度调节器、电流调节器等 应的控制信号，通过变流器改变电动机输入的电源（电压、频 再由电动机驱动生产 系统要求电动机按速度指今保持稳定的转速。 相应的控制要运动。 根据所选电动机的不同，调速系统又可分为： 2)位置控制系统 ()直流调速系统一采用直流电动机作为系统 瓢动设备，相应的电源变换器则需选用直流变换器， 这类电力传动控制系统的控制指今为位里给 比如：可控整流器、直流斩波器等： 定信号，控制器由位里控制器、速度拉制器等组成 (2)变流调速系统一采用交流电动机作为系统 系统要求电动机驱动负载按位置指令准确到达指定 驱动器，相应的电源变换器则需选用交流变换器，比 的位里或保持所需的状态。 如：变流调压器、各种变频器等
、直流电动机及其调速方法 S1.2调速系统分类 1直流电动机 自1831年法拉第发现电磁感应定律的100多年米} 直流电动机是利用电碱感应原理将直流电能转换 成机械能的电机称为直流电动机 各种类型的电机不断发明并广泛应用于我们生产和生 活的方方面面。目前，按电机供电电源的不同，大致 可以分为重流电机和交流电机两大夹，其中：交流电 按励磁绕组的供电方式不同，可花直流电动机分为： 机又可根据其工作方式分为同步电机和异步电机。 他励直流电机 并励直流电机 串刚直流电机 复励直流电机 直流电动机的模型及控制 直流电动机的特点： 直流电动机的数学撲型简单，特矩易于控制。 换向器与电刷的位置保证了电粗电流与聘通电 流的解辉，使转矩与电招电流成正比。 1834年直流电动机出现，直流电动机作为调速电 动机的代表，在工业中得到了广泛的应用。 直流电机绕组物座模型 有哪些调速方法？ 2直流电动机调速方油 。直流调速系统的优缺点， 直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系： n=U-IR 。生票优点：调速范国广、静差小、稳定性好，具有 一K 良好的动态性能。 电动势常物· 励磁磁通 ●晶闸管变流装里的应用使直流电力传动发展到了 由上式可以看出，有三种方法可以调电软的牌准 个很高的水平，在要求可逆、可请德与高博皇的传 动领城中，相当长时期内几乎都采用直流电力传动 (1)调节电枢供电电压； 方式。 (2)减弱励联雕通； (③直流调速系统以变压调速为主」
。同题：直流电动机本身存在机梳式换向器和电 这一国有的结构性缺陷，给直流电力待动系统的发 展及应用带来了一系列的限制： 。(3)制造大容量、高转速及高压直流电动机十分 困难：且其测速系妹也更加复杂。 。(1)直流电动机不能在恶劣环境下运行： 。（2)机械式换向器表面线速度及换向电压和电流 目前主要的电力传动设备，特别是在大容量电力传 都有极限容许值，限制了电动机的转速及功率；其 动控制系统中大都采用交流电动机。 极限容量与转速乘积被限制在I0 KW.r/min; 小结 直流电动机的代点： 缺点：结构复杂，带负载的能力差 《)数学棋型简单 (2)转矩易于控制 (》具有息好的起、制动性能 由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比 《)宜于在大范围内平滑调速 较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖 在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广 动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的 泛的应用。 教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系 换向器与电刷的位置保证了电招电流与磁电流的解 统。 幅，使转矩与电枢电流成正比 T=C,I 二、交流电动机及调速方法 变流电动机有异步电动机（即感应电动机）和同步 异步电动机运行时总是有mn,“异步”的名称由此 电动机两大类： 而来。通常把同步转速m,和转子转速之差称为转差， 用特差率表示为 异步电动机是由定子绕组接文流电源后在电机气隙 中形成圆形旋转磁场，由此产生感应电动梦和电感 转子转速 特矩T,旋转磁场的特速为 s=-n 同步转速 n 及对数
舞步电对机的转速表达式 异步电动机调速系统分类 由交流电动机的速度表达式： m=01(1-) 60(1-s 605 调速方老： 。 异步电动机的调速可以从改变交流电源频 )变极对数调速（变) 电机，两度 2)变转差率调速（改变：） 率f小、改变定子绕组的极对数，和改变转差 ()绕线型异步电动机转子回路串电阻调速 率三个方面入手。 《)绕线型异步电动机串纸词速 ()型异步电动机改变定子端电压调速 3)变频调速（改变斯，）一一全控型电力电于器件宽范国 无领变建。 2,同步电功机及其调速方法 三相同步电动机的工作原理是： 同步电动机的定子与三相异步电动机的定子基本 当定子对希绕组通以三相对春电流时，定子绕组就 相同，但是其转子为藏极，需要由直流电源提供励 会产生圆形旋转磁场。其旋转速度为同步转速，。如 电流。同步电动机按转子结构可分为凸极式和隐极式 果转子励磁镜组也通以直流扇磁电流，就在转子中产 两种。 生相应的磁极，其极对数与定子旋转磁场的极对数相 同步电动机又可分为： 同，且保持磁场恒定不变。在两个磁场的共同作用下 ()直流励磁同步电动机 转子放定子旋转曦场率引着以同步转速一起旋转，此 (2》永磁同步电动机 时，转手转速为，即转子以同步转速运行 )阻同步电动权 同步电动机由此而得名。 (④)直线同步电动机 同步电动机 优点 随著电力电子变压变频技术的发展和应用，采用 由于同步电动机转速与电源频率保持严格同步 同步电动机的变压变频调速系统具有与异步电动机一 样优良的控制性能。 只要电源频率保特恒定，同步电动机的转速就绝对不变 与异步电动机相比，同步电动机具有： 不会随负载转矩而变化。因此，同步电动机的机城特 性具有恒转速特性。 功率因数可调、变频器容量小、调速比宽、控制精度 高、抗负载扰动能力强和动态转矩响应快等优，点。 目前，已在许多电力传动场合遥步取代异步电动 除此以 机， 因而同步电动机调速技术成为研究的新方向， 同青电动机的 调速方法？
§13电力传动控制系统的控制规律 在同步电动机的变压变频调速方法中，从颜率 整制的方式来看，可分为： 基本运动方程式 ()他控变频调速： 电转矩鱼酸特矩性转矩系 2)自粒变频测速 自控变频调速是利用转子碱极位里的检测信号 =T-T -DOm-ke dt 来控制变压变频装里换相，类似于直流电动机中 电剩和换向器的作用，因此有时又称作儿向目 de 尼特矩系数机转角 dt 生产机校 忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，简 将转动惯量（飞轮力矩）GD2、转速n 化运动方程式： GD2=4gJ n 600 2元 -T dt 代入，得工程单位制运动方程式 dt GD'dn=T.-T 375dr 0 2) 若T。>T时，dn/dt>0,系统处于加 电力传动系统的转速变化dn/dt(即加速度)由 速状态： 电动机的电磁转矩T。与负载转矩T决定 3)若T。<T时，dn/dt <0,系统处于减 速状态。 1)当T。=T时，dn/dt=0,表示电动机以 一旦dn/dt,则转速将发生变化，我 恒定转速旋转或静止不动，电力传动系统的这种 们把这种运动状态称为动态或过漫状毒。 运动状态被称为静态或稳态： 4 42
转矩控制是电力传动控制的服本恩 ,壁链控制同样重要 为了有效地控制电磁转矩，充分利用电 √要控制转速和转角，最终要控制的就是电动 机铁芯，在一定的电流作用下尽可能产生 机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规 景大的电磁转矩，必须在控制转矩的同时 律变化。 也控制磁通（或磁链）。 43 44 1、恒转矩负载 S1.4生产机械的负载转矩特性 运动方程式 负载转矩的大小 称作恒转 GD'dn =T-T 矩负载 375dr a）位能性恒转 矩负载 生产机械的负载转矩是一个必然存在 D)反杭性恒特 矩负载 的不可控扰动输入。 图1-3恒转矩负载 T=常数 2、恒功率负载 3、风机、泵类负载 负载转矩与转速 。负载转矩与转 成反比，而功率 速的平方成正 为常数，称作恒 比，称作风机 功率负载 泵类负载 7=常数 T.cwccn2 图4恒功率转矩负到 图15风机，系类负载