电力拖动自动控制系统复习参考

10/10功率放大与变换装置有：电机型，电磁型，电力电子型等;电力电子型功率放大与变换装置进展：半控型————全控型;低频————高频开关；分立的器件————具有复合功能的功率模块无视阻尼转矩和扭转弹性转矩，运动掌握系统的简化运动方程式d J mdtddt m

T Te Lm转矩掌握是运动掌握的根本问题。掌握转速和转角，唯一的途径就是掌握电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化生产机械的负载转矩特性：恒转矩负载；恒功率负载；风机、泵类负载负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载TL

常数a〕位能性恒转矩负载：由重力产生，具固定大小和方向b)抵抗性恒转矩负载：大小不变，方向始终与转速反向直流电动机的稳态转速电动机调速方法:1〕转变电枢供电电压U减弱励磁磁通φ转变电枢回路电阻R

nUIRKe在肯定范围内无机平滑调速的系统，以调整电枢供电电压的方式为最好。转变电阻只能有级调速；减弱磁通为无级调速，平滑调速，但调速范围不大，往往只是协作调压。可控直流电源两大类：a相控整流器对应晶闸管整流器-电动机系统(V-M)bPWM变换器-电动机系统(PWM)V-MUcGT输出脉冲的相位——VTudUd的数值晶闸管整流管的特点：用触发脉冲的触发延迟角a掌握整流电压的平均值u有源逆变状态下，掌握触发脉冲延迟角a为π时，发生逆变颠覆！抑制电流脉动的措施：a.增加整流电路相数，或承受多重化技术；b.设置电感量足够大的平波电抗器电流脉动的影响：增加电动机的发热;产生脉动转矩，对生产机械不利晶闸管整流器-电动机系统的机械特性：a0.5π处于整流，a0.5π处于逆变；电流连续区，机械特性硬；电流断续区，机械特性软；抱负空载转速翘得很高；分界限23晶闸管触发和整流装置看成是一个纯滞后环节，滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时电源频率和晶闸管整流器的类型有关。15..晶闸管整流器运行中存在的问题：晶闸管是单向导电的。晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dtdi/dt都格外敏感。晶闸管的导通角变小时会使得系统的功率因数也随之削减，称之为“电力公害16.PWM变换器-直流电动机系统电路原理图左边脉冲电压; 右边直流电由整流得到，VD为续流二极管简洁的不行逆PWM变换器-直流电动机系统电压和电流波形s当 tons枢两端。

g

为正，VT饱和导通，电源电压U

VT加到直流电动机电g当 tontT时，Ug

为负，VT关断，电枢电路中的电流通过续流二极管VD续流，直流电动机电枢电压近似等于零。17稳态，指电动机的平均电磁转矩和负载转矩相平衡的状态机械特性，指平均转速与平均转矩〔电流〕的关系;PWM掌握器与变换器的失控时间与其开关频率有关，为其倒数分之一，pwm变换器不是一个线性环节，而是具有继电特性的非线性环节。调速——在肯定的最高转速和最低转速范围内，有级或无极调速；稳速——加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快；有些机械设备不宜经受猛烈速度变化，则要求起、制动尽量平稳“调速范围”“静差率”称为调速系统的稳态性能指标。1 n 〔1 n max minD表示，即

nnD maxnmina.n a.n max minb.对于少数负载很轻的机械，也可用实际负载时的最高和最低转速N〔2〕当系统在某一转速下运行时，负载由抱负空载增加到额定值所对应的转速降落ΔnNn与抱负空载转速n0

之比，称为静差率s，即

NsnnN0越硬，静差率越小，转速的稳定性就越高！硬度是机械特性的斜率！0机械硬度一样时，n越低，S越高，稳定性越低。调速系统的静差率指标应以最低速时的值为准。20.调速范围、静差率和额定速降之间的关系0n n

n (1s)nsn N n

N

nmin

Nn NsN ss0minDDmaxnmin

min nnNmin

D ns nNNNn〔1-s〕n〔1-1〕NNNN sN对于同一个调速系统，Δn值是定值。NsD也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围题〔1〕某直流调速系统电动机额定转速为n=1430r/min，额定速降Δn=115r/min，当N Ns≤30%s≤20%，则调速范围是多少？10，所能满足的静差率是多少？s≤30%时，允许的调速范围为ND nN

s 14300.3 5.3n (1s) 115(10.3)Ns≤20%，则允许的调速范围只有D 14300.2115(10.2)

3.1假设调速范围到达10，则静差率只能是snN

DnNDnN

10115143010115

0.44644.6%开环调速系统的机械特性为U RIn d0C d

KU RI s c dC Ce e eU 可以实现线性平滑调整故 速也可以实现直流电动机的平滑调速U c d0机的平滑调速！转速降落是由负载引起的 RIn N Ce它制约了开环调速系统中调速范围D和转差率S〔2〕某龙门刨床工作台拖动承受直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，eN1000r/min，承受V-M系统，主电路总电阻R=0.18ΩC=0.2Vmin/r。假设要求调速范围D=20，静差率s≤5%，承受开环调速能否满足？假设要满足这个要求，系统的额定速降Δn最多能有多少？eN解:当电流连续时，V-M系统的额定速降为I R 3050.18n dN =275r/minN C 0.2e开环系统在额定转速时的静差率为ns NN n N N

275 0.21621.6%1000275如要求D20 s5%n

ns 10000.05 2.63r/minNN D(1s) 20(10.05)N无法满足要求！承受反响的缘由：调速范围和静差率是一对相互制约的性能指标，假设既要提高静差RI率又要降低转速，唯一的方法就是降低 nN由电动机参数打算无法转变

；开环额定速降 nN

太大，而且n dN Ce转速闭环掌握可削减转速降落，降低静差率，扩大调速范围！变化或不变在负反响根底上的“检测误差，用以订正误差”这一原理组成的系统，其输出量反响的传递途径构成一个闭合的环路，因此被称作闭环掌握系统N经过测量元件反响到输入端参与掌握！闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流〔或转矩〕间的稳态关系是运动方程的稳态解。闭环静特性形式上与开环机械特性形似，但本质上有很大不同动态响应和稳态解。在动态过程中，从施加给定输入值的时刻开头，到输出到达稳态值以前，是系统的动态响应；系统到达稳态后，可用稳态解来描述系统的稳态特性。比例掌握的直流调速系统开环系统机械特性和比例掌握闭环系统静特性的关系闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多 nn op闭环系统的静差率要比开环系统小得多

clss op

1Kcl 1K假设所要求的静差率肯定，则闭环系统可以大大提高调速范围Dcl

(1K)Dop稳态特性肯定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此，需设置电压放大器和转速检测装置。比例掌握直流调速系统能够削减稳态速降的实质在于它的自动调整作用，在于它能随着负载的变化而相应地转变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化.〔3〕某龙门刨床工作台拖动承受直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，e1000r/minV-MR=0.18ΩC=0.2Vmin/r。es 在题〔2〕中，龙门刨床要求D=20，s≤5%，K=30,α=0.015Vmin/r，C=0.2Vmin/rs 解:上例中求得开环系统额定速降为nop

275r/min为满足闭环系统额定速降须为n

n 275 cl由式〔2-48〕可得K则的

ncl

2.63K K 103.6 46p K/C 300.015/0.2s e即只要放大器的放大系数等于或大于46比较掌握的闭环直流调速系统三个根本特征〔反响掌握的根本规律：比例掌握的反响掌握系统是被调量有静差的掌握系统pK＝常数，开环放大系数K≠∞，反响掌握就只能减小稳态误差，而不能消退它，这样的掌握系统叫做有静差掌握系统，有偏差才有掌握p反响掌握系统的作用是：抵抗扰动,听从给定上的扰动作用，对于给定作用的变化唯命是从。系统的精度依靠于给定和反响检测的精度反响掌握系统不能鉴别给定电压的波动是正常调整，或者是给定电压不应有的电源波动，反响检测装置的误差也是反响掌握系统无法抑制的。pK越大，稳态误差越小，但是闭环调速系统能否正常运行，还要看系统的动态稳定性！对于自动掌握系统，稳定性是正常工作首要条件，必需保证。p题〔4〕在例题〔2〕中，龙门刨床要求D=20，s≤5%，K=30,α=0.015Vmin/r，sC=0.2Vmin/r，承受比例掌握闭环调速系统满足上述要求时，比例放大器的放大系数应当有RR0.18多少？在例题〔3〕中，系统承受的是三相桥式可控整流电路，电枢回路总电阻 电感量为3mH，系统运动局部的飞轮惯量GD260Nm2试判别系统的稳定性！电磁时间常数： TL0.0030.0167sl R 0.18机电时间常数： T GD2R

600.18

0.075sm 375CCe m

3750.2300.2晶闸管装置的滞后时间常数为Ts

0.00167s为保证系统稳定，应满足的稳定条件：T)T2 0.075(0.01670.00167)0.001672K m l TT

s 49.50.01670.00167ls闭环系统的动态稳定性和例题2-3中稳态性能要求 K>103.5是冲突的〔5〕 在上题的闭环直流调速系统中，假设改用全控型器件的 R 0.1 L 1mH K44 kHz

， ，

，PWM开关频率为8 。按同样的稳态性能指标 ，s5，该系统能否稳定？假设对静差率的要求不变，在保证稳定时，系统能够到达的最大调速范围有多少？解：TL0.0010.01sl R 0.1GD2R 600.1T 0.0417 sm 375CCe m

30T 1 0.000125ss 8000T)T2 0.0417(0.010.000125)0.0001252K m l s TT

0.010.000125

339.4ls依据稳态性能指标D 20 s5% 要求n 2.63 r/mincln INR3050.1152.5r/minop Cen

0.2152.5K ncl

1

2.63

157 <339.4PWM调速系统能够在满足稳态性能指标要求下稳定运行ncl

nop1K

152.51339.4

/minD

nNs 10000.05 117cl ncl

(1s) 0.45(10.05)比例积分掌握的无静差直流调速系统：积分掌握可以使系统在无静差的状况下维持恒速运行，实现无静差调速！积分掌握规律和比例掌握规律的根本区分：比例调整器的输出只取决于输入偏差量的现状全部历史。积分调整器到稳态时ΔUn

=0，只要历史上有过ΔUn

，其积分就有肯定数值，足以产生稳态运行所需要的Uc从无静差角度，积分掌握优于比例掌握从掌握快速性上，比例掌握优于积分掌握产生比例积分调整器〔PI〕比例局部能快速响应掌握作用，积分局部则最终消退稳态偏差转速调整器用ASR表示，电流调整器用ACR依据系统开环传递函数中积分环节的数目划分掌握系统的类型：0积分掌握、比例积分掌握的调速系统是Ⅰ型系统稳态误差定义为输入量和反响量的差值，即U(t)U*(t)U(t)Un n nU衡量系统掌握的准确度的是系统对给定输入*的跟随力量n衡量系统抑制干扰力量的是系统抑制负载电流IdL

的抗扰力量阶跃给定输入的稳态误差：在系统稳定的状况下0型系统对于阶跃给定输入稳态有差，被称作有差调速系统；Ⅰ型系统对于阶跃给定输入稳态无差，被称作无差调速系统扰动引起的稳态误差取决于误差点与扰动参加点之间的传递函数。调速系统；0，称作无静差调速系统转速、电流反响掌握直流调速系统的组成在系统中设置两个调整器，分别引入转速负反响和电流负反响以调整转速和电流。把转速调整器的输出当作电流调整器的输入UPE从闭环构造上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。形成了转速、电流反响掌握直流调速系统〔简称双闭环系统双闭环中，只有转速调整器饱和与不饱和两种状况:〔1〕转速调整器不饱和,此时两个调整器都不饱和，稳态时,它们的输入偏差电压都是零〔PI〕(2〕转速调整器饱和nASRnUn

U*输入反向信号，输出小于限幅值，ASRAB段是ASR,ACRI<I,n=nd dm 0BC段是ASR调整器饱和时的静特性，I=I,n<nd dm 0转速、电流反响掌握直流调速系统的动态过程分析：转速波形先是缓慢升速，然后以恒加速上升，产生超调后，到达给定值*。起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调整三个阶段，转速调整器在此三个阶段中经受了不饱和、饱和以及退饱和三种状况。43.双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：饱和非线性掌握转速超调准时间最优掌握44.动态抗扰性能分析：调速系统，最主要的抗扰性能是指抗负载扰动和抗电网电压扰动性能抗负载扰动负载扰动作用在电流环之后，只能靠ASR来产生抗负载扰动的作用抗电网电压扰动电压波动可以通过电流反响得到比较准时的调整，使抗扰性能得到改善转速调整器的作用假设承受PI对负载变化起抗扰作用。其输出限幅值打算电动机允许的最大电流电流调整器的作用〔1〕在转速外环的调整过程中，使电流紧紧跟随其给定电压〔即外环调整器的输出量〕变化。对电网电压的波动起准时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消逝，系统马上自动恢复正常沟通拖动掌握系统的应用领域一般性能调速和节能调速高性能的沟通调速系统和伺服系统特大容量、极高转速的沟通调速按转差功率将异步电动机的调速系统分成三类：转差功率消耗型调速系统，代表为转子串电阻和定子降压调速转差功率馈送型调速系统，代表为串级调速转差功率不变型调速系统，代表为变极对