绪论(电力拖动自动控制系统)

第一节1.触发脉冲相位控制2.电流脉动及其波形的连续与断续3.晶闸管整流器-电动机系统的机械特性4.晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数5.晶闸管整流器运行中存在的问题第二节1.PWM变换器的工作状态和电压、电流波形2.直流PWM调速系统的机械特性3.PWM控制器与变换器的动态数学模型4.直流PWM调速系统的电能回馈和泵升电压第一章www.cmpedu.com第三节1.调速范围2.静差率3.调速范围、静差率和额定速降之间的关系第四节1.转速反馈控制直流调速系统的静特性2.转速反馈控制直流调速系统的动态数学模型www.cmpedu.com

控制理论图1-1

运动控制及其相关学科处理技术信号检测与计算机

控制

技术电力电

子技术微电子

技术www.cmpedu.com运动

控制电机学知识领域:信号检测与数据处理技术图1-2运动控制系统及其组成知识领域:电力电子与功率变换技术知识领域:电机原理与模型知识领域:控制理论+控制器功率放大与变换装置www.cmped电动机及负载信号处理传感器①m,nO

T₁

O

T₁a)b)图1

-

3

恒转矩负载特性a)

位能性恒转矩负载

b)

反抗性恒转矩负载www.cmpedu.com0m,n图1-4

恒功率负载特性Om,N图1-5

风机、泵类负载特性www.cmpedu.comOm,n3)改变电枢回路电阻R。系统(V-M系统)原理图大

+1.触发脉冲相位控制RIa图2-2V-M系统主电路的等效电路图十Ewww.cmpedUaoL1.触发脉冲相位控制整流电路单相全波三

相

半

波三相桥式(全波)U。√2U√EU√6Um236U0.9U

cosa1.17U,cose2.34U

cose表2-1

不同整流电路的整流电压波峰值、脉冲数及平均整流电压2.电流脉动及其波形的连续与断续1)增加整流电路相数,或采用多重化技术；2)设置电感量足够大的平波电抗器。o-图2-3带R-L-E负载单相全控桥式整流电路的输出电压和电流波形①t2.电流脉动及其波形的连续与断续www.cmped2.电流脉动及其波形的连续与断续图2-4V-M系统的电流波形a)

电流连续

b)电流断续Nla图2-

5电流连续时V-M

系统的机械特性3.晶闸管整流器-电动机系统的机械特性www.cmped(箭头方向表示α增大)3.晶闸管整流器-电动机系统的机械特性图2-7、晶闸管触发与整流装置的

输入-输出特性和的

测

定Uc4.晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数图2-8

晶闸管触发与整流装置的失控时间www.cmped整流电路形式最大失控时间T.…/ms平均失控时间T./ms单相半波单相桥式(全波)三相半波三相桥式20106.673.331053.331.674.晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数表2-2

晶闸管整流器的失控时间(f=50Hz)4.晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数b)图2-9,晶闸管触发与整流装置动态结构框图

a)准确的时滞环节

b)近似的

一

阶惯性环节Uc(s)Ks

e-TssUc(s)7Uao(s)Uao(s)a)1)晶闸管是单向导电的,它不允许电流反向,给电动机的可逆运行带来困难。2)晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感,其中任一指标超过允许值都可能在很短的时间内损坏晶闸管。3)晶闸管的可控性是基于对其门极的移相触发控制,在较低速度运行时,晶闸管的导通角很小,使得系统的功率因数也随之减少,在交流侧会产生较大的谐波电流,引起电网电压的畸变,被称为“电力公害”。5.晶闸管整流器运行中存在的问题4)若与快速响应的电动机配合,则系统频带宽,动态响应快,动态抗扰能力强；5)电力电子开关器件工作在开关状态,导通损耗小,当开关频率适当时,开关损耗也不大,因而装置效率较高；6)直流电源采用不控整流时,电网功率因数比相控整流器高。5.晶闸管整流器运行中存在的问题www.cmpedu.com图2-10简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统a)电路原理图b)电压和电流波形—直流电源电压,C—滤波电容器,VT—电力电子开关器件VD—续流二极管M—直流电动机1.PWM变换器的工作状态和电压、电流波形1.PWM变换器的工作状态和电压、电流波形图2-11

有制动电流通路的不可逆PWM变换器-直流电动机系统

a)电路原理图

b)

一般电动状态的电压、电流波形c)

制动状态的电压、电流波形d)轻载电动状态的电流波形www.cmpedu.comu,-d)b)c)期间工作状态0～L。L.～T0~t～L1~~T一般电动状态导通器件电流回路电流方向VT:1+VD2+制动状态导通器件电流回路电流方向VD₂4VT:3轻载电动状态导通器件电流回路电流方向VD₁4VT,VD₂VT₂31.PWM变换器的工作状态和电压、电流波形表2-3

二象限不可逆PWM变换器在不同工作状态下的导通器件和电流回路与方向机械工业出版社CHINA

MACHINE

PRESSwww.cmpedu.com4-24nknosY=10.75nosγ=0.750.5nosY=0.50.25nosY=0.25〇图2-12直流PWM调速系统(电流连续)的机械特性2.直流PWM

调速系统的机械特性-la,-Te机

械

工

业

出

版

社CHINA

NACHINE

PRESSla,TePWM控制器图2-13

PWM控制器与变换器的框图3.PWM控制器与变换器的动态数学模型PWM

变换器UgUaUc1)调速:在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地(有级)或平滑地(无级)调节转速；2)稳速:以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；3)加、减速:频繁起动、制动的设备要求加速、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动、制动尽量平稳。4.直流PWM调速系统的电能回馈和泵升电压1.调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比称为调速范围,用字母D表示www.cmpedu.com2.静差率图2-14

不同转速下的静差率www.cmped在要求s≤30%时,允许的调速范围为1)忽略各种非线性因素,假定系统中各环节的输入-输出关系都是线性的,或者只取其线性工作段；2)忽略控制电源和电位器的内阻。3.调速范围、静差率和额定速降之间的关系十(O-Uc

十UPEM图2-15

开环调速系统的结构原理图在要求s≤30%时,允许的调速范围为UdlaR—UaoKs十图2-16

开环调速系统稳态结构图2)忽略控制电源和电位器的内阻。www.cmpedUcCcN+Md-O-—十n³+tg图2-18带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图1.转速反馈控制直流调速系统的静特性la

十AuUPEUe+O-A十十n*—1.转速反馈控制直流调速系统的静特性Ks

Kp

ac)图2-19_转速负反馈闭环真流调速系统