电力拖动 第1章 绪论学习资料

电力拖动自动控制系统

—运动控制系统第1章绪论学时安排绪论2学时直流调速12、10学时交流调速28、22学时实验8学时，共3个：直流单闭环1个、交流综合实验1个（4学时）、矢量控制系统仿真实验1个－－总计48、40学时，3、2.5学分内容提要运动控制系统及其组成运动控制系统的历史与发展运动控制系统转矩控制规律生产机械的负载转矩特性现代运动控制技术电机学、电力电子技术、微电子技术、计算机控制技术、控制理论、信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科。图1-1运动控制及其相关学科1.1运动控制系统及其组成

图1-2运动控制系统及其组成运动控制系统的控制对象——

电动机从类型上分直流电动机、交流感应电动机（交流异步电动机）和交流同步电动机。从用途上分用于调速系统的拖动电动机和用于伺服系统的伺服电动机。运动控制系统的功率放大与变换装置电力电子型功率放大与变换装置半控型向全控型发展

(晶闸管→GTO、GTR、SIT、IGBT、IGCT)

低频开关向高频开关发展（普通电力二极管1KHz以下→GTO10KHZ→SIT100MHz

）分立的器件向具有复合功能的功率模块发展

（电力二极管、晶闸管→

PM、IPM、PIC）运动控制系统的控制器模拟控制器 物理概念清晰、控制信号流向直观 控制规律体现在硬件电路 线路复杂、通用性差 控制效果受到器件性能、温度等因素的影响运动控制系统的控制器以微处理器为核心的数字控制器 硬件电路标准化程度高 控制规律体现在软件上，修改灵活方便 拥有信息存储、数据通信和故障诊断等功能运动控制系统的控制器模拟控制器

并行运行，控制器的滞后时间小。微处理器数字控制器

串行运行方式，其滞后时间比模拟控制器大得多，在设计系统时应予以考虑。运动控制系统的信号检测与处理信号检测电压、电流、转速和位置等信号信号转换电压匹配、极性转换、脉冲整形等数据处理信号滤波1.2运动控制系统的历史与发展电力电子技术和微电子技术带动了新一代交流调速系统的兴起与发展，打破了直流调速系统一统高性能拖动天下的格局。进入21世纪后，用交流调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。1.2运动控制系统的历史与发展直流调速系统 直流电动机的数学模型简单，转矩易于控制。 换向器与电刷的位置保证了电枢电流与励磁电流的解耦，使转矩与电枢电流成正比。缺点：电动机单机容量、最高电压、最高转速、过载能力等主要技术指标受机械换向约束。1.2运动控制系统的历史与发展交流调速系统 交流电动机（尤其是笼型感应电动机）没有电刷、换向器，结构简单，运行可靠、使用寿命长、维护方便。 交流电动机动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质，比直流电动机复杂得多。交流调速系统基于稳态模型的交流调速系统转速开环的变压变频调速转速闭环的转差频率控制系统动态性能无法与直流调速系统相比交流调速系统基于动态模型的交流调速系统矢量控制系统直接转矩控制系统动态性能良好，取代直流调速系统1.2运动控制系统的历史与发展同步电动机交流调速系统 同步电动机的转速与电源频率严格保持同步，机械特性硬。电力电子变频技术的发展，成功地解决了阻碍同步电动机调速的失步和启动两大问题。1.3运动控制系统的转矩控制规律

运动控制系统的基本运动方程式忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运动控制系统的简化运动方程式1.3运动控制系统的转矩控制规律

转矩控制是运动控制的根本问题要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。1.3运动控制系统的转矩控制规律

磁链控制同样重要为了有效地控制电磁转矩，充分利用电机铁芯，在一定的电流作用下尽可能产生最大的电磁转矩，必须在控制转矩的同时也控制磁通（或磁链）。1.3运动控制系统的转矩控制规律

1.4生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩是一个必然存在的不可控扰动输入。归纳出几种典型的生产机械负载转矩特性，实际负载可能是多个典型负载的组合，应根据实际负载的具体情况加以分析。恒转矩负载

负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载（如输送带等负载）

a）位能性恒转矩负载

b)反抗性恒转矩负载图1-3恒转矩负载

位能性转矩负载：负载转矩TL的极性不随转速方向的改变而改变。因此，恒转矩负载根据负载转矩的方向与旋转方向有关。位能性恒转矩负载特性画在一、四象限，起重类型负载中的重物多属这类负载。反抗性恒转矩负载：这类负载多数呈反抗性的，即负载转矩TL的极性始终与转速方向相反。反抗性恒转矩负载特性画在一、三象限内，这类负载有金属的压延机构，机床的平移机构等。恒功率负载负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载图1-4恒功率转矩负载

比如机床主轴和轧机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷取机、开卷机等要求的转矩，大体与转速成反比，这就是所谓的恒功率负载。负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，转矩不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。风机、泵类负载

负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载图1-5风机、泵类负载分析思考负载分恒转矩、恒功率性质，为充分利用电动机容量，通常应该采用与负载性质一直的调速方法。例如：对恒转矩负载，电机调速方法相应的应该为恒转矩调速方式。分析思考：如果对恒转矩负载采用恒功率调速方式，电机转速将会出现什么变化？我国应用现状我国电网的总负荷中，动力负荷约占60％；其中异步电动机负荷约占总负荷85％。关于节能－－工企中大量使