电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt1-2,3直流拖动控制系统

1、1 .直流拖动操纵系统、电力拖动自动控制系统、第1篇、第2篇、本章中为1.1直流调速系统用的可控制的直流电源1.2晶体闸流管-电滚子系统(V-M系统) 的主要问题1.3直流脉冲宽度调速系统的主要问题1.4种子文件反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设定修订1.5种子文件反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设定修订1.6比例积分控制规则和无静差调速系统，3，本节的要点2 .晶体闸流管电机系统的机械特性问题，数学模型。 难点：晶体闸流管电动机系统数学模型，4，1.2晶体闸流管电动机系统(V-M系统)主要问题，(1)脉冲相位控制(2)电流脉动及其波形的连续和断续(3)抑制电流脉动的措施(4)晶体闸流

2、管电动机图1-3的晶体闸流管控制整流器供电的直流调速系统(V-M系统)，6， 六， 1.2.1*触发脉冲相位控制是在图的控制整流电路中，通过调节触发装置GT的输出脉冲的相位，能够容易地改变控制整流器VT的输出瞬时电压ud的波形和输出平均电压ud的波形，7、等效电路解析、图1-7 V-M系统主电路的等效电路图， 如果整流器的内阻移出装置，并被视为负载电路电阻的一部分，则整流电压可以由理想的无负载瞬时值ud0和平均值ud0表示，并且相当于用图示的等效电路代替实际的整流电路。 对8、瞬时电压平衡方程、(1-3)、9、ud0进行积分，作为理想的无负载整流电压平均值ud0。 根据触发脉冲的相位角控制整流

3、电压的平均值Ud0是晶体闸流管整流器的特征。 Ud0和触发脉冲的相位角的关系根据整流电路的形式而不同，但在一般的全特罗尔整流电路中，电流波形连续时，Ud0=f ()可以由下式表示，10、整流电压的平均值校正运算、(1-5)、11、表1-1是不同的整流电路，12、整流和0时，晶体闸流管装置处于整流状态，电力从交流侧向直流侧输送/2 max时，ud0、装置处于有源逆变器状态，电力被反转。 为了避免变频器，请设置最大的移相角限制。 相位控制整流器的电压控制曲线如下图所示，通过设置13、逆变极限、控制电压限制值来限制最大触发角。14、1.2.2*电流脉动及其波形的连续和断续，由于电流波形的脉动，可能发

4、生电流连续和断续两种情况，这是V-M系统与G-M系统不同的另一个特征。 在V-M系统主电路中有一盏茶的电感量量，且电滚子的负载也对一盏茶大的情况下，整流电流具有连续的脉动波形。 在电感量量小的情况和负荷轻的情况下，在某相导通后的电流上升的阶段，电感量中的储藏少电流下降，到下一相不触发器为止电流衰减为零，电流波形中断。15、V-M系统的主电路的输出、图1-9 V-M系统的电流波形、16、1.2.3*抑制电流脉动的措施，在V-M系统中，为了避免或减轻这种影响，需要采取抑制电流脉动的措施，主要是增加设置平波电抗器的整流电路的相数17、(1)平波电抗器的设置和校正、单相电桥全控特罗尔整流电路三相半波整

5、流电路三相桥式整流电路、(1-6)、(1-8)、(1-7)、18、(1-7)19、1.2.4晶体闸流管-电动机系统的机械特性、电流连续时，V-M系统的机械特性方程式是式中的Ce=KeN电动机在额定磁通下的电动势系数。 式(1-9)等号右边的Ud0式的适用范围如1.2.1节所述。 在(1-9)、20、(1)电流连续的情况下，改变控制角而得到家族平行直线，这一点如图1-10所示，与G-M系统的特性非常相似。 图中电流小的部分用折断线描绘表示此时电流波形有可能中断，式(1-9)不再适用。21、在上述分析中，只要电流连续，晶体闸流管可控整流器可被视为线性可控电压源。 22、电流断续时，由于非线性，机械

6、特性方程相当复杂。 以由三相半波整流电路构成的V-M系统为例，电流断续时的机械特性由以下的方程式组表示，(1-10 )式中一个电流脉冲的导通角。 (2)电流断续时，(23 )电流断续机械特性修正运算，阻抗角值已知时，对于不同的控制角，用数值解法求出一族电流断续时的机械特性。 对于各个特性，求解过程修正到=2/3，因为角进一步增大时电流连续。 对应于=2/3的曲线是电流断续区域和连续区域的界限线。 24、图1-11的完整V-M系统机械特性、(4)V-M系统机械特性、25、(5)V-M系统机械特性的特征、图1-11是完整的V-M系统机械特性，由图可知，电流连续时特性硬的断续段的特性柔软且呈现显着的

7、非线性，是理想的、26、1.2.5晶体闸流管触发和整流装置的放大率和传递函数，在进行调速系统的分析和设定校正时，可将晶体闸流管触发和整流装置作为系统的一部分。 应用线性控制论进行直流调速系统的分析和设定校正时，需要事先求出该环节的放大率和传递函数。 27、实际的触发电路和整流电路都是非线性的，在一定的工作范围内只能看作是大致线性的网络链接。 如果可能，希望通过实验测量该网络链接的投入产出特性，即曲线，图1图13是使用锯齿波触发进行移相时的特性。 在设定修正时，调速范围整体的动作点在特性的大致直线的范围内，优选具有一定的调节馀量。 28、晶体闸流管触发和整流装置的放大率的校正计算、(1-11 )

8、、晶体闸流管触发和整流装置的放大率可以由动作范围内的特性斜率决定，校正计算方法29、晶体闸流管触发和整流装置的放大率估计，不能实测特性就必须用装置的残奥表估计。 例如，如果将与Uc=010V对应的整流电压的变化范围设为Ud=0220V，则由于ks=220/10=22， 成为30，关于晶体闸流管触发和整流装置的传递函数，在动态过程中，如果能够将晶体闸流管触发和整流装置看作单纯的迟滞现象的晶体闸流管一旦接通，则在该去老虎钳断开之前控制电压的变化不工作，输出整流电压变化，直到下一相的触发脉冲到来为止，控制电压变为、31、(1)晶体闸流管触发和整流失控时间分析、32、(2)最大失控时间修正计算，明显失

9、控时间是随机的，其大小根据变化的时刻而变化，最大可能失控时间是2个相邻的自然相点之间的时间，在与交流电源频率和整流电路形式相关的表1-2中显示了不同整流电路的失控时间。如果用表1-2的各种整流电路的失控时间(f=50Hz )、34、单位阶跃函数表示迟滞现象，则晶体闸流管触发器和整流装置的投入产出关系为基于拉尔斯变换的位移定理，晶体闸流管装置的传递函数为(1-14 )、(4)为了简化传递函数，如果先用梯度级数展开该指数函数，则用式(1-1) 是(1-15 )、36、(5)近似传递函数，考虑到Ts较小，如果可以忽略高次项，则传递函数近似于一次惯性网络链接。 (1-16 )、37、(6)晶体闸流管触

10、发和整流装置的动态结构、38、1.3直流脉冲宽度调速系统的主要问题是，全特罗尔型电力电子老虎钳问世后，出现了采用调光控制模块(PWM )的射频波开关控制方式的调光控制模块变换器-直流电机调速系统，39； 本节介绍了(1)PWM变换器的工作状态和波形；(2)直流PWM调速系统的机械特性；(3)PWM控制和变换器的数学模型；(4)电力再生和泵浦电压的限制。 40、本节要点1 .可逆PWM变换器2 .调速系统的开环机械特性。 重点是难点：不可逆和可逆PWM变换器的控制模式、主电路续流分析。 41、1.3.1PWM变换器的工作状态和电压、电流波形、PWM变换器的作用是：用PWM调制的方法，将一定的直流

11、电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列，改变平均输出电压的大小，可以调节电动机运行数。 PWM变换电路有多种形式，主要分为不可逆和可逆两种，各自的工作原理如下所述。42、1 .不可逆PWM变换器、(1)简单的不可逆PWM变换器简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统主电路原理图如图1-16所示，电力开关解老虎钳是任意的全特罗尔型开关解老虎钳，这样的电路也被称为直流降压斩波43、主电路结构、2、1、44、动作状态和波形在1个开关周期内，0 t ton时，Ug为正、VT导通，电源电压通过VT施加到电动机电枢两端的tont时，Ug为负，VT断开，电枢失去电源，经由VD继续流动45、在电动机两

12、端得到的平均电压在(1-17 )式中=ton/T是PWM波形的占空比，输出电压方程式，通过改变(0 1 )能够调节电动机的转速，在将=Ud/Us设为PWM电压系数时需要刹车器的情况下，如图1-17a所示的双重管VT1导通时流过正向电流id，VT2导通时流过id。 还有，因为该电路还没有可逆，平均电压Ud没有改变极性，所以只能在第1、第2象限中动作。 47，图1-17a刹车器电流路径的不可逆PWM转换器，主电路构成，m，、的、1-17a电流路径的不可逆PWM转换器，m，、m，、的、电、电、电、电、电、电、电、电、电、电、电、电、电VT1，Ug1，Ug1，48，工作状态和波形，一般电动状态在一般电

13、动状态下总是正值(其正方向如图1-17a所示)。 将ton作为VT1的on时间，1个周期有2个会话。 在0 t ton期间，Ug1为正，VT1为开，Ug2为负，VT2为关。 此时，将电源电压Us施加到电枢的两端，并且电流id沿着图中的电路1流动。 49、关于一般的电动状态(继续)，在ton t T期间，Ug1和Ug2都改变极性而使VT1截止，但VT2不能立即导通。 这是因为，id沿着电路2经由二极管VD2持续流过，在VD2的两端产生的电压降对VT2施加逆压，有可能失去导通。 因此，实际上VT1和VD2交替导通，在电路中增加1个电源开关元件，但使用。50、输出波形：一般电动状态的电压电流波形与单

14、纯的不可逆电路波形(图1-16b )完全相同。 b )一般的电动状态的电压电流波形、51、动作状态和波形(继续)、制动状态在制动状态下id为负值，VT2工作。 这是在电动运行中需要降低大头针时发生的。 此时，首先减小控制电压，关闭Ug1的正脉冲，加宽负脉冲，并且降低平均电子电压Ud。 但是，由于机电惯性，转速和反电动势e还没有变化，引起E Ud的局面，立刻反转电流id，截止VD2，VT2开始导通。 52、刹车器状态的一个周期可分为两个动作阶段：0 t ton期间，VT2断开，id沿着电路4经由VD-1继续流动，当在电源再生刹车器时，向云同步，VD-1两端的电压降夹着VT1不能导通。 在ton

15、t T期间，当Ug2为正时，VT2导通，反向电流id沿着电路3流动，产生能源消费刹车器作用。 因此，在制动状态下，VT2和VD1交替导通，VT1总是截止，此时的电压和电流波形在图1-17c中表示。 53、c )制动状态的电压电流波形、54、动作状态和波形(接着)、轻负载电动状态有轻负载电动状态，此时由于平均电流小，因此在切断后的继续流动时没有达到周期t，电流衰减为零，因此55、输出波形、d )轻负载电动状态的电流波形、56、轻负载电动状态， 1周期被分为4个阶段：第1阶段、VD1连续流、电流id在沿着电路4流动的第2阶段中，VT1导通，电流id沿着电路1流动的第3阶段、VD2连续流、电流id在沿着电路2流动的第4阶段中，VT2导通，电流id沿着电路3流动。 57、1、4阶段(电路4、3 )中，电机中流过负方向的电流，电机在制动状态下动作的2、3阶段(电路1、2 )中，电机中流过正方向电流，电机在电动状态下动作。 因此，轻负载时，可在正负方向之间使电流脉动，平均电流与负载电流相等。 58、小结、表1-3二象限有损PWM