现代电力传动系统课件

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1、现代电力传动系统教材：汤天浩.电力传动控制系统.机械工业出版社，2010.4陈伯时.电力拖动自动控制系统（第4版）.机械工业出版社，2010.1现代电力传动系统第1章绪论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低频开关向高频开关发展分立的器件向具有复合

2、功能的功率模块发展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。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）结构简单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

3、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第2章转速反馈控制的直流调速系统现代电力传动系统内容提要直流调速系

4、统用的可控直流电源稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性转速反馈控制的直流调速系统直流调速系统的数字控制转速反馈控制直流调速系统的限流保护直流电动机的稳态转速式中n——转速（r/min）;U——电枢电压（V）；I——电枢电流（A）；R——电枢回路总电阻(Ω）；φ——励磁磁通（Wb）；Ke——由电机结构决定的电动势常数。调节直流电动机转速的方法（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。2.1直流调速系统用的可控直流电源晶闸管整流器-电动机系统直流PWM变换器-电动机系统2.1.1晶闸管整流器-电动机系统图2－1晶闸管整流器

5、-电动机调速系统（V-M系统）原理图在理想情况下，Ud和Uc之间呈线性关系：（2-1）式中，Ud——平均整流电压，Uc——控制电压，Ks——晶闸管整流器放大系数。2．电流脉动及其波形的连续与断续在整流变压器二次侧额定相电压u2的瞬时值大于反电动势E时，晶闸管才可能被触发导通。导通后如果u2降低到E以下，靠电感作用可以维持电流id继续流通。由于电压波形的脉动，造成了电流波形的脉动。图2-3带负载单相全控桥式整流电路的输出电压和电流波形在Id上升阶段，电感储能；在Id下降阶段，电感中的能量将释放出来维持电流连续。图2－4V-M系统的电流波形(a)电流连续图2－4V-M系统的电流波形（b）电流断

6、续当负载电流较小时，电感中的储能较少，等到Id下降到零时，造成电流波形断续。抑制电流脉动的措施（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。3．晶闸管整流器-电动机系统的机械特性当电流波形连续时，V-M系统的机械特性方程式为（2-7）式中，Ce——电动机在额定磁通下的电动势系数图2-5电流连续时V-M系统的机械特性图2－6V-M系统机械特性在电流连续区，显示出较硬的机械特性；在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。4．晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。在设计调速系统时，只能在一定的工作范围内近似地看

7、成线性环节，得到了它的放大系数和传递函数后，用线性控制理论分析整个调速系统。放大系数的计算图2-7晶闸管触发与整流装置的输入输出特性和Ks的测定（2-12）失控时间和纯滞后环节滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。失控时间是个随机值。最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。图2－8晶闸管触发与整流装置的失控时间最大失控时间(2-13)平均失控时间式中，f——交流电源频率