控制理论基础（II）

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1、控制理论基础(II)交通大学精品课程系列2007课程负责人：杨汝清教授曹其新教授顾问：王显正教授4.1异步电动机的调速方法4.2电气调速概述4.3电动机的调速类型4.4调速的性能指标4.5交流调速4.6晶闸管逆变电路4.7交流电动机的变频调速一异步电动机的调速二控制电路的设计4.8电力拖动方案确定原则和电动机的选择4.9控制线路的设计及元件的选择4.10控制线路设计举例4.1异步电动机的调速方法常用的调速方法：1机械有级或无级调速2机械与电气结合的有级或无级调速3电气无级调速一异步电动机的调速4.2电气调速概述调速与稳速A1->A2->A3时，n1->n2->n3开环调速系统结构闭环调速系统结

2、构4.3电动机的调速类型1）直流2）交流电机转速公式n=(1-s)60f/p调速方法：A)变极对数：（有级调速）B）变转差率：若为绕线式电动机，可通过调节定子绕组电压实现，组成串级调速系统C）变电源频率从调速的特性分类恒功率调速恒转矩调速P=KmTNP功率T转矩N转速Km与电机结构和特性有关的常数4.4调速的性能指标1）调速的性能指标DD=Nmax/Nmin2)调速的平滑性相邻两个转速之比越接近1越好3）静差度s衡量，转速随负载变动程度的指标s越小越好相同的空载转速，硬度高，s小4）调速的经济性，综合考虑4个指标4.5交流调速（一）交流调速的类型n＝（1－s）60f/p变极调速：鼠笼式异步电动

3、机改变定子绕组的极对数P改变定子绕组的联接另设绕组有级（2）变转差率调速绕线式异步电动机转子串电阻转子电路引入附加电势的串级调速电磁离合器滑差调速无级调速（3）变频调速交－交变频器交－直－交电压源型变频器交－直－交电流源型变频器脉宽调制型逆变器矢量控制按晶闸管分类调节定子电压串级调速系统用晶闸管组成静止变频器4.6晶闸管逆变电路逆变：直流→交流无源逆变：不反馈给交流电网而是供给交流负载1逆变器工作原理逆变器工作原理a)原理线路b)波形c)晶闸管组成的逆变器逆变器的换流强迫换流原理图要求：任一瞬时，每个桥臂上只能有一个SCR导通，另一个必须截止，晶闸管一般加反相电压关断。强迫换流过程：令SCR1

4、通，SCR2断，uc充电（左负右正）。令SCR1断，SCR2通。SCR1关断时间tg。uc加反压至SCR1，强迫换流，加反压时间为t，要求t>tg，反之一样。实际应用上述电路还要改进.GTO：控制极上加负向电流4.7交流电动机的变频调速主要应用对象：鼠笼式异步电动机<交－直－交>1电压型（电容滤波）2电流型（电感滤波）<交－交>交－直－交变频调速系统1电压型变频器组成：可控整流器、滤波器、逆变器缺点：功率因数低，动态响应慢电压型变频器基本结构控制逆变器换流触发脉冲的相位，就能改变交流电的频率三相桥式逆变电路2脉冲宽度调制型变频器脉冲宽度调制型变频系统交流->(整流)->直流->正弦波PWM（

5、改变正弦波的频率和幅值）正弦波脉冲调制二控制电路的设计一设计的基本原则、内容和步骤<自学>4.8电力拖动方案确定原则和电动机的选择（一）电力拖动方案确定原则1首选笼型异步电动机其次才考虑直流或交流无级调速系统2拖动方案的选择：（1）调速范围D=2~3,调速级数小于2～4选择可变极数的双速或多速笼型异步电动机（2）调速范围D=3~10，采用带滑差电磁离合器的笼型～（3）调速范围D=10~100，采用晶闸管直流或交流调速拖动系统3调速性质应与负载特性相适应例如：车床主运动要恒功率进给运动要恒转矩双速笼型异步电动机，定子绕组1）三角形变为YY恒功率2)Y->YY恒转矩(2)电动机的选择1电动机结构形

6、式的确定普通电动机一般防护电动机封闭式电动机防爆式电动机电动机容量的选择电动机的功率＝机械传动功率/效率效率（0.6~0.85）3笼型异步电动机转速的选择一般情况下选同步转速为1500RMP的电动机原因：适应性较强，功率因数和效率较高4笼型异步电动机的系列和技术参数Y系列几种表示：380V,接法写△：表示定子绕组的额定线电压为380V，接法为△380V/220V，Y/△:表示电源线电压为380V时，接法为Y；电源线电压为220V时，接法为△4.9控制线路的设计及元件的选择避免“临界竞争和冒险现象”的产生KT延时时间到－>KT常闭触点断－>KT线圈失电－>KT常开触点失控原因：KT线圈断电后，磁

7、场不能突变为零，衔铁复位需要时间解决方法：KM2的常闭触点代替KT的常闭触点图2－40典型的临界竞争电路图2－41改进后的电路其它注意点：1尽量减少元件触点数目2合理安排电器元件的触点位置3尽量减少电器线路的电源种类4尽可能选用同一型号规格的元件5尽可能减少通电电器的数量电器元件选择注意:1根据功能选择类型例子见P362承载能力及使用寿命3工作环境（防水？防爆？）4可靠性1组合开关、按钮及行程开关