电力传动控制系统——运动控制系统 教学课件 作者 汤天浩 主编z 第01章 电力传动控制系统的基本结构与组成.ppt

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1、第1章电力传动控制系统的基本结构与组成1.1电力传动控制系统的基本结构和共性问题1.2电动机的主要类型与调速方法1.3电力电子变流器的结构与类型1.4系统检测方法1.5系统的控制与分析方法1本章是全书的基础，首先以电动机、电源变换装置、传感器和控制器构成电力传动控制系统的一般结构，然后从系统组成的角度，讨论传动控制系统的共性问题：电源变换，状态检测、辨识和估计，以及控制方法等。使读者对后续课程的学习以及传动控制需要解决的基本问题有一个全局的了解。21.1电力传动控制系统的基本结构和共性问题1.1.2电力传动控制系统的共性问题1.1.1电力传动控制系统的组成与分类3

2、1.1.1电力传动控制系统的组成与分类电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式，由于电力传输和变换的便利，使电力传动成为现代生产机械的主要动力装置。电力传动控制系统的基本结构如图1-1所示，一般由电源、电能变换器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成。45电力传动控制系统的基本工作原理是，控制器根据输入的控制指令（比如：速度或位置指令），由传感器采集的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经过一定的控制运算给出相应的控制信号，通过变流器改变输入的电源（电压、频率等）使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动，故

3、又称为运动控制系统。6根据生产机械的工艺要求，电力传动控制系统可以分为调速控制系统和位置控制系统两大类。1．调速控制系统这类电力传动控制系统的控制指令为速度给定信号，控制器一般为速度调节器、电流调节器等，系统要求电动机按速度指令保持稳定的转速。7根据所选电动机的不同，调速系统又可分为：(1)直流调速系统——采用直流电动机作为系统驱动器，相应的电能变换器则需选用直流变换器，比如：可控整流器、直流斩波器等；(2)交流调速系统——采用交流电动机作为系统驱动器，相应的电能变换器则需选用交流变换器，比如：交流调压器、各种变频器等。82．位置控制系统这类电力传动控制系统的控制指

4、令为位置给定信号，控制器由位置控制器、速度控制器等组成，系统要求电动机驱动负载按位置指令准确到达指定的位置或保持所需的姿态。91.1.2电力传动控制系统的共性问题虽然电力传动控制系统种类繁多，但根据图1-1所示的系统基本结构，我们可以提炼出研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题：(1)电动机的选择——电力拖动系统能否经济可靠地运行，正确选择拖动电动机至关重要。应根据生产工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等，然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的选择和校验。10(2)变流技术研究——由于电动机的控制是通

5、过改变其供电方式来实现的，比如：直流电动机的正反转控制需要改变其电枢电压或励磁电压的方向，而调速需要改变电枢电压或励磁电流的大小；交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频率，因此，电能变换是实现电力传动系统的核心技术之一。11(3)系统的状态检测方法——状态检测是构成系统反馈的关键，根据反馈控制系统的原理，对于电力传动控制系统需要根据需要实时检测系统的各种状态，比如：电压、电流、频率、相位、磁链、转矩、转速或位置等。因此，研究系统状态检测和观测方法是提高电力传动控制性能的重要课题。12(4)控制策略和控制器的设计——从控制系统角度，任何自动控制系统的核心都是控制方法

6、的研究和控制策略的选择，电力传动控制系统也不例外。根据生产工艺要求，研发或选择适当的的控制方法或策略是实现电力传动系统自动控制主要问题。131.2电动机的主要类型与调速方法1.2.1直流电动机及其调速方法1.2.2交流电动机及其调速方法14自1831年法拉第发现电磁感应定律的100多年来，各种类型的电动机不断发明并广泛应用于我们生产和生活的方方面面。目前，按电动机供电电源的不同，大致可以分为直流电动机和交流电动机两大类，其中：交流电动机又可根据其工作方式分为同步电动机和异步电动机。151.2.1直流电动机及其调速方法利用电磁感应原理将直流电能转换成机械能的电机称为直

7、流电动机。直流电动机具有调速范围广且平滑，起、制动转矩大，过载能力强，易于控制的优点，常用于对调速有较高要求的场合。16在直流电动机中，由定子励磁线圈通电所产生的主磁场也称为励磁磁场。按励磁绕组的供电方式不同，可把直流电动机分成他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机和复励直流电机四种。采用不同的励磁方式，直流电机的运行特性有很大差异。由于他励直流电机具有机械特性硬、磁场与电枢可分别控制等优点，因此，直流调速系统通常采用他励直流电动机。本书主要讨论由他励直流电动机组成的直流电力传动自动控制系统。17直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系：（1-1）电动势常数励磁