电力拖动自动控制系统系统课程总结ppt课件.ppt

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1、电力拖动自动控制系统课程总结课程总结严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。一、内容提要直流调速系统；单闭环直流调速系统双闭环直流调速系统直流调速系统的数字控制交流调速系统；异步电动机变压调速系统异步电动机变压变频调速系统异步电动机双馈调速系统严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。二、直流调速系统单闭环直流调速系统晶闸管晶闸管-电动机系统（电动机系统（V-M系统）系统）晶闸管晶闸管-电动机调速系统（简称电动机调速系统（简称V-M系统，又系统，又称静止

2、的称静止的Ward-Leonard系统），系统），VT是晶闸是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制的控制电压电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压流电压Ud，从而实现平滑调速。，从而实现平滑调速。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。静止式可控整流器静止式可控整流器图1-1 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。V-

3、M系统的问题n由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。n晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。n由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。V-M系统的几个主要问题：（1）触发脉冲相位控制；（2）电流脉动及其波形的连续与断续；（3）抑制电流脉动的措施；（4）晶闸管-电动机系统的机械特性；（5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和 传递函数。严格执行突发事件上报制度

4、、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。（1）触发脉冲相位控制整流与逆变状态当 0 0，晶闸管装置处于整流状态，电功率从交流侧输送到直流侧；当/2 max 时，Ud0 0，装置处于有源逆变状态，电功率反向传送。为避免逆变颠覆，应设置最大的移相角限制。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。(2)抑制电流脉动的措施抑制电流脉动的措施 在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的转矩，对生产机械不利，同时也增加电机的发热。为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，主要是：n设置平

5、波电抗器；n增加整流电路相数；n采用多重化技术。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图1-2 完整的V-M系统机械特性（3）V-M系统 机械特性严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。V-M系统机械特性的特点 图1-2绘出了完整的V-M系统机械特性，分为电流连续区和电流断续区。由图可见：n当电流连续时，特性还比较硬；n断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、

6、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。（4）晶闸管触发与整流装置动态结构Uc(s)Ud0(s)Uc(s)Ud0(s)(a)准确的（b）近似的图1-3 晶闸管触发与整流装置动态结构图ssss返回目录返回目录严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2、直流脉宽调速系统（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控制与变换器的数学模型；（4）电能回馈与泵升电压的限制。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。1.不可逆

7、PWM变换器（1）简单的不可逆）简单的不可逆PWM变换器变换器 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1-4所示，功率开关器件可以是任意一种全控型开关器件，这样的电路又称直流降压斩波器。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图1-4 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 VDUs+UgCVTidM+_E（a）电路原理图 M 主电路结构21严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。工作状态与波形在一个开关周期内，当0 t ton时，

8、Ug为正，VT导通，电源电压通过VT加到电动机电枢两端；当ton t T 时，Ug为负，VT关断，电枢失去电源，经VD续流。U,iUdEidUsttonT0图1-5 电压和电流波形O严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。（2）有制动的不可逆PWM变换器电路 在简单的不可逆电路中电流不能反向，因而没有制动能力，只能作单象限运行。需要制动时，必须为反向电流提供通路，如图1-6所示的双管交替开关电路。当VT1 导通时，流过正向电流+id，VT2 导通时，流过 id 。应注意，这个电路还是不可逆的，只能工作在第一、二象限，因为平

9、均电压 Ud 并没有改变极性。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图1-6 有制动电流通路的不可逆PWM变换器 主电路结构M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+MVT2Ug2VT1Ug1严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。表表1-1 二象限不可逆二象限不可逆PWM变换器的不同工作状态变换器的不同工作状态严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.桥式可

10、逆PWM变换器 可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图1-7所示。这时，电动机M两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆PWM变换器。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4图1-7 桥式可逆PWM变换器n H形主电路结构严格执行突发事件上报制度、校外

11、活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 双极式控制方式（1）正向运行：n第1阶段，在 0 t ton 期间，Ug1、Ug4为正，VT1、VT4导通，Ug2、Ug3为负，VT2、VT3截止，电流 id 沿回路1流通，电动机M两端电压UAB=+Us；n第2阶段，在ton t T期间，Ug1、Ug4为负，VT1、VT4截止，VD2、VD3续流，并钳位使VT2、VT3保持截止，电流 id 沿回路2流通，电动机M两端电压UAB=Us；严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 双极式控制

12、方式（续）（2）反向运行：n第1阶段，在 0 t ton 期间，Ug2、Ug3为负，VT2、VT3截止，VD1、VD4 续流，并钳位使 VT1、VT4截止，电流 id 沿回路4流通，电动机M两端电压UAB=+Us；n第2阶段，在ton t T 期间，Ug2、Ug3 为正，VT2、VT3导通，Ug1、Ug4为负，使VT1、VT4保持截止，电流 id 沿回路3流通，电动机M两端电压UAB=Us；严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 输出波形U,iUdEid+UsttonT0-UsOb)正向电动运行波形U,iUdEid+U

13、sttonT0-UsOc)反向电动运行波形严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 性能评价 双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：（1）电流一定连续；（2）可使电机在四象限运行；（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；（4）低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000左右；（5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 性能评价（续）双极式控制方式的不足之处是：在工作过

14、程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。(1-26)或用转矩表示，(1-27)式中 Cm=KmN 电机在额定磁通下的转矩系数；n0=Us/Ce 理想空载转速，与电压系数成正比。n (2)直流PWM系统的机械特性方程严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。nId,TeavOn0s0.75n0s0.5n0s0

15、.25n0sId,Teav=1=0.75=0.5=0.25n PWM调速系统机械特性图1-8 脉宽调速系统的机械特性曲线（电流连续），n0sUs/Ce严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。(3)PWM控制与变换器的数学模型控制与变换器的数学模型 PWM控制与变换器（简称PWM装置）也可以看成是一个滞后环节，其传递函数可以写成（1-28）其中 Ks PWM装置的放大系数；Ts PWM装置的延迟时间，Ts T0。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。C

16、 C+(4)电能回馈与泵升电压的限制电能回馈与泵升电压的限制 PWM变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容C滤波，以获得恒定的直流电压，电容C同时对感性负载的无功功率起储能缓冲作用。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 泵升电压产生的原因 对于PWM变换器中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等

17、相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压，因此电容量就不可能很小，一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到数千微法。在大容量或负载有较大惯量的系统中，不可能只靠电容器来限制泵升电压，这时，可以采用下图中的镇流电阻 Rb 来消耗掉部分动能。分流电路靠开关器件 VTb 在泵升电压达到允许数值时接通。n 泵升电压限制严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 泵升电压限制电路过电压信号UsRbVTbC+严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发

18、现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。PWM系统的优越性n主电路线路简单，需用的功率器件少；n开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；n低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；n系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；n功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；n直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。返回目录返回目录严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3 反馈控制闭环直流调速系统反馈控制闭环直流调速系统转速控制的要求和调速指标开环调速系统

19、及其存在的问题闭环调速系统的组成及其静特性开环系统特性和闭环系统特性的关系反馈控制规律限流保护电流截止负反馈严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。1).控制要求（1）调速在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或 平滑地（无级）调节转速；（2）稳速以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；（3）加、减速频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发

20、现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。调速指标调速范围：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母 D 表示，即（1-31）其中nmin 和nmax 一般都指电机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。静静差差率率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 nN，与理想空载转速 n0 之比，称作静差率 s，即或用百分数表示（1-32）（1-33）式中 nN=n0-nN 严格执

21、行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n2)闭环调速系统的组成及其静特性闭环调速系统的组成及其静特性图1-9 采用转速负反馈的闭环调速系统+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+-+UnUn U*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntg严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 调节原理 在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机 TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un，与给定电压 U*n 相比较后，得到转速偏差

22、电压 Un，经过放大器 A，产生电力电子变换器UPE的控制电压Uc，用以控制电动机转速 n。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。转速负反馈直流调速系统中各环节的稳态关系如下：电压比较环节 放大器 电力电子变换器 调速系统开环机械特性 测速反馈环节 n 稳态关系严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。从上述五个关系式中消去中间变量，整理后，即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式（1-35）n 静特性方程严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度

23、等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+-IdR-UnKsn 闭环系统的稳态结构框图图1-10 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。反馈控制规律反馈控制规律 转速反馈闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统，它具有以下三个基本特征，也就是反馈控制的基本规律，各种不另加其他调节器的基本反馈控制系统都服从于这些规律。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为

24、或突发事件。1.被调量有静差 从静特性分析中可以看出，由于采用了比例放大器，闭环系统的开环放大系数K值越大，系统的稳态性能越好。然而，Kp=常数，稳态速差就只能减小，却不可能消除。因为闭环系统的稳态速降为 只有 K=，才能使 ncl=0，而这是不可能的。因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。实际上，这种系统正是依靠被调量的偏差进行控制的。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.抵抗扰动,服从给定 反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用，但对给定作用的变化则唯命是从。扰

25、动除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素都叫做“扰动作用”。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 结论：反馈控制系统的规律是：一方面能反馈控制系统的规律是：一方面能够有效地抑制一切被包在负反馈环内够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面，前向通道上的扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随着给定作用，对给定信则紧紧地跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。号的任何变化都是唯命是从的。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并

26、处理各类违纪行为或突发事件。3)限流保护限流保护电流截止负反馈电流截止负反馈 问题的提出：n起动的冲击电流直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。n闭环调速系统突加给定起动的冲击电流采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的 1+K 倍。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 电流负反馈作用机理 为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时

27、电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n 电流截止负反馈 考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减。如果采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。这种方法叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等

28、相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。电流截止负反馈环节 图1-11 电流截止负反馈环节a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器Mb)利用稳压管产生比较电压 UbrM+-UdId RsVSTUi接放大器M严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。电流截止负反馈环节（续）c)封锁运算放大器的电流截止负反馈环节 UbrM+-UdId RsVSUi+R1UexUinR0+VTM严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各

29、类违纪行为或突发事件。反馈控制闭环直流调速系统的反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计动态分析和设计反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件动态校正PI调节器的设计系统设计举例与参数计算严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。闭环调速系统的动态结构图图1-36 反馈控制闭环调速系统的动态结构图n(s)U*n(s)IdL(s)Uct(s)Un(s)+-KsTss+1KP1/Ce TmTl s2+Tms+1+-R(Tl s+1)Ud0(s)严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制

30、度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。调速系统的开环传递函数 由图可见，反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数是 式中 K=Kp Ks/Ce （1-56）严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。调速系统的闭环传递函数 设Idl=0，从给定输入作用上看，闭环直流调速系统的闭环传递函数是（1-57）严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。4)动态校正动态校正PI调节器的设计调节器的设计 在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性

31、能指标发生矛盾的情况（如例题1-5，或例题1-7中要求更高调速范围时），这时，必须设计合适的动态校正装置，用来改造系统，使它同时满足动态稳定和稳态指标两方面的要求。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。设计步骤n系统建模首先应进行总体设计，选择基本部件，按稳态性能指标计算参数，形成基本的闭环控制系统，或称原始系统。n系统分析建立原始系统的动态数学模型，画出其伯德图，检查它的稳定性和其他动态性能。n系统设计如果原始系统不稳定，或动态性能不好，就必须配置合适的动态校正装置，使校正后的系统全面满足性能要求。严格执行突发事件上报

32、制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。n转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性；n双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析；n调节器的工程设计方法；n按工程设计方法设计双闭环系统的调节器n弱磁控制的直流调速系统。二、转速、电流双闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。b)理想的快速起动过程IdLntIdOIdma)带电流截止负反馈的单闭环调速系统图2-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形1.理想的起动过程IdLntIdO

33、IdmIdcr严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成转速、电流双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+图2-2 转速、电流双闭环直

34、流调速系统结构 1.系统的组成ASR转速调节器 ACR电流调节器 TG测速发电机TA电流互感器 UPE电力电子变换器内环外 环严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。系统原理图图2-3 双闭环直流调速系统电路原理图+-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.2 双闭环直流调速系统的数学模型双闭环直流调速系统

35、的数学模型 和动态性能分析和动态性能分析双闭环直流调速系统的动态数学模型起动过程分析动态抗扰性能分析转速和电流两个调节器的作用严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。1.系统动态结构图2-6 双闭环直流调速系统的动态结构图 U*n Uc-IdLnUd0Un+-+-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.数学模型 图中WASR(s)和WACR(s)分别表示

36、转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器，则有 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.2.2 起动过程分析起动过程分析 前已指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于下图。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。图2-7 双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形 n OOt

37、tIdm IdL Id n*IIIIIIt4 t3 t2 t1 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.3 调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法2.3.0 问题的提出问题的提出必要性：用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、准、快、抗干扰等各方面相互有矛盾的静、动态性能要求，需要设计者有扎实的理论基础和丰富的实践经验，而初学者则不易掌握，于是有必要建立实用的设计方法。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。问题的提出（续）可能性：大多数现代

38、的电力拖动自动控制系统均可由低阶系统近似。若事先深入研究低阶典型系统的特性并制成图表，那么将实际系统校正或简化成典型系统的形式再与图表对照，设计过程就简便多了。这样，就有了建立工程设计方法的可能性。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。设计方法的原则：（1）概念清楚、易懂；（2）计算公式简明、好记；（3）不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；（4）能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式；（5）适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及

39、时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.3.6 调节器结构的选择和传递函数的近似调节器结构的选择和传递函数的近似 处理处理非典型系统的典型化非典型系统的典型化1.调节器结构的选择调节器结构的选择基本思路:将控制对象校正成为典型系统。系统校正控制对象 调节器 输入输出典型系统 输入输出严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.4 按工程设计方法设计双闭环系统的按工程设计方法设计双闭环系统的 调节器调节器 本节将应用前述的工程设计方法来设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器。主要内容为w系统设计对象w系统设计原

40、则w系统设计步骤严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.系统设计原则系统设计的一般原则：“先内环后外环先内环后外环”从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。设计分为以下几个步骤：1.电流环结构图的简化2.电流调节器结构的选择3.电流调节器的参数计算4.电流调节器的实现2.4.1 电流调节器的设计电流调节器的设计严格执行突发事件上报

41、制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。设计分为以下几个步骤：1.电流环的等效闭环传递函数2.转速调节器结构的选择3.转速调节器参数的选择4.转速调节器的实现2.4.2 转速调节器的设计转速调节器的设计严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3 直流调速系统的数字控制直流调速系统的数字控制微型计算机数字控制的主要特点 微机数字控制双闭环直流调速系统的硬件和软件 数字测速与滤波 数字PI调节器用离散控制系统设计数字控制器 第第 2 篇篇电力拖动自动控制系统交流拖动控制系统交

42、流拖动控制系统严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。内容提要内容提要概述交流调速系统的主要类型交流变压调速系统交流变频调速系统*绕线转子异步电机双馈调速系统转差功率馈送型调速系统*同步电动机变压变频调速系统 第第 5 章章电力拖动自动控制系统闭环控制的异步电动机变压调速系统闭环控制的异步电动机变压调速系统 一种转差功率消耗型调速系统 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。本章提要本章提要异步电动机变压调速电路异步电动机变压调速电路异步电异步电动动机

43、改变电压时的机械特性机改变电压时的机械特性闭环控制的变压调速系统及其静特性闭环控制的变压调速系统及其静特性闭环变压调速系统的近似动态结构图闭环变压调速系统的近似动态结构图转差功率损耗分析转差功率损耗分析变压控制在软起动器和轻载降压节能运行变压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用中的应用严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。5.3 闭环控制的变压调速系统及其静特性闭环控制的变压调速系统及其静特性 采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增大调速范围，但机械特性又变软，因而当负载变化时静

44、差率很大（见图5-5），开环控制很难解决这个矛盾。为此，对于恒转矩性质的负载，要求调速范围大于D=2时，往往采用带转速反馈的闭环控制系统（见图5-6a）。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。1.系统组成图5-6 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统ASRU*n+-UnGT+M3TGa)原理图-Ucn严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。2.系统静特性eTOnn0TLUsNAAAUs min恒转矩负载特性图5-6b 闭环控制变压调速系统的静特性U

45、*n3U*n1U*n2严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。变压调速系统的特点 异步电机闭环变压调速系统不同于直流电机闭环变压调速系统的地方是：静特性左右两边都有极限，不能无限延长，它们是额定电压 UsN 下的机械特性和最小输出电压Usmin下的机械特性。当负载变化时，如果电压调节到极限值，闭环系统便失去控制能力，系统的工作点只能沿着极限开环特性变化。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。3.系统静态结构 Ksn=f(Us,Te)ASRU*nUnU

46、cUs-TLn图5-7 异步电机闭环变压调速系统的静态结构图 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。系统动态结构图5-8 异步电动机闭环变压调速系统的动态结构框图 MA异步电机 FBS测速反馈环节 WFBS(s)U*n(s)Un(s)Uc(s)-n(s)WASR(s)WGT-V(s)WMA(s)Us(s)异步电机变压变频调速系统异步电机变压变频调速系统（VVVF系统）系统）转差功率不变型调速系统转差功率不变型调速系统电力拖动自动控制系统第第 6 章章严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、

47、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。本章提要本章提要变压变频调速的基本控制方式异步电动机电压频率协调控制时的机械特性*电力电子变压变频器的主要类型变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术基于异步电动机稳态模型的变压变频调速异步电动机的动态数学模型和坐标变换基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系统 严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。1.恒压频比控制（Us/1）为了近似地保持气隙磁通不变，以便充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下须采用恒压频比控制。这时，同

48、步转速自然要随频率变化。（6-7）严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。0s10Te几种电压频率协调控制方式的特性比较图6-6 不同电压频率协调控制方式时的机械特性恒 Er/1 控制恒 Eg/1 控制恒 Us/1 控制ab c严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。*6.3.1 交交-直直-交和交交和交-交变压变频器交变压变频器 从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。1.交交-直直-交变压变频器交变压变频器 交-直-交变压

49、变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如下图所示。严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。交-直-交变压变频器基本结构图6-9 交-直-交（间接）变压变频器 变压变频变压变频(VVVF)中间直流环节中间直流环节恒压恒频恒压恒频(CVCF)逆变逆变DCACAC50Hz整流整流严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。交-直-交PWM变压变频器基本结构图6-10 交-直-交PWM变压变频器变压变频变压变频(VVV

50、F)中间直流环节中间直流环节恒压恒频恒压恒频(CVCF)PWM逆变器逆变器DCACAC50Hz调压调频调压调频C严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。普通交-直-交变压变频器的基本结构SCR可控可控整流器整流器六六 拍拍逆变器逆变器DCACAC50Hz调频调频调压调压图6-11 可控整流器调压、六拍逆变器调频的交-直-交变压变频器严格执行突发事件上报制度、校外活动报批制度等相关规章制度。做到及时发现、制止、汇报并处理各类违纪行为或突发事件。交-交变压变频器的基本结构图6-12 交-交（直接）变压变频器交交变频交交变频AC