運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第1講

1、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一一 、教學(xué)目的與教學(xué)要求、教學(xué)目的與教學(xué)要求三三 、教學(xué)時(shí)間、教學(xué)時(shí)間 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)二、二、 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容1.0 運(yùn)動(dòng)控制組成及其分析運(yùn)動(dòng)控制組成及其分析1.1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源1.2閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特殊問(wèn)題閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特殊問(wèn)題1 了解運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)置的目的、教學(xué)要求及學(xué)習(xí)方法了解運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)置的目的、教學(xué)要求及學(xué)習(xí)方法2 掌握運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念及其相關(guān)知識(shí)掌握運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念及其相關(guān)知識(shí)3 掌握直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展歷程掌握直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展歷程4 掌握掌握PW

2、M調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在 5 掌握晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特殊問(wèn)題掌握晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特殊問(wèn)題四四 、教學(xué)思路流程、教學(xué)思路流程生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性分幾類生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性分幾類?討論分析課程的設(shè)置目的、明確學(xué)習(xí)方法及教學(xué)要求討論分析課程的設(shè)置目的、明確學(xué)習(xí)方法及教學(xué)要求運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成部分如何運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成部分如何?運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展演變的原因何在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展演變的原因何在?運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律是否學(xué)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律是否學(xué)過(guò)?直流電動(dòng)機(jī)有幾種調(diào)速方法？直流電動(dòng)機(jī)有幾種調(diào)速方法？直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速有幾種方法？直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速有幾種方法？運(yùn)動(dòng)學(xué)

3、方程與調(diào)速的關(guān)系如何？運(yùn)動(dòng)學(xué)方程與調(diào)速的關(guān)系如何？教學(xué)目的與要求課程的設(shè)置目的課程的設(shè)置目的: 融合多門課程知識(shí)融合多門課程知識(shí),訓(xùn)練綜合分析及解決問(wèn)題的能力訓(xùn)練綜合分析及解決問(wèn)題的能力!學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法教學(xué)要求教學(xué)要求:1 按時(shí)出勤、提高課堂效率按時(shí)出勤、提高課堂效率;2 獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)及課外作業(yè)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)及課外作業(yè);3 成績(jī)構(gòu)成成績(jī)構(gòu)成:平時(shí)平時(shí)15%、實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)15%、期末考試、期末考試70%勤于思考勤于思考,善于總結(jié)，善于總結(jié)， “溫故知新溫故知新”的認(rèn)知系統(tǒng)結(jié)的認(rèn)知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、定性分析工作原理；運(yùn)用自控原理的方構(gòu)組成、定性分析工作原理；運(yùn)用自控原理的方法定量分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)過(guò)程

4、。法定量分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)過(guò)程。五、五、 教學(xué)過(guò)程教學(xué)過(guò)程運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要教學(xué)內(nèi)容運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要教學(xué)內(nèi)容電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)調(diào)調(diào)速速系系統(tǒng)統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)交流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)晶閘管晶閘管+PID控制器控制器開(kāi)環(huán)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)多環(huán)系統(tǒng)多環(huán)系統(tǒng)GTO/IGBT+PID控制器構(gòu)成的系統(tǒng)控制器構(gòu)成的系統(tǒng)（相控）（相控）（斬控）（斬控）可可逆逆系系統(tǒng)統(tǒng)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)串極調(diào)速系統(tǒng)串極調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)涉及的知識(shí)范圍運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)涉及的知識(shí)范圍電路電路 +電機(jī)與拖

5、動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng)+自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論 + 電力電子電路電力電子電路+ 電子電路電子電路主、控電路主、控電路控制原理控制原理控制對(duì)象控制對(duì)象運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)模擬模擬運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)?shù)字運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)涉及現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)涉及 電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論、信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)等多門學(xué)科相互計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論、信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)等多門學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科 。1.0 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成分析運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成分析(復(fù)習(xí)補(bǔ)充復(fù)習(xí)補(bǔ)充) 看圖說(shuō)話看圖說(shuō)話第一章第一章

6、閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1.0.1電動(dòng)機(jī)是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象電動(dòng)機(jī)是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象電電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)按類型可分為：直流電動(dòng)機(jī)、交流感按類型可分為：直流電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（交流異步電動(dòng)機(jī)）和交流同步電應(yīng)電動(dòng)機(jī)（交流異步電動(dòng)機(jī)）和交流同步電動(dòng)機(jī)。動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)按用途可分為：用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動(dòng)按用途可分為：用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)和用于伺服系統(tǒng)的伺服電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)和用于伺服系統(tǒng)的伺服電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的類型電動(dòng)機(jī)的類型如何分類如何分類?1.0.2運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的功率放大與變換裝置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的功率放大與變換裝置電力電子型功率器電力電子型功率器件的發(fā)展?fàn)顩r如何？件的發(fā)展?fàn)顩r

7、如何？半控型向全控型發(fā)展、半控型向全控型發(fā)展、低頻開(kāi)關(guān)向高頻開(kāi)關(guān)發(fā)展、低頻開(kāi)關(guān)向高頻開(kāi)關(guān)發(fā)展、分立的器件向具有復(fù)合功能的功率模塊發(fā)展分立的器件向具有復(fù)合功能的功率模塊發(fā)展1.0.3運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制器l模擬控制器模擬控制器 物理概念清晰、控制信號(hào)流向直觀，控制規(guī)律體現(xiàn)物理概念清晰、控制信號(hào)流向直觀，控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路，并行運(yùn)行、控制器的滯后時(shí)間小。在硬件電路，并行運(yùn)行、控制器的滯后時(shí)間小。 線路復(fù)雜、通用性差、制效果受到器件性能、溫度線路復(fù)雜、通用性差、制效果受到器件性能、溫度等因素的影響。等因素的影響。l數(shù)字控制器數(shù)字控制器硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高，控制規(guī)律體現(xiàn)在軟件上，

8、硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高，控制規(guī)律體現(xiàn)在軟件上，修改靈活方便，擁有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等修改靈活方便，擁有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等功能。功能。 串行運(yùn)行方式，其滯后時(shí)間比模擬控制器大得多，串行運(yùn)行方式，其滯后時(shí)間比模擬控制器大得多，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)予以考慮。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)予以考慮。控制器如控制器如何分類？何分類？1.0.4運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)與處理運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)與處理l信號(hào)檢測(cè)：電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置等信號(hào)信號(hào)檢測(cè)：電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置等信號(hào)l信號(hào)轉(zhuǎn)換：電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等信號(hào)轉(zhuǎn)換：電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等l數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理： 信號(hào)濾波信號(hào)濾波1.0.5

9、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展l直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩易于控制。直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩易于控制。換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵(lì)磁電流的換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵(lì)磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。l交流調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)交流電動(dòng)機(jī)（尤其是籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。交流電動(dòng)機(jī)（尤其是籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。交流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線性多變量強(qiáng)耦合交流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線性多變量強(qiáng)耦合的性質(zhì)，比直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜得多。的性質(zhì)，比直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜得多。 目前，以直流控制為基礎(chǔ)的現(xiàn)代交流調(diào)

10、速系目前，以直流控制為基礎(chǔ)的現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展日趨完善！統(tǒng)發(fā)展日趨完善！電氣傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程為：電氣傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程為：Te - TL =GD2375dndt2 2、電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程1 1、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的牛頓第二定律、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的牛頓第二定律Te - TL =ddtJ JddtJ J其中，其中， 為慣性轉(zhuǎn)矩為慣性轉(zhuǎn)矩一般工程上采用飛輪慣量一般工程上采用飛輪慣量GDGD2 2代替代替J J，二者關(guān)系：，二者關(guān)系：GDGD2 2= 4gJ= 4gJ其中，其中，G G為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、D D為旋轉(zhuǎn)部分直徑、為旋轉(zhuǎn)部分直徑、g g為重力加速度為重力加速度由于：由于：

11、 = 2n/60 = 2n/60 所以所以 忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方程式為：程式為：1.0.6 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 要產(chǎn)生加速度要產(chǎn)生加速度!Te - TL 03 3、運(yùn)動(dòng)方程與調(diào)速的關(guān)系、運(yùn)動(dòng)方程與調(diào)速的關(guān)系Te - TL =GD2375dndt電動(dòng)機(jī)加速電動(dòng)機(jī)加速要產(chǎn)生加速度要產(chǎn)生加速度!Te - TL 0電動(dòng)機(jī)減速電動(dòng)機(jī)減速加速度加速度=0Te - TL = = 0電動(dòng)機(jī)恒速電動(dòng)機(jī)恒速調(diào)速調(diào)速 調(diào)速定義：調(diào)速是指在一定負(fù)載作用下，通過(guò)調(diào)速定義：調(diào)速是指在一定負(fù)載作用下，通過(guò)改

12、變電動(dòng)機(jī)或電源的參數(shù)使機(jī)械特性發(fā)生相應(yīng)改改變電動(dòng)機(jī)或電源的參數(shù)使機(jī)械特性發(fā)生相應(yīng)改變，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化或保持不變。變，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化或保持不變。4、直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程、直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程T e = Km Ia 說(shuō)明：說(shuō)明： 電樞電流與定子磁通相互作用產(chǎn)生電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩電樞電流與定子磁通相互作用產(chǎn)生電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩 電樞電流與定子磁通是相互獨(dú)立控制的（電樞電流與定子磁通是相互獨(dú)立控制的（ T e是線性可是線性可控的）控的）KmIa直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)常數(shù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)常數(shù)直流電動(dòng)機(jī)定子磁通直流電動(dòng)機(jī)定子磁通直流電機(jī)電樞電流直流電機(jī)電樞電流1.0.7 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特

13、性生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性l生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)必然存在的不生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)必然存在的不可控?cái)_動(dòng)輸入?？煽?cái)_動(dòng)輸入。l三種典型生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，實(shí)際負(fù)三種典型生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，實(shí)際負(fù)載可能是多個(gè)典型負(fù)載的組合。載可能是多個(gè)典型負(fù)載的組合。1、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 l負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。a）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 ；b) 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載2、恒功率負(fù)載、恒功率負(fù)載l負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，而功率成反比，而功率為常數(shù)，稱作恒為常數(shù)，稱作恒功率負(fù)載功率負(fù)載mmLLPT常數(shù)恒功率轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒功

14、率轉(zhuǎn)矩負(fù)載 3、風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載、風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載 l負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，稱作平方成正比，稱作風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載22mnLT風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載看圖說(shuō)話看圖說(shuō)話思考：直流調(diào)速的特殊結(jié)構(gòu)組成是什么？思考：直流調(diào)速的特殊結(jié)構(gòu)組成是什么？n = ( U - IaR ) / K e 1 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性方程直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性方程（復(fù)習(xí)）（復(fù)習(xí)）請(qǐng)說(shuō)明式中各量的物理意義！請(qǐng)說(shuō)明式中各量的物理意義！U：電樞電壓：電樞電壓K e：電動(dòng)勢(shì)常數(shù)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ia ：電樞電流：電樞電流R：電樞回路總電阻：電樞回路總電阻：磁通：磁通1.1.1 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法分析直流電動(dòng)機(jī)

15、調(diào)速方法分析1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源3、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法n = ( U - IaR ) / K e （1）調(diào)節(jié)電樞電壓）調(diào)節(jié)電樞電壓 當(dāng)磁通當(dāng)磁通和電阻和電阻R一定時(shí)，改變電一定時(shí)，改變電樞電壓樞電壓U，可以平，可以平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，機(jī)，機(jī)械特性將上下平移，械特性將上下平移，如圖所示。如圖所示。Ud1Ud2Ud3Unom Ud3Ud1Ud2UnomTnn1n2n3nnomTL 電樞電壓的電樞電壓的變化只能向變化只能向小于小于額定電壓的方向額定電壓的方向變化，所以這種變化，所以這種調(diào)速方式只能在調(diào)速方式只能在電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速電動(dòng)

16、機(jī)額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，其轉(zhuǎn)以下調(diào)速，其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的下限受速調(diào)節(jié)的下限受低速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)低速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性的限制。定性的限制。Ud1Ud2Ud3Unom Ud3Ud2Ud2UnomTnn1n2n3nnomTL看圖說(shuō)話！看圖說(shuō)話?。?）調(diào)節(jié)磁通）調(diào)節(jié)磁通 當(dāng)當(dāng)U和和R不變時(shí)不變時(shí)，減小激磁磁通（，減小激磁磁通（即改變直流他勵(lì)電即改變直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流）動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將高，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將高于額定轉(zhuǎn)速，其機(jī)于額定轉(zhuǎn)速，其機(jī)械特性向上移動(dòng)，械特性向上移動(dòng)，如圖所示。如圖所示。 n = ( U - IaR ) / K e Tn123nom nom321TLnnom 減弱磁通調(diào)速，減弱磁通調(diào)速，

17、電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速受電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速受換向器和機(jī)械強(qiáng)度換向器和機(jī)械強(qiáng)度的限制，弱磁調(diào)速的限制，弱磁調(diào)速范圍不大。范圍不大。Ud1Ud2Ud3Unom Ud3Ud1Ud2UnomTn123nom nom321TLnnom 在實(shí)際生產(chǎn)中，在實(shí)際生產(chǎn)中，往往只是配合調(diào)壓方往往只是配合調(diào)壓方案，在額定轉(zhuǎn)速以上案，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。這作小范圍的升速。這樣，調(diào)壓與調(diào)磁相結(jié)樣，調(diào)壓與調(diào)磁相結(jié)合，可以擴(kuò)大調(diào)理范合，可以擴(kuò)大調(diào)理范圍圍 改變電樞回路電改變電樞回路電阻調(diào)速，一般是在阻調(diào)速，一般是在電樞回路中串接附電樞回路中串接附加電阻，損耗較大加電阻，損耗較大，且只能進(jìn)行有級(jí)，且只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，電動(dòng)機(jī)的機(jī)

18、調(diào)速，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較軟，一般械特性較軟，一般應(yīng)用于少數(shù)小功率應(yīng)用于少數(shù)小功率場(chǎng)合。場(chǎng)合。（3）調(diào)節(jié)電樞電阻調(diào)節(jié)電樞電阻Ra R1R2R3R1R3R2RaTnTLnnom n = ( U - IaR ) / K e （4）調(diào)速方法綜合調(diào)速方法綜合調(diào)壓同屬無(wú)級(jí)調(diào)速，且能在額定轉(zhuǎn)速之下的一定范圍進(jìn)調(diào)壓同屬無(wú)級(jí)調(diào)速，且能在額定轉(zhuǎn)速之下的一定范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，在實(shí)際中廣泛應(yīng)用，是我們研究的重點(diǎn)！行調(diào)節(jié)，在實(shí)際中廣泛應(yīng)用，是我們研究的重點(diǎn)！調(diào)節(jié)電樞電阻調(diào)速是有級(jí)調(diào)速；調(diào)節(jié)電樞電阻調(diào)速是有級(jí)調(diào)速；調(diào)節(jié)磁通調(diào)速雖無(wú)級(jí)調(diào)速，但是升速調(diào)速；調(diào)節(jié)磁通調(diào)速雖無(wú)級(jí)調(diào)速，但是升速調(diào)速；1.1.2 調(diào)壓調(diào)速方案分析調(diào)壓調(diào)速

19、方案分析1.1.2.1 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組 交流電動(dòng)機(jī)、直交流電動(dòng)機(jī)、直流發(fā)電機(jī)流發(fā)電機(jī)G、 勵(lì)磁勵(lì)磁發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)GE、直流、直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 1 系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖2 工作原理：工作原理： 由交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流由交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)G實(shí)現(xiàn)變流，發(fā)電實(shí)現(xiàn)變流，發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)M供電。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的供電。調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)滋電流勵(lì)滋電流If可改變其輸出電可改變其輸出電壓壓U，從而調(diào)節(jié)直流電動(dòng)，從而調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速機(jī)的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為統(tǒng)簡(jiǎn)稱為GM系統(tǒng)。系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)

20、變流機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖 如果改變?nèi)绻淖僆f的方向，的方向，則則U的極性和的極性和n的轉(zhuǎn)向都跟的轉(zhuǎn)向都跟著改變，所以著改變，所以GM系統(tǒng)系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。的。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖 為了供給直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，通常專門為了供給直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，通常專門設(shè)置一臺(tái)直流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)設(shè)置一臺(tái)直流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE。因此。因此G-M系統(tǒng)設(shè)備多、系統(tǒng)設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝維護(hù)不便、運(yùn)行有噪聲體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝維護(hù)不便、運(yùn)行有噪聲。3 G-M系統(tǒng)機(jī)械特性系統(tǒng)機(jī)械特性1

21、.1.2.2 可控整流器調(diào)壓系統(tǒng)可控整流器調(diào)壓系統(tǒng) 20世紀(jì)世紀(jì)60年代起，出現(xiàn)了晶閘管整流裝置，它年代起，出現(xiàn)了晶閘管整流裝置，它具有效率高、體積小、成本低、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)具有效率高、體積小、成本低、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)1 可控整流器調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱可控整流器調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 可控整流器調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱可控整流器調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)（系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)（M）是被控對(duì)象，轉(zhuǎn)速是被控對(duì)象，轉(zhuǎn)速n是被調(diào)量，即輸出量。晶閘管（是被調(diào)量，即輸出量。晶閘管（V）可控整流器可以是單相、相或更多相數(shù)，半波、全波、可控整流器可以是單相、相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型?；窘Y(jié)構(gòu)（開(kāi)環(huán)）圖示如下：

22、半控、全控等類型?；窘Y(jié)構(gòu)（開(kāi)環(huán)）圖示如下：可控整流器調(diào)速系統(tǒng)（可控整流器調(diào)速系統(tǒng)（V-M）圖示）圖示 控制特點(diǎn)：控制特點(diǎn)： 在控制快速性在控制快速性方面，方面，G-M系統(tǒng)系統(tǒng)是秒級(jí)，而是秒級(jí)，而V-M系統(tǒng)是毫秒級(jí)，系統(tǒng)是毫秒級(jí)，這將會(huì)大大提高這將會(huì)大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的移相電壓，便可改變整流電通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的移相電壓，便可改變整流電壓壓Ud，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速控制。，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速控制。2 工作原理工作原理Ug3 運(yùn)行特性（看圖說(shuō)話）運(yùn)行特性（看圖說(shuō)話）n nTeTe半控整流電路運(yùn)行特性半控整流電路運(yùn)行特性n nTeTe全控整流電路運(yùn)行特性全控

23、整流電路運(yùn)行特性n nTeTe正、反兩組全控整流電路正、反兩組全控整流電路運(yùn)行特性運(yùn)行特性 * 晶閘管元件對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流以及過(guò)高的晶閘管元件對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流以及過(guò)高的du/dt和和di/dt都很敏感，因此晶閘管整流電路設(shè)有許多保護(hù)環(huán)節(jié)；都很敏感，因此晶閘管整流電路設(shè)有許多保護(hù)環(huán)節(jié)；晶閘管整流器相關(guān)的問(wèn)題：晶閘管整流器相關(guān)的問(wèn)題： * 當(dāng)系統(tǒng)處在深調(diào)速狀態(tài)時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使當(dāng)系統(tǒng)處在深調(diào)速狀態(tài)時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓畸變，殃及附近的用電設(shè)備。若其沒(méi)備容量在電網(wǎng)網(wǎng)電壓畸變，殃及附近

24、的用電設(shè)備。若其沒(méi)備容量在電網(wǎng)中所占比重較大，必須增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。中所占比重較大，必須增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。 * 晶閘管的單向?qū)щ娦?，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；晶閘管的單向?qū)щ娦?，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難； 采用半控或全控型電力電子器件控制直流電壓的裝置采用半控或全控型電力電子器件控制直流電壓的裝置稱為直流斬波器（稱為直流斬波器（PWM斬波器），也稱直流調(diào)壓器。斬波器），也稱直流調(diào)壓器?；窘M成框圖與控制原理基本組成框圖與控制原理1.1.2.3 直流斬波器直流斬波器1 1 基本組成及工作原理分析基本組成及工作原理分析2 2 控制策略分析控制策略分析（開(kāi)關(guān)管的狀態(tài)控制）（開(kāi)關(guān)管

25、的狀態(tài)控制）（1 1）脈沖寬度控制策略（）脈沖寬度控制策略（PWMPWM）基本組成框圖與控制原理基本組成框圖與控制原理控制原理控制原理：脈沖周期：脈沖周期T T不變，只改不變，只改變開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間變開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間t tONONUdUd=( t=( ton on / T ) U/ T ) Us sU Ut ti ii id dVTVTVDVDt t0n0nT Tt tT=CT=CT=CT=CT=CT=C（2 2）脈沖頻率控制策略（）脈沖頻率控制策略（PFMPFM）基本組成框圖與控制原理基本組成框圖與控制原理控制原理：控制原理：開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間t tONON不不變，只改變開(kāi)關(guān)動(dòng)

26、作頻率變，只改變開(kāi)關(guān)動(dòng)作頻率f f（改變關(guān)（改變關(guān)斷時(shí)間）。斷時(shí)間）。UdUd=( t=( ton on / T ) U/ T ) Us sU Ut ti ii id dVTVTVDVDt t0n0nT Tt tt tonon=C=Ct tonon=C=C（3 3）兩點(diǎn)式控制策略）兩點(diǎn)式控制策略控制原理：控制原理：當(dāng)負(fù)載或電壓低于某一值時(shí)，使開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載或電壓低于某一值時(shí)，使開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載或電壓高于某一值時(shí)，使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。當(dāng)負(fù)載或電壓高于某一值時(shí)，使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。t ti ii id di imaxmaxi iminmini imaxmaxi iminmin基本組成框圖與控制原理基本組

27、成框圖與控制原理根據(jù)波形，判斷直流斬波器的控制方式根據(jù)波形，判斷直流斬波器的控制方式a） b） c） c)1.1.2.4 PWMPWM與與V-MV-M系統(tǒng)的比較分析系統(tǒng)的比較分析（P11P11） 1)PWM 1)PWM系統(tǒng)低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬系統(tǒng)低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬 原因在于原因在于PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率高，僅靠電樞電感即可獲得調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率高，僅靠電樞電感即可獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流連續(xù)。脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流連續(xù)。 2)PWM 2)PWM系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)、快速響應(yīng)性能好系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)、快速響應(yīng)性能好 原因在于原因在于PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率高，

28、需配合快速響應(yīng)電動(dòng)機(jī)。調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率高，需配合快速響應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 3)PWM 3)PWM系統(tǒng)主電路損耗低、工作效率高系統(tǒng)主電路損耗低、工作效率高 原因在于原因在于PWMPWM系統(tǒng)中，功率器件都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)中，功率器件都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 本課程教學(xué)以本課程教學(xué)以V-M和和PWM系統(tǒng)為主，重點(diǎn)介紹系統(tǒng)為主，重點(diǎn)介紹V-M系統(tǒng)的系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng) 。第第 2 3 章章 V-M系統(tǒng)系統(tǒng) 、 第第 4 章章 PWM系統(tǒng)。系統(tǒng)。1.2 1.2 晶閘管晶閘管- -電動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī)（V-MV-M）系統(tǒng)的特殊問(wèn)題）系統(tǒng)的特殊問(wèn)題 V-M V-M系統(tǒng)本質(zhì)上是帶系統(tǒng)本質(zhì)上是帶R R、L L、E E負(fù)載的

29、晶閘管可負(fù)載的晶閘管可控整流電路。根據(jù)分析調(diào)速系統(tǒng)的需要，重點(diǎn)地控整流電路。根據(jù)分析調(diào)速系統(tǒng)的需要，重點(diǎn)地歸納出歸納出V VM M系統(tǒng)的幾個(gè)特殊問(wèn)題。系統(tǒng)的幾個(gè)特殊問(wèn)題。1.2.1 觸發(fā)脈沖相位控制觸發(fā)脈沖相位控制(電力電子知識(shí)電力電子知識(shí)) Ug 在在V-M系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)給定系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)給定電壓電壓Ug；即可移動(dòng)觸發(fā)裝置；即可移動(dòng)觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而很輸出脈沖的相位，從而很方便地改變整流器的輸出瞬方便地改變整流器的輸出瞬時(shí)電壓時(shí)電壓ud和平均電壓和平均電壓Ud。V-MV-M系統(tǒng)的等效電路與解析表達(dá)式分析系統(tǒng)的等效電路與解析表達(dá)式分析E E+ +- -U UdodoR RL LIdI

30、dUgu udodo = = E E+ i+ id dR R + L di+ L did d /d/dt t瞬時(shí)電壓平衡方程式瞬時(shí)電壓平衡方程式:等效電路等效電路( (電路知識(shí)電路知識(shí)) )U Udodo = = U Um msin cossin cos 全控整流電壓平均值表達(dá)式全控整流電壓平均值表達(dá)式:( (電力電子電路知識(shí)電力電子電路知識(shí)) )m mm m 觸發(fā)脈沖控制角觸發(fā)脈沖控制角U Um m =0=0時(shí)的整流電壓峰值時(shí)的整流電壓峰值m m 交流電源一周內(nèi)的整流電交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)壓脈波數(shù) 1.2.2 電流脈動(dòng)的危害與抑制措電流脈動(dòng)的危害與抑制措施施 1 V-M系統(tǒng)電流脈動(dòng)

31、的危害作用系統(tǒng)電流脈動(dòng)的危害作用(電機(jī)拖動(dòng)知識(shí)電機(jī)拖動(dòng)知識(shí))（1）脈動(dòng)的電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械有一定的危害作用）脈動(dòng)的電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械有一定的危害作用（2）脈動(dòng)的電流產(chǎn)生較大的諧波分量，即對(duì)電網(wǎng)不利，同時(shí)也使）脈動(dòng)的電流產(chǎn)生較大的諧波分量，即對(duì)電網(wǎng)不利，同時(shí)也使電動(dòng)機(jī)增加發(fā)熱。電動(dòng)機(jī)增加發(fā)熱。2 V-M系統(tǒng)電流脈動(dòng)的抑制措施系統(tǒng)電流脈動(dòng)的抑制措施(電力電子知識(shí)電力電子知識(shí))（1）增加整流電路的相數(shù)）增加整流電路的相數(shù)（2）設(shè)置平波電抗器（）設(shè)置平波電抗器（mH）單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 L=2.87UL=2.87U2 2 /I/IdmindminU U2 2 整流變壓器二次額定電壓有效值、整流變壓器二次額定電壓有效值、 I Idmindmin一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的5-10%5-10%三相半波整流電路三相半波整流電路 L=1.46UL=1.46U2 2 /I/Idmindmin三相橋式整流電路三相橋式整流電路 L=0.693UL=0.693U2 2 /I/Idmindmin 1.2.3 電流波形的連續(xù)與斷續(xù)電流波形的連續(xù)與斷續(xù) 由于由于V-M系統(tǒng)存在電流脈動(dòng)問(wèn)題，必然會(huì)系統(tǒng)存在電流脈動(dòng)問(wèn)題，必然會(huì)在一定條件下