电力拖动自动控制系统课件1

电力拖动自动控制系统课件1 兰州交通大学

Electric drive and engineering design

电气传动及其 工程设计(选修课 )

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电气传动及其工程设计 (选修课 ) Electric drive and engineering design

第 1 部分

电气传动控制系统的 组成及其工作原理

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所用教材名称及教学安排

1. 电力拖动自动控制系统第4版；《机械工业出版社》 上海大学 陈伯时 2 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真 洪乃刚 3.矩阵式变换器技术及其应用；《机械工业出版社》 清华大学 孙凯

教学安排讲课 自学 演示实验 上机 机动 22 6 4 6 2 学时 (分三段) 学时 学时 学时 学时

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复习及参考资料复习 ： 《电机学》 直流电机、变压器、交流电机、同步电机 《电力电子技术》 整流、逆变、变频、pwm电源、驱动电路、触发器 《自动控制原理》 时域法、根轨迹法、频率法、校正 《检测技术》 交直流电压、电流检测(互感器、霍尔元器件)、位置检测(旋 转变压器、自整角机、光栅、感应同步器) 速度检测(测速发电机、 光电码盘) 参考资料：期刊两本《电气传动》 《电力电子技术》 《电力牵引控制系统》中国铁道出版社 连级三 《控制系统MATLAB仿真及计算》国防工业出版社 黄忠霖

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学习考核形式

考勤： 10% 作业： 10% 上机实验：10% 考试： 70% 答疑： 每周一次 确定班长一名：上情下达 下情上达 考 勤 收交作业 留联系电话

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电气传动控制系统的四个基本 组成部分

1电动机(直流电机、交流电机、步进电机、 同步电机、伺服电机) 2调速电源(可调直流、交流、变频、pwm电 源)开环控制 3反馈机构(速度、位置、电流、电压….)闭 环控制 4调节器(决定动静态性能、PI、PID、PD、模 糊、智能、自适应)

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直流电气传动系统的组成直流电动机具有良好的起、制动性能， 宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调 速和快速正反向的电力拖动领域中如铁道 电力牵引、冶金及矿山生产、机械制造、 城轨地铁、航空航天得到了广泛的应用。 由于直流拖动控制系统在理论上和实 践上都比较成熟，而且从控制的角度来看， 它又是交流拖动控制系统的基础。因此， 为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先 很好地掌握直流拖动控制系统。

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直流调速方法根据直流电动机转速方程U IR n K eΦ式中 n U I R — 转速(r/min); — 电枢电压(V); — 电枢电流(A); — 电枢回路总电阻( ); — 励磁磁通(Wb); Ke — 由电机结构决定的电动势常数。 (1-1)

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调节电动机的转速方法：由式(1-1)可以看出，有三种方法 调节电动机的转速： (1)调节电枢供电

电压 U。

(2)减弱励磁磁通 。(3)改变电枢回路电阻 R。

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(1)调压调速工作条件： 保持励磁 = N ; 保持电阻 R = Ra 调节过程： 改变电压 UN U U n , n0 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线平行下移。

n n0

nNn1UN U1 U2 U3

n2n3 O IL调压调速特性曲线

I

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(2)调阻调速工作条件： 保持励磁 = N ; 保持电压 U =UN ; 调节过程： 增加电阻 Ra R R n ,n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线变软。

n n0

nN n1 n2 n3

Ra R1 R2 R3

O

IL调阻调速特性曲线

I

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(3)调磁调速工作条件： 保持电压 U =UN ; 保持电阻 R = R a ; 调节过程： 减小励磁 N n , n0 调速特性： 转速上升，机械特性 曲线变软。

n n0 n3 n2 n1 nN

N 1 2 3

O

TL调压调速特性曲线

Te

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三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速的 系统来说，以调节电枢供电电压的方式为 最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通 虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往 往只是配合调压方案，在基速(额定转速) 以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以 调压调速为主。

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1、 闭环控制的直流调速系统本章着重讨论基本的闭环控制系 统组成及其工作原理分析

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1.1 直流调速系统用的可控直流电源 根据前面分析，调压调速是直流 调速系统的主要方法，而调节电枢 电压需要有专门向电动机供电的可 控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流电 源。

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常用的可控直流电源有以下三种

旋转变流机组——用交流电动机和直流发 电机组成机组，获得可调的直流电压。 静止式可控整流器——用静止式的可控整 流器获得可调的直流电压。 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定 直流电源或不控整流电源供电，利用电力 电子开关器件斩波或进行脉宽调制，产生 可变的平均电压。