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1、复习提纲,第1章电力传动系统动力学,1.电力传动系统的运动方程式2.负载转矩与飞轮矩折算的原则,负载转矩折算(TgTL)：折算前后的功率不变,旋转运动 平移运动,升降运动(升) 升降运动(降),复习提纲,第1章电力传动系统动力学,2.负载转矩与飞轮矩折算的原则,飞轮矩折算(GDgGDL)：折算前后的动能不变,旋转运动,平移运动,升降运动,第2章电力传动系统静特性,(1)直流他励电动机启动中存在的问题 起动电流太大 (2) 解决的方法 串入起动电枢电阻，降低电枢电压 电阻计算：满足电枢电流不大于最大允许电流,要点：机械特性,2.1直流他励电动机启动,第2章电力传动系统静特性,2.2直流他励电动机
2、制动,(1)直流他励电动机的几种制动方法，基本原理，机械特性 能耗制动：电枢短路， 反接制动(电压)：电源反接， 反接制动(电势)：位能负载， 回馈制动： (2) 制动电阻的计算,第2章电力传动系统静特性,2.3直流他励电动机的调速,直流他励电动机的三种调速方法，机械特性改变电枢电阻：改变电枢电压：改变励磁磁通：,第3章直流电力传动系统的过渡过程,3.2 电枢电压突变时的过渡过程,直流他励电动机的数学模型,第3章直流电力传动系统的过渡过程,3.2 电枢电压突变时的过渡过程,简化为,简化为,简化为,2.直流他励电动机的简化数学模型,一阶指数过渡过程。,第3章直流电力传动系统的过渡过程,3.电枢电
3、压突变时的过渡过程，机电时间常数,三要素：起始值(Ia1、n1)，稳态值(Iw、nw)，机电时间常数,第3章直流电力传动系统的过渡过程,4.最佳过渡过程,最快速度起动：最快速度制动：,第4章三相异步电动机的启动、制动与调速,1.三相异步电动机启动中存在的问题，有几种启动方法2.三相异步电动机有几种制动方法3.三相异步电动机的调速方法，特点,要点：变频调速系统的控制与机械特性,变频调速中，如何与电压配合，为什么要与电压配合控制？频率电压配合控制调速的机械特性。,调速静态指标：(1)静差率s(小),(2)调速范围D(大),第5章 晶闸管自动调速系统,5.1 单环控制调速系统,第5章 晶闸管自动调速
4、系统,5.1 单环控制调速系统,二、开环系统与闭环系统性能比较,(1)相同负载Ia下，硬度比较,(2)相同理想空载转速n0下，静差率比较,(3)相同静差率s下，调速范围比较,闭环系统只要K充分大，就可满足任何调速系统指标s、D,三、转速负反馈系统的抗扰性能,(1)在反馈环内前向通道的各环节的扰动能够被抑制(2)给定信号与测量通道上的扰动不能被抑制,第5章晶闸管自动调速系统,5.1 单环控制调速系统,第5章晶闸管自动调速系统,5.2 单环控制调速系统的限流保护电流截止负反馈,为解决起动时、电机堵转时的过电流,(1) 为什么要采用电流截止负反馈？,(2) 电流截止负反馈的方法,第5章晶闸管自动调速
5、系统,5.2 单环控制调速系统的限流保护电流截至负反馈,第5章晶闸管自动调速系统,5.3 单环控制调速系统的动态数学模型,第5章晶闸管自动调速系统,5.4 单环无静差调速系统,一、带PI调节器的单环调速系统,当且仅当U=0，PI调节器输出不变（稳态），导致Ud不变，转速n不变（稳态/静态）无静差,闭环系统采用采用积分(I,PI，PID)调节，成为无静差调速系统,第5章晶闸管自动调速系统,5.4 单环无静差调速系统,一、带PI调节器的单环调速系统,第5章晶闸管自动调速系统,5.5 电枢区串级控制的调速系统,为了实现转速控制，采用速度反馈。,电枢绕组电流、转速双闭环系统,电流需要控制，需要实现电流
6、反馈,起动时，应使Ia=Iamax，即Te=Temax稳态时，会使Ia=IL，即Te=TL,第5章晶闸管自动调速系统,5.5 电枢区串级控制的调速系统,一、转速电流双闭环调速系统原理,转速调节,电流调节,第5章晶闸管自动调速系统,5.5 电枢区串级控制的调速系统,一、转速电流双闭环调速系统原理,ASR为PI调节器，实现转速无静差ACR为PI调节器，实现电流无静差,ASR为限幅调节器：当 则当 则,当 时，,第5章晶闸管自动调速系统,5.5 电枢区串级控制的调速系统,二、双闭环调速系统动态数学模型,晶闸管整流器,电压平衡方程式,运动方程式,5.5 电枢区串级控制的调速系统,三、双闭环系统的启动过
7、程（三个阶段）,阶段I：电流上升阶段从有转速给定开始，到Ia=Imax为止,阶段II：恒流升速阶段从Ia=Imax开始，转速等于给定值为止,阶段III：转速调节阶段从转速首次到给定值开始，到转速稳定为止,5.7 可逆调速系统,一、可逆调速系统的形成,采用两组电枢电源的晶闸管整流装置正组(VF)工作，给电枢绕组施加正向电压，使电机正转反组(VR)工作，给电枢绕组施加反向电压，使电机反转,两组整流装置都处于整流状态-直流环流(短路)危害：环流过大导致整流装置损坏,环流-流过两组晶闸管整流装置的电流,5.7 可逆调速系统(晶闸管),三、自然环流系统,一组(VF)整流，控制角为，一组(VR)逆变，逆变
8、角为,无直流环流，只有脉动环流的系统,四、交叉反馈环流可控系统,当负载电流Ia很小时，使电路有一定的环流Ih当负载电流Ia较大时，使电路的环流Ih为0。,五、逻辑无环流系统,正组(VF)工作：封锁反组(VR)的触发脉冲反组(VR)工作：封锁正组(VF)的触发脉冲,使电路彻底无环流,第6章 自动调速系统的工程设计,系统设计内容：调节器设计即速度调节器ASR和电流调节器ACR调节器设计：两个方面 (1)类型：选择P、PI、PID(2)参数：比例放大倍数、积分时间常数、微分时间常数性能目标：两个方面(1)跟随性能指标，输出(转速n)与控制(转速给定)之间的指标(2)抗扰性能指标，输出(转速n)与扰动
9、(负载TL)之间的指标设计方法：首先用工程设计方法定性设计与分析，再通过仿真和试验进行验证和校正。工程设计方法：典型系统,第6章 自动调速系统的工程设计,6.1典型系统,一、典型I型系统(有1个积分),(1) 相频特性不穿越-180度线，系统恒稳定,第6章 自动调速系统的工程设计,6.1典型系统,一、典型I型系统,(1)K与跟随性能指标的关系 表6.1(2)参数与抗扰性能指标的关系 表6.3,二阶最佳系统,第6章 自动调速系统的工程设计,6.1典型系统,二、典型II型系统,(1) 相频特性不穿越-180度线，系统恒稳定,第6章 自动调速系统的工程设计,6.1典型系统,(1) h与跟随性能指标的
10、关系 表6.5,最佳系统,二、典型II型系统,中频带宽,按闭环幅频特性峰值确定参数,(2)h与抗扰性能指标的关系 表6.6,第6章 自动调速系统的工程设计,6.2调速系统的串联校正,一、工程设计中的近似处理,任务：非典型系统典型系统,1.高频段小惯性环节的近似处理,2.低频段大惯性环节的近似处理,二、调速系统的串联校正 I型系统：表6.7 II型系统：表6.8,第6章 自动调速系统的工程设计,6.3双闭环调速系统的设计(系统设计),设计内容,设计方法,转速调节器ASR：PI调节器电流调节器ACR：PI调节器,先内环：电流环，ACR的设计后外环：转速环，ASR的设计,第7章 异步电动机变频调速系
11、统,7.2 交直交电压型变频调速系统,转速开环，电压闭环系统,电压控制通道：可控整流，采用电压闭环控制；频率控制通道：调频逆变，开环控制。,结构：三个组成部分两个控制通道,第7章 异步电动机变频调速系统,7.3 交直交电流型变频调速系统,二、转差频率控制的电流型变频调速系统,1.转差频率控制的基本原理,异步电动机电磁转矩可表示为,如果能够控制磁通 不变，则电磁转矩 与转差 近似成正比 。,(1)根据式 f(s)控制定子电流I1，实现m不变。(2)保持m恒定的条件下，s与Te成正比控制。,第7章 异步电动机变频调速系统,7.4 PWM变频调速系统,一、脉宽调制方法(PWM),2.正弦脉宽调制方法
12、,调制波：正弦波，峰值电压为载 波：三角波，峰值电压为,调制度，调制系数,M=1：调制的为最大电压；随着M的减小，调制电压越小；如果M1，正弦波和三角波无交点，不能形成PWM波，导致高次谐波增大。,第8章 异步电动机矢量控制,8.1 异步电动机的动态数学模型(多变量),(a)三相静止交流绕组相差为120度,交流电动机的坐标变换:旋转磁场的等效,(c)两相旋转直流绕组位置差为90度,(b)两相静止交流绕组相差为90度,二、坐标变换和变换矩阵,第8章 异步电动机矢量控制,8.1 异步电动机的动态数学模型(多变量),五、在转子磁场定向的二相旋转坐标系(M-T坐标系)上的数学模型,1.磁链方程,2.
13、电压方程,3.转矩方程,转矩方程与直流电动机相似,第8章 异步电动机矢量控制,8.2异步电动机的矢量控制,一、基本思想,2R/3S的变换,3S/2R的变换,12-2 计算机控制的矢量控制系统,异步电动机的矢量控制系统结构,两个控制通道：M轴控制通道：T轴控制通道：,第9章 无刷直流电动机调速系统,9.1无刷直流电动机工作原理,三部分组成：(1)同步电机本体，转子(永磁)和定子(三相绕组)(2)转子位置传感器，测量转子磁场位置。(3)功率电子线路（三相桥）,9.2 无刷直流电动机的数学模型,一、电压方程,在采用两两通电方式时，任何时刻有两相绕组通电，在每个换相状态(60度以内)，认为磁场(或者反
14、电势)为常数。,从直流电源观测，将功率电子电路、电机作为一体，电压方程式与直流电动机性能相同。,9.2 无刷直流电动机的数学模型,二、电磁转矩和转矩方程,在采用两两通电方式时，任何时刻有两相绕组通电，在每个换相状态(60度以内)，认为磁场(或者反电势)为常数。,转矩描述也与直流电动机相似，因此称为无刷直流电动机。,10.1 数字式的电力传动系统,二、计算机控制系统的采样周期,能够正确反映信号的变化规律，该信号能够被复原。,采样周期基本能够反映信号的变化规律,采样周期不能反映信号的变化规律,采样周期越小越能够正确反映信号的变化规律，但受到计算机运算速度的限制,10.2 计算机控制系统中的数字运算
15、方法,增量式PI调解器,在每一步的运算中，PI调节器需要存贮前次的输出值和前次的误差值。 PID调节器需要存贮前次的输出值和前两次的误差值。,增量式PID调解器,二、数字采样中滤波方法,10.3 计算机控制系统中的Z变换,二、差分变换法,将S平面上的连续传递函数转换为Z平面上的离散传递函数,基本变换关系：,将微分关系变换为差分关系,三、双线性变换法,使用梯形面积逼近积分运算的方法,基本变换关系：,11.1PWM驱动的直流电动机控制系统,一、不可逆的PWM直流电动机驱动电路（电压不能反向,电机不能反转）,电动机得到的平均电压为,称为占空比,11.1PWM驱动的直流电动机控制系统,二、可逆的PWM直流电动机驱动电路 能够反转，能够制动,VT1和VT4导通( t1)VT2和VT3截止(T-t1),双极性PWM控制,11.1PWM驱动的直流电动机控制系统,二、可逆的PWM直流电动机驱动电路,其中占空比,变化范围,11.1PWM驱动的直流电动机控制系统,四、电流与转速的脉动特性,单极性PWM控制,
