電力拖動自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)課程總結(jié)

1、電力拖動自動控制系統(tǒng)課程總結(jié)課程總結(jié)一、內(nèi)容提要直流調(diào)速系統(tǒng)；單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制交流調(diào)速系統(tǒng)；異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)異步電動機雙饋調(diào)速系統(tǒng)二、直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)晶閘管晶閘管-電動機系統(tǒng)（電動機系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）系統(tǒng)） 晶閘管晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)，又系統(tǒng)，又稱靜止的稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)），系統(tǒng)），VT是晶閘是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制的控制電壓電壓 Uc 來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改

2、變整流電壓流電壓Ud ，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。靜止式可控整流器靜止式可控整流器圖1-1 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)） V-M系統(tǒng)的問題n由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。n晶閘管對過電壓、過電流和過高的dV/dt與di/dt 都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。n由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”。V-M系統(tǒng)的幾個主要問題：（1）觸發(fā)脈沖相位控制；（2）電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)；（3）抑制電流脈動的措施；（4）晶閘管-電動機系統(tǒng)的機械特性；（5）晶閘管觸發(fā)和整流裝置的

3、放大系數(shù)和 傳遞函數(shù)。 （1）觸發(fā)脈沖相位控制整流與逆變狀態(tài)當(dāng) 0 0 ，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； 當(dāng) /2 max 時， Ud0 0 ，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。 為避免逆變顛覆，應(yīng)設(shè)置最大的移相角限制。(2) 抑制電流脈動的措施抑制電流脈動的措施 在V-M系統(tǒng)中，脈動電流會產(chǎn)生脈動的轉(zhuǎn)矩，對生產(chǎn)機械不利，同時也增加電機的發(fā)熱。為了避免或減輕這種影響，須采用抑制電流脈動的措施，主要是：n設(shè)置平波電抗器；n增加整流電路相數(shù)；n采用多重化技術(shù)。圖1-2 完整的V-M系統(tǒng)機械特性（3）V-M系統(tǒng) 機械特性V-M系統(tǒng)機械特性的特點 圖1-2繪出了完整的V-M系

4、統(tǒng)機械特性，分為電流連續(xù)區(qū)和電流斷續(xù)區(qū)。由圖可見：n當(dāng)電流連續(xù)時，特性還比較硬；n斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。 （4）晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu)sTsseKUc(s)Ud0(s)1sTKssUc(s)Ud0(s)(a) 準確的（b） 近似的圖1-3 晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu)圖ssss返回目錄返回目錄2、直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（1）PWM變換器的工作狀態(tài)和波形；（2）直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的機械特性；（3）PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型；（4）電能回饋與泵升電壓的限制。1. 不可逆PWM變換器（1）簡單的不可逆）簡單的不可逆PWM變換器變換器 簡單的不可逆PWM變換器-

5、直流電動機系統(tǒng)主電路原理圖如圖1-4所示，功率開關(guān)器件可以是任意一種全控型開關(guān)器件，這樣的電路又稱直流降壓斬波器。 圖1-4 簡單的不可逆PWM變換器-直流電動機系統(tǒng) VDUs+UgCVTidM+_E（a）電路原理圖 M 主電路結(jié)構(gòu)21工作狀態(tài)與波形在一個開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0 t ton時，Ug為正，VT導(dǎo)通，電源電壓通過VT加到電動機電樞兩端；當(dāng)ton t T 時， Ug為負，VT關(guān)斷，電樞失去電源，經(jīng)VD續(xù)流。U, iUdEidUsttonT0圖1-5 電壓和電流波形O（2）有制動的不可逆PWM變換器電路 在簡單的不可逆電路中電流不能反向，因而沒有制動能力，只能作單象限運行。需要制動時，必須為

6、反向電流提供通路，如圖1-6所示的雙管交替開關(guān)電路。當(dāng)VT1 導(dǎo)通時，流過正向電流 + id ，VT2 導(dǎo)通時，流過 id 。應(yīng)注意，這個電路還是不可逆的，只能工作在第一、二象限， 因為平均電壓 Ud 并沒有改變極性。圖1-6 有制動電流通路的不可逆PWM變換器 主電路結(jié)構(gòu)M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+MVT2Ug2VT1Ug1表表1-1 二象限不可逆二象限不可逆PWM變換器的不同工作狀態(tài)變換器的不同工作狀態(tài)2. 橋式可逆PWM變換器 可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖1-7所示。 這時，電動機M兩端電壓的極性隨開關(guān)器件柵極驅(qū)動

7、電壓極性的變化而改變，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，這里只著重分析最常用的雙極式控制的可逆PWM變換器。+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4圖1-7 橋式可逆PWM變換器n H形主電路結(jié)構(gòu)n 雙極式控制方式（1）正向運行：n第1階段，在 0 t ton 期間， Ug1 、 Ug4為正， VT1 、 VT4導(dǎo)通， Ug2 、 Ug3為負，VT2 、 VT3截止，電流 id 沿回路1流通，電動機M兩端電壓UAB = +Us ；n第2階段，在ton t T期間， Ug1 、

8、Ug4為負， VT1 、 VT4截止， VD2 、 VD3續(xù)流， 并鉗位使VT2 、 VT3保持截止，電流 id 沿回路2流通，電動機M兩端電壓UAB = Us ；n 雙極式控制方式（續(xù)）（2）反向運行：n第1階段，在 0 t ton 期間， Ug2 、 Ug3為負，VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 續(xù)流，并鉗位使 VT1 、 VT4截止，電流 id 沿回路4流通，電動機M兩端電壓UAB = +Us ；n第2階段，在ton t T 期間， Ug2 、 Ug3 為正， VT2 、 VT3導(dǎo)通， Ug1 、 Ug4為負，使VT1 、 VT4保持截止，電流 id 沿回路3流通，電動機M兩

9、端電壓UAB = Us ；n 輸出波形U, iUdEid+UsttonT0-UsOb) 正向電動運行波形U, iUdEid+UsttonT0-UsOc) 反向電動運行波形n 性能評價 雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列優(yōu)點：（1）電流一定連續(xù)；（2）可使電機在四象限運行；（3）電機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達1:20000左右；（5）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 n 性能評價（續(xù)） 雙極式控制方式的不足之處是： 在工作過程中，4個開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故

10、，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時。 (1-26)或用轉(zhuǎn)矩表示， (1-27)式中 Cm = KmN 電機在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)； n0 = Us / Ce 理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比。de0deesICRnICRCUnn (2) 直流PWM系統(tǒng)的機械特性方程eme0emeesTCCRnTCCRCUnnId , TeavOn0s0.75n0s0.5n0s0.25n0sId , Teav = 1 = 0.75 = 0.5 = 0.25n PWM調(diào)速系統(tǒng)機械特性圖1-8 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機械特性曲線（電流連續(xù)），n0sUs /Ce(3)PWM控制控制與與變換器變換器的的數(shù)

11、學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 PWM控制與變換器（簡稱PWM裝置）也可以看成是一個滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成（1-28）sTKsUsUsWse)()()(scds其中 Ks PWM裝置的放大系數(shù)； Ts PWM裝置的延遲時間， Ts T0 。 C C+(4) 電能回饋與泵升電壓的限制電能回饋與泵升電壓的限制 PWM變換器的直流電源通常由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓，電容C同時對感性負載的無功功率起儲能緩沖作用。 n 泵升電壓產(chǎn)生的原因 對于PWM變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當(dāng)電機制動時吸收運行系統(tǒng)動能的作用。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能

12、回饋電能，電機制動時只好對濾波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，稱作“泵升電壓”。 電力電子器件的耐壓限制著最高泵升電壓，因此電容量就不可能很小，一般幾千瓦的調(diào)速系統(tǒng)所需的電容量達到數(shù)千微法。 在大容量或負載有較大慣量的系統(tǒng)中，不可能只靠電容器來限制泵升電壓，這時，可以采用下圖中的鎮(zhèn)流電阻 Rb 來消耗掉部分動能。分流電路靠開關(guān)器件 VTb 在泵升電壓達到允許數(shù)值時接通。 n 泵升電壓限制n 泵升電壓限制電路過電壓信號UsRbVTbC+PWM系統(tǒng)的優(yōu)越性n主電路線路簡單，需用的功率器件少；n開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較??；n低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；n系統(tǒng)頻帶

13、寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強；n功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；n直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。返回目錄返回目錄3 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性開環(huán)系統(tǒng)特性和閉環(huán)系統(tǒng)特性的關(guān)系反饋控制規(guī)律限流保護電流截止負反饋1). 控制要求（1）調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級）或 平滑地（無級）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、

14、減速頻繁起、制動的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起，制動盡量平穩(wěn)。調(diào)速指標調(diào)速范圍：調(diào)速范圍： 生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D 表示，即（1-31）minmaxnnD 其中nmin 和nmax 一般都指電機額定負載時的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負載很輕的機械，例如精密磨床，也可用實際負載時的轉(zhuǎn)速。 靜差率：靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 nN ，與理想空載轉(zhuǎn)速 n0 之比，稱作靜差率 s ，即0Nnns或用百分數(shù)表示 %1000Nnns（1-32） （1-33） 式中 nN =

15、n0 - nN n2) 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性圖1-9 采用轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+-+UnUn U*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntgn 調(diào)節(jié)原理 在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，與電動機同軸安裝一臺測速發(fā)電機 TG ，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓Un ，與給定電壓 U*n 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓 Un ，經(jīng)過放大器 A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE的控制電壓Uc ，用以控制電動機轉(zhuǎn)速 n。轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下： 電壓比較環(huán)節(jié) n*nnUUU放大器 npcUKU電力

16、電子變換器 cs0dUKU調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性 ed0dCRIUn測速反饋環(huán)節(jié) nUnn 穩(wěn)態(tài)關(guān)系 從上述五個關(guān)系式中消去中間變量，整理后，即得轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式（1-35） )1 ()1 ()/1 (ede*nspesped*nspKCRIKCUKKCKKCRIUKKn n 靜特性方程KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- IdR-UnKsn 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖1-10 轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖反饋控制規(guī)律反饋控制規(guī)律 轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，它具有以下三個基本特征，也就是反饋控制的基本規(guī)律，各種不另加其他調(diào)節(jié)器的基本

17、反饋控制系統(tǒng)都服從于這些規(guī)律。 1. 被調(diào)量有靜差 從靜特性分析中可以看出，由于采用了比例放大器，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。然而，Kp =常數(shù)，穩(wěn)態(tài)速差就只能減小，卻不可能消除。因為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為 只有 K = ，才能使 ncl = 0，而這是不可能的。因此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)叫做有靜差調(diào)速系統(tǒng)。實際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進行控制的。)(edcKICRInl2. 抵抗擾動, 服從給定 反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動作用，但對給定作用的變化則唯命是從。擾動除給定信號外，作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會引起輸

18、出量變化的因素都叫做“擾動作用”。 n 結(jié)論： 反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負反饋環(huán)內(nèi)夠有效地抑制一切被包在負反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動作用；另一方面，前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對給定信則緊緊地跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從的。號的任何變化都是唯命是從的。3) 限流保護限流保護電流截止負反饋電流截止負反饋 問題的提出：n起動的沖擊電流直流電動機全電壓起動時，如果沒有限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電機換向不利，對過載能力低的電力電子器件來說，更是不能允許的。n閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動的沖

19、擊電流采用轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的 1+K 倍。 n 電流負反饋作用機理 為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。 根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個物理量的負反饋。那么，引入電流負反饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過允許值。n 電流截止負反饋 考慮到，限流作用只需在起動和堵轉(zhuǎn)時起作用，正常運行時應(yīng)讓電流自由地隨著負載增減。 如果采用某種方法，當(dāng)電流大到一定程度時才接入電流負反饋以限制電流，而電流正常時僅有

20、轉(zhuǎn)速負反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。這種方法叫做電流截止負反饋，簡稱截流反饋。電流截止負反饋環(huán)節(jié) 圖1-11 電流截止負反饋環(huán)節(jié)a）利用獨立直流電源作比較電壓M+- UdId RsVDUi Ucom接放大器Mb) 利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓 UbrM+- UdId RsVSTUi接放大器M電流截止負反饋環(huán)節(jié)（續(xù)）c) 封鎖運算放大器的電流截止負反饋環(huán)節(jié) UbrM+- UdId RsVSUi+R1UexUinR0+VTM反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析和設(shè)計動態(tài)分析和設(shè)計反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件動態(tài)校正PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計舉例與參

21、數(shù)計算閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖1-36 反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖n(s)U*n (s)IdL (s) Uct (s)Un (s)+- KsTss+1KP1/Ce TmTl s2+Tms+1 +-R (Tl s+1)Ud0 (s)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) 由圖可見，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是 ) 1)(1()(m2mssTsTTsTKsWl式中 K = Kp Ks / Ce （1-56） 調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) 設(shè)Idl=0，從給定輸入作用上看，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是 111)(1)1 () 1)(1(/) 1)(1(/1) 1)(1(/)(sm2sm3smesp

22、m2msespm2msespm2msespcsKTTsKTTTsKTTTKCKKKsTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsWllllll（1-57） 4) 動態(tài)校正動態(tài)校正PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計調(diào)節(jié)器的設(shè)計 在設(shè)計閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時，常常會遇到動態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標發(fā)生矛盾的情況（如例題1-5，或例題1-7中要求更高調(diào)速范圍時），這時，必須設(shè)計合適的動態(tài)校正裝置，用來改造系統(tǒng)，使它同時滿足動態(tài)穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)指標兩方面的要求。設(shè)計步驟n系統(tǒng)建模首先應(yīng)進行總體設(shè)計，選擇基本部件，按穩(wěn)態(tài)性能指標計算參數(shù)，形成基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。n系統(tǒng)分析建立原始系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，畫出其伯德

23、圖，檢查它的穩(wěn)定性和其他動態(tài)性能。n系統(tǒng)設(shè)計如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，或動態(tài)性能不好，就必須配置合適的動態(tài)校正裝置，使校正后的系統(tǒng)全面滿足性能要求。n轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性；n雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動態(tài)性能分析；n調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法；n按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器n弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)b) 理想的快速起動過程IdLntIdOIdma) 帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖2-1 直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形1. 理想的起動過程IdLntIdOIdmIdcr2.1.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組轉(zhuǎn)

24、速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成成 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套（或稱串級）聯(lián)接如下圖所示。TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+圖2-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. 系統(tǒng)的組成ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測速發(fā)電機TA電流互感器 UPE電力電子變換器內(nèi)環(huán)外 環(huán)系統(tǒng)原理圖圖2-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACR

25、LMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 和動態(tài)性能分析和動態(tài)性能分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型起動過程分析動態(tài)抗擾性能分析轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用1. 系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 U*n Uc-IdLnUd0Un+- +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E2. 數(shù)學(xué)模型 圖中WASR(s)和WACR(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有 ssKsWnnnASR1)(ssKsWiiiACR1)(2.2

26、.2 起動過程分析起動過程分析 前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要首先探討它的起動過程。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程示于下圖。圖2-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形 n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 2.3 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法2.3.0 問題的提出問題的提出必要性： 用經(jīng)典的動態(tài)校正方法設(shè)計調(diào)節(jié)器須同時解決穩(wěn)、準、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性能要求，需要設(shè)計者有扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的實

27、踐經(jīng)驗，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立實用的設(shè)計方法。問題的提出（續(xù)） 可能性： 大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動自動控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對照，設(shè)計過程就簡便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計方法的可能性。 設(shè)計方法的原則 ：（1）概念清楚、易懂；（2）計算公式簡明、好記；（3）不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；（4）能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡單的計算公式；（5）適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。2.3.6 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似

28、 處理處理非典型系統(tǒng)的典型化非典型系統(tǒng)的典型化1. 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇基本思路: 將控制對象校正成為典型系統(tǒng)。系統(tǒng)校正控制對象 調(diào)節(jié)器 輸入輸出典型系統(tǒng) 輸入輸出2.4 按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 本節(jié)將應(yīng)用前述的工程設(shè)計方法來設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器。主要內(nèi)容為w系統(tǒng)設(shè)計對象w系統(tǒng)設(shè)計原則w系統(tǒng)設(shè)計步驟2. 系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)設(shè)計的一般原則： “先內(nèi)環(huán)后外環(huán)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)” 從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。設(shè)計分為以下幾個步驟：1.

29、電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計3 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制微型計算機數(shù)字控制的主要特點 微機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件 數(shù)字測速與濾波 數(shù)字PI調(diào)節(jié)器用離散控制系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字控制器 第第 2 篇篇交流拖動控制系統(tǒng)交流拖動控制系統(tǒng)內(nèi)容提要內(nèi)容提要概述交流調(diào)速系統(tǒng)的主要類型交流變壓調(diào)速系統(tǒng)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)*繞線

30、轉(zhuǎn)子異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)*同步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 第第 5 章章閉環(huán)控制的異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng) 一種轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) 本章提要本章提要異步電動機變壓調(diào)速電路異步電動機變壓調(diào)速電路異步電異步電動動機改變電壓時的機械特性機改變電壓時的機械特性閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)差功率損耗分析轉(zhuǎn)差功率損耗分析變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運行中的應(yīng)用中的應(yīng)用5.3 閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)控制

31、的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 采用普通異步電機的變電壓調(diào)速時，調(diào)速范圍很窄，采用高轉(zhuǎn)子電阻的力矩電機可以增大調(diào)速范圍，但機械特性又變軟，因而當(dāng)負載變化時靜差率很大（見圖5-5），開環(huán)控制很難解決這個矛盾。 為此，對于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負載，要求調(diào)速范圍大于D=2時，往往采用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)（見圖5-6a）。1. 系統(tǒng)組成圖5-6 帶轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)ASRU*n+-UnGT+M3TGa)原理圖 -Ucn2. 系統(tǒng)靜特性eTOnn0TLUsNAAAUs min恒轉(zhuǎn)矩負載特性圖5-6b 閉環(huán)控制變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性U*n3U*n1U*n2 變壓調(diào)速系統(tǒng)的特點 異步電機閉環(huán)變壓調(diào)速系

32、統(tǒng)不同于直流電機閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的地方是：靜特性左右兩邊都有極限，不能無限延長，它們是額定電壓 UsN 下的機械特性和最小輸出電壓Usmin下的機械特性。 當(dāng)負載變化時，如果電壓調(diào)節(jié)到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，系統(tǒng)的工作點只能沿著極限開環(huán)特性變化。3. 系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu) Ksn=f(Us,Te) ASRU*nUnUcUs-TLn圖5-7 異步電機閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖5-8 異步電動機閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 MA異步電機 FBS測速反饋環(huán)節(jié) WFBS(s) U*n(s)Un(s)Uc (s)-n(s)WASR(s)WGT-V (s)WMA (s)Us(s)異步電

33、機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)異步電機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（VVVF系統(tǒng)）系統(tǒng)）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)第第 6 章章本章提要本章提要變壓變頻調(diào)速的基本控制方式異步電動機電壓頻率協(xié)調(diào)控制時的機械特性*電力電子變壓變頻器的主要類型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)基于異步電動機穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻調(diào)速異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和坐標變換基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 1. 恒壓頻比控制（ Us /1 ） 為了近似地保持氣隙磁通不變，以便充分利用電機鐵心，發(fā)揮電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力，在基頻以下須采用恒壓頻比控制。這時，同步轉(zhuǎn)速自然要隨頻率變

34、化。 p10260nn（6-7） 0s10Te幾種電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式的特性比較圖6-6 不同電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式時的機械特性恒 Er /1 控制恒 Eg /1 控制恒 Us /1 控制ab c*6.3.1 交交-直直-交和交交和交-交變壓變頻器交變壓變頻器 從整體結(jié)構(gòu)上看，電力電子變壓變頻器可分為交-直-交和交-交兩大類。 1.交交-直直-交變壓變頻器交變壓變頻器 交-直-交變壓變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流，如下圖所示。 交-直-交變壓變頻器基本結(jié)構(gòu)圖6-9 交-直-交（間接）變壓變頻器 變壓變頻變壓變頻(VVVF)中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻恒壓恒頻(CVCF)逆變逆變DCACAC50Hz整流整流 交-直-交PWM變壓變頻器基本結(jié)構(gòu)圖6-10 交-直-交PWM變壓變頻器