第1讲《电力拖动自动控制系统》第三版陈伯时

《电机拖动与控制技术》电气工程系郑诗程2014.02电机在国民经济中的应用电机是完成多种能量形式转换的有效工具，而电能又是最容易实现传输、变换的能量形式，可以说，如果没有电机就没有现代工业，下面就电能的产生、传输和利用等多个方面来说明电机在国民经济中的作用。一个完整的发电、传输、用电系统葛洲坝水利枢纽工程三峡电站三峡水力发电机组三峡电站的水轮发电机－当时全球最大的水轮发电机全国最大的火力发电厂江苏谏壁发电站火力发电机组丹麦生产的风力发电机组大型电力变压器配电变压器电路板上所使用的低压变换变压器手机震动电机直流电机直流电机模型直流电机模型电动自行车所用的无刷直流电机交流异步电机概况电能是现代大量应用的一种能量形式。电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制等，都必须利用电机作为能量转换或信号变换的机电装置。不论是旋转电机的能量转换还是控制电机的信号变换，都是通过电磁感应作用而实现的。概况电机的发展可以分成三个时期：1.直流电机的产生和形成；2.交流电机的形成；3.电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善；概况对电机的要求由性能良好、运行可靠、单位容量的重量轻、体积小（旋转电机）等发展到高精度、快响应的（控制电机），如今控制电机已经成为一个非常重要的分支。概况电力拖动控制系统最初是继电器－接触器型的，属于有触点、断续型控制系统，也称为继电器－接触器自动控制系统。电力拖动控制系统现在是无触点、连续型控制系统（采用功率器件）。概况电机拖动的发展：直流拖动---无耦合、调速性能好，但是结构复杂、难维护、价格昂贵、转动惯量大等交流拖动---强耦合、调速性能差，但是结构简单、易维护、价格便宜、转动惯量小等直流拖动交流拖动---基本无耦合、调速性能好等和控制技术的发展电力电子技术性质与任务性质：是电气工程及其自动化专业的专业基础课；任务：掌握交、直流电机拖动的工作原理（教材1）以及交、直流电机调速控制系统的分析与设计等（教材2）。注：教材1为顾绳谷教授主编《电机及拖动基础》下册教材2为陈伯时教授主编《电力拖动自动控制系统》第一篇直流拖动控制系统绪论1电力拖动系统的动力学基础直流电机及其拖动闭环控制的直流调速系统第1章第2章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法（教材1）（教材2）（教材2）注：教材1为顾绳谷教授主编《电机及拖动基础》下册教材2为陈伯时教授主编《电力拖动自动控制系统》第二篇交流拖动控制系统绪论2异步电机及其拖动第6章笼型异步电动机变压变频调速系统（VVVF系统）（教材1）（教材2）第7章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第8章同步电动机变压变频调速系统1.了解电力拖动基本概念；2.熟悉电力拖动系统运动方程式；3.掌握拖动转矩和负载转矩的概念。重点：运动方程式和负载转矩。电力拖动系统的动力学基础第一节电力拖动系统的运动方程式电力拖动装置常包含电动机、工作机构、控制设备及电源等四个组成部分。在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴（因为电动机速度较快而工作机构速度一般较慢！），而在二者之间有传动机构，它把电动机的运动经过中间变速或变换运动方式后再传给生产机械的工作机构。电动自行车？电力拖动？拖动？电机传动机构斜齿轮减速电机采用电力拖动主要原因现代化生产中，多数生产机械都采用电力拖动，主要原因是：1.电能的运输、分配、控制方便经济。2.电动机的种类和规格很多，它们具有各种各样的特性，能很好的满足大多数生产机械的不同要求。3.电力拖动系统的操作和控制简便，可以实现自动控制和远距离操作等等。一、运动方程式对于直线运动tvmFFzdd由牛顿运动定律，可得（1）（2）对于旋转运动。：惯性转矩或加速转矩阻转矩或负载转矩；拖动转矩；tJTTZdd::tJTTzdd式中m与G——旋转部分的质量（kg）与重量（N）ρ与D——惯性半径与直径（m）可推出常用的运动方程式如下（3）由式（3）可知电机的各种运动状态：tnGDTTzdd3752gJGDmNGD4222），称为飞轮惯量（式中，1、当zTT0ddtn电动机静止或等速旋转，电力拖动系统处于稳定运转状态下。2、当zTT0ddtn电力拖动系统处于加速状态3、当zTT0ddtn电力拖动系统处于减速状态二、运动方程式中转矩的正负符号分析运动方程式的一般形式tnGDTTzdd375)(2规定某个转动方向为正方向，则转矩T正向取正，反向取负；阻转矩Tz正向取负，反向取正。三、各种形状旋转体转动惯量的计算1.旋转轴通过该物体的重心计算旋转物体的转动惯量分两种情况：。的重心到旋转轴的距离－－该部分质量；该物体某个组成部分的iiimrmkiiimrJ12对于质量连续分布的物体用相应的定积分计算如下VdmrJ2近年来，随着制造业自动化程度的提高，各种各样的机器人越来越广泛地应用于生产第一线。这一类生产机械的转动惯量是机器人控制系统中的重要参数，因此，需要计算各种形状旋转体的转动惯量。2.旋转轴为不通过该物体重心的任意轴时，该物体的转动惯量是它围绕着不通过其重心的任意轴旋转的转动惯量（J）与它围绕穿过自身重心且平行于该任意轴线旋转的转动惯量（J’）之和。2'mLJJ2mJ根据以上方法，可以推导出几种常见的旋转物体转动惯量的计算方法如下：1）以ρ为半径，以O为旋转轴线，质量为m的旋转小球（小球自身的半径与ρ相比充分小）的转动惯量：2mLJJ2）圆环柱体)(22221mJ3）圆柱体自身的中轴线O为旋转轴线22mJ4）长度为L，宽度为d，质量为m的长方体)(1222dLmJ如果宽度d与长度L相比充分小,则为212LmJ5）长方体的质量为m，以O为旋转轴线)(3212221mJ6）旋转圆锥体23.0mrJ7）圆柱体（圆杆），转轴垂直于圆杆的轴线且穿过它的重心)3(1222rLmJ8）圆柱体（圆杆），转轴垂直于圆杆的轴线且距离圆杆一端的距离为d)121234(12222ddLrLmJ