电力拖动自动控制系统课件(精)

电力拖动自动控制系统—运动控制系统绪论1，《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》第二版陈伯时机械工业出版社2,《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》第三版陈伯时机械工业出版社3，《电力拖动自动控制系统-运动控制系统》课件汤浩天机械工业出版社4，《电力拖动自动控制系统习题例题集》童福尧机械工业出版社教材电力拖动在国民经济中的作用电力拖动又称电气传动，即以电动机作为原动机驱动生产机械。电力拖动控制系统简称电力拖动系统，是将电能转换为机械能的系统总称，完成生产机械的起动、停止、正反转、调速等任务，使被拖动机械按预定方式运行，满足生产工艺的要求。国际电工委员会将“电力拖动”归入“运动控制”范畴。电力拖动在国民经济中的作用电力拖动自动控制系统由电动机、控制系统和被拖动机械组成，还包括电源、传动机构等。其特点是：功率范围大：几毫瓦至几百兆瓦；调速范围宽：几转至几十万转每分；适用范围广：几乎任何环境和任何负载。电气传动在国民经济起着重要作用，广泛用于冶金、轻工、矿山、石化、航空航天等行业，以及日常生活中，用电量占我国总发电量的60%以上，产品以每年15%的速度递增,市场前景广阔。电力拖动自动控制系统的发展电力拖动可分为调速和不调速，按电机种类又可分为直流拖动和交流拖动，诞生于19世纪，开始是不调速系统。随着制造技术越来越复杂，生产工艺要求越来越高，要求电机具有具体的转速、并能较快地起动和停止，并能正反转，从而推动调速技术的发展。用来调速的装置主要是各种电力电子变流器，它能为电机提供可变的直流或交流电源。电力电子技术的前身是汞整流器和晶闸管变流技术，1957年晶闸管诞生标志着电力电子技术的问世。第一代整流器时代：1960-1980，以晶闸管（SCR）及其相控变流技术为代表。第二代逆变时代：1980-1990，以大功率晶体管（CRT）和可关断晶闸管（GTO）等自关断电力电子器件及其逆变技术为代表。第三代变频时代：1990后，以复合电力电子器件(主要有绝缘栅双极晶体管IGBT、金属-氧化物-半导体型场效应管-MOS场效应管)及其变频技术为代表，器件关断速度快、工作频率高，使得变频和逆变技术空前发展。电力拖动自动控制系统的发展21世纪进入电力电子智能化时代，特点是电力电子器件及其控制装置智能化，从而使变频和逆变技术智能化。电力电子技术的发展促进了电力拖动自动控制系统的迅速发展，进一步实现了电力拖动系统的高效节能和优化控制。电力拖动和自动控制技术的发展密切相关，控制系统通过电力电子器件为电机提供了可以控制的电源，是弱电控制强电的媒介。电力拖动自动控制系统的发展电力拖动系统开始是直流拖动系统，直流电机转速与电压有着简单的直线关系，可通过改变电源电压等简单手段可方便地实现调速，最初是有触点控制，通过切换电枢和磁场回路电阻实现有级调速，后发展为无触点控制实现了无级调速。特别是1957年晶闸管问世后，控制直流电压在直流调速中占主导地位，直流电机具有控制简单、响应速度快、运行稳定、调速范围宽等有点，很长期占据电力拖动的主流，至今仍有应用。电力拖动自动控制系统的发展但是，直流电机有一个致命弱点，电刷和换向器不但使其生产、运行成本高，而且严重影响其使用寿命和可靠性、换向器电流不能过大限制了直流电机的容量，也制约了直流拖动系统的进一步发展，近年来直流调速系统发展明显落后交流调速系统，直流调速系统最终将被交流调速系统取代。电力拖动自动控制系统的发展交流电机具有结构简单、可靠、价格低等优点，不调速的地方几乎都采用交流电机。交流电机发展缓慢的原因是改变其电源频率和转矩控制非常困难，不能满足生产要求。随着电力电子技术的飞速发展，由全控型高频率开关器件组成的脉宽调制逆变器（PWM）取代了晶闸管方波型逆变器，更有正弦波脉宽调制逆变器（SPWM）增强了变频器的功能和应用范围。交流电机控制技术又使其转矩能有效控制，转速响应速度大大提高。电力拖动自动控制系统的发展1971年，西门子F.Blaschke(布拉施克)提出了矢量变换控制原理解决了转矩控制问题；1985年德国鲁尔大学M.Depenbrock提出了直接转矩控制理论，简化了矢量变换控制原理的复杂计算；各种现代控制理论的发展也使得交流电机控制技术迅速发展。微处理机引入控制系统，使模拟控制向数字化方向发展，从单片机到DSP，从DSP到RISC（简单指令集计算机），使各种算法得以快速实现，拓宽了交流调速的应用领域，不但简化了控制系统的硬件结构，而且提高了控制性能，降低了电机能耗，交流调速系统将成为电力拖动系统的主要力量。电力拖动自动控制系统的发展第1篇直流拖动系统和随动系统第二章多环控制的直流调速系统第一章闭环控制的直流调速系统第四章直流脉宽调速系统第三章可逆调速系统课程主要内容第五章位置随动系统第2篇交流调速系统第六章交流调速系统的基本类型和交流变压调速系统第八章绕线转子异步电动机串级调速系统—转差功率回馈型调速系统第七章异步电机的变压变频调速系统（VVVF系统）—转差功率不变型调速系统第1篇直流拖动系统和随动系统概述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得到了广泛的应用。直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。据直流电机转速方程（1-1），可得出3种调速方式1)-(1eKIRUn直流调速方法式中n—转速（r/min）；U—电枢电压（V）；I—电枢电流（A）；R—电枢回路总电阻（）；Φ—励磁磁通（Wb）；Ke—由电机结构决定的电动势常数。这三种调节电动机的转速的方法分别是：（1）调节电枢供电电压U；（调压调速）（2）改变电枢回路电阻R。（调阻调速）（3）减弱励磁磁通；（调磁调速）直流调速方法（1）调压调速工作条件：保持励磁=N；保持电阻R=R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。nn0nNIIL0调压调速特性曲线UNn1U1n2U2n3U3（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。nn0nN0Ran1R1n2R2n3R3调阻调速特性曲线（3）调磁调速工作条件：保持电压U=UN；保持电阻R=Ra；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。nn0OTeTLNnN1n12n23n3调磁调速特性曲线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（即电机额定转速）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。电动机正转和反转电路图返回轧钢轻工采矿航天日常生活返回