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电力拖动控制系统,讲课教师：万山明电话：87784726（H），87542626转8104（O）办公地点：电机楼_前楼104,开课系:电气学院电机及控制系,绪论,本课程在电气学科中的位置本课程与先修课程的关系教材、参考教材本课程的学习内容教学安排电力拖动控制系统的发展动向,1.本课程在电气学科中的位置,电能的“生产、变换、传输、分配和使用”的示意图电能主要用于电力拖动系统电动机希望对电力拖动系统有更多的干预和控制电机调速系统,本课程在电气学科中的位置,“电气工程”是要研究电能在生产、传输、分配及使用过程中的全部工程问题，最重要的是“发电”和“用电”这两个核心环节，而电力拖动控制系统正是用电环节的主要技术，因此电力拖动控制系统是宽口径“电气工程及其自动化”专业的学生应掌握的课程。,课程的目的与任务,本课程涉及面广、综合性强，将用到学生前3年所学的全部带“电”的课程的内容，并进一步拓宽学生的知识面。培养学生综合分析问题、解决问题的能力。,课程在介绍了电机拖动基础知识之后着重介绍了各种直流调速系统与交流调速系统，对各种调速系统的构成、运行原理、控制方法等进行了详细的介绍和分析。在直流调速系统中，从基本控制原理到系统的控制规律及其静、动态性能等各方面都作了详细的分析。在交流调速系统中，介绍了异步电机、同步电机、无刷直流电机、开关磁阻电机等电机的各种调速技术。,也是为进一步进入电机及其控制、电力电子与电气传动、工业自动化等二级学科研究生学习的本科生开设的主要专业课程之一。,2.本课程与先修课程的关系,先修课程:电机学电力电子学自动控制理论检测技术电子技术基础微机及其接口技术,综合性强，涉及面广，,电力拖动控制系统例:p182,图9-17,(图0-2),无刷直流电动机系统,3.教材、参考教材,参考教材：电力拖动自动控制系统第2版，陈伯时主编;电机及拖动基础，顾绳谷主编;其它有关直流调速系统、交流调速系统的书；,教材：电力拖动控制系统，马志源编著，科学出版社，2004年第1版,4.本课程的学习内容,交流调速系统交流调压调速第5章串级调速第6章交流变频调速他控式第7、8章自控式第9章矢量控制第10、11章,电力拖动基础第1章,直流调速系统第2、3、4章,5.教学安排,讲课:40学时共11章，实验:8学时分2次：1.直流调速系统2.交流变频调速系统时间另行通知；地点：西二楼1楼电机实验室考试：闭卷成绩：平时（含点名）5分实验15分考试80分100分,6.电力拖动控制系统的发展动向,20世纪60年代以前，调速系统是以直流机组为主，20世纪60年代，开始有晶闸管构成的直流V-M系统。20世纪70年代开始，研究交流调速系统。20世纪80年代之后，交流调速系统已成为调速系统的主流。,交流调速系统仍在不断的发展和完善，目前主要的发展有如下一些动向：,(1)新型调速电机。(2)新型变流装置和变流技术。(3)新的控制策略。(4)无速度（位置）检测器的速度（位置）检测技术。(5)全数字化控制及集成化技术。,电力拖动控制系统的发展极为迅速：,第1章电力拖动基础,1.1电力拖动系统的运动方程1.2电力拖动系统的机械特性1.3他励直流电动机的起动、调速与制动1.4异步电动机的起动、调速与制动,用各种原动机带动生产或工作机械（负载）产生运动，以完成一定的任务。,1.1.1电力拖动系统的构成,1.1电力拖动系统的运动方程,一、“电力拖动”的概念,1.拖动：,用各种电动机作为原动机的拖动方式。,电力拖动控制系统：1.电机及负载2.电力电子变换器（主电路）3.控制器4.检测、反馈装置,电力拖动系统，四个组成部分：1.电动机2.电机控制装置3.机械传动机构4.工作机械,二、电力拖动系统的构成,三、电力拖动控制系统结构框图,2.电力拖动：,1.1.2机械传动机构与工作机械的折算,物理量：转矩（力）、转速（速度）、转动惯量（质量）单位：Nm（N）、rad/s（m/s)、kgm2(kg),1折算的概念及折算原则,1）折算的概念：,折算把一个多轴系统用一个单轴系统或单拖动（推动）系统来取代。,a）保持折算前后两个系统传送的功率相同b）保持折算前后两个系统储存的动能相同,2）折算原则：,3）折算的物理量：,多轴系统,单轴系统,能量守恒,例，负载轴的动能在折算前后相等，有：,2.折算到电机旋转轴上,（1）负载转矩Tl的折算,.电动机工作在电动状态时,.电动机工作在发电制动状态时,根据功率相等原则：,传动损耗由电动机承担，,传动损耗功率由工作机构承担,传动效率,得负载转矩折算式为：,得负载转矩折算式为：,式中，速比,（2）转动惯量J的折算,根据动能相等原则，系统储存的动能相等。,总转动惯量是J为：,得：,例，把电机轴的旋转动能折算为直线运动动能后，两者相等：,3.折算到直线运动的工作机构上,以电动汽车为例，把旋转的量折算到工作机械方。,（1）拖动力F的折算,（2）运动质量m的折算,有：,根据功率相等原则：,根据动能相等原则，系统储存的动能相等。,得电机轴的直线运动质量为：,总拖动质量为：,总拖动质量m是电动汽车总质量加上旋转部分的折算值,1.1.3电力拖动系统的运动方程,对直线运动，运动方程为,对旋转运动，运动方程为,式中：G重量（N）；g重力加速度，g=9.81m/s2；D惯性直径（m）；惯性半径（m）,的实用形式为,称为飞轮矩,工程上，习惯使用工程单位：转速为n(r/min)，转动惯量用飞轮矩GD2(Nm2)。,1.1.4速度控制的本质是对转矩的控制,一、由运动方程式,可知：,当T=Tl时，d/dt=0，电力拖动系统处在匀速旋转（含静止不动）的稳态中。,，,当TTl时，d/dt0，电力拖动系统处在加速（或反向减速）状态。,当Tn0，即电机反电势。,位能性负载拖动电动机转动时，,在调压调速中突然降低端电压以及弱磁调速中突然增加磁通时。,突然降压产生回馈制动分析：,动态制动,电动,3反接制动,4倒拉反转制动,b）能量传递简图,a）机械特性图,条件：电枢电压反向,串入Rj的目的,电机最终的稳态运行点,制动停车用时切断电源方法,条件：1)电枢正电压；2）位能性负载；3）电机反转；4）串电阻（非必要）,制动停车过程为动态过程,倒拉反转制动是稳态运行,1.4异步电动机的起动、调速与制动,1.4.1异步电动机的机械特性,1固有机械特性,转矩的物理表达式,转矩的参数表达式（额定参数时即为固有机械特性表达式）,2人工机械特性,a)改变输入电压b)绕线式转子回路串电阻c)改变电源频率d)改变极对数,1.4.2异步电动机的起动,a)降压起动b)转子回路串电阻起动c)变频起动d)其它,1.4.3异步电动机的调速,a)调压调速b)转子回路串电阻调速c)定子回路串电抗调速,1。变频调速2。变转差调速3。变极调速,1.4.4异步电动机的制动,1回馈制动,a)负载带动电机发电b)变频调速时的回馈制动d)能量传递简图,发生条件：1）接交流电源2）,回馈（发电）原理,发生的场合：a)位能负载