电力拖动自动控制系统 要点综述.ppt

要点综述,电力拖动自动控制系统,根据直流电机转速方程,直流调速方法,（1-1）,有三种方法调节电动机的转速：（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻R。,（1）调压调速,工作条件：保持励磁=N；保持电阻R=Ra调节过程：改变电压UNUUn，n0调速特性：转速下降，机械特性曲线平行下移。,（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RaRRn，n0不变；调速特性：转速下降，机械特性曲线变软。,（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Nn，n0调速特性：转速上升，机械特性曲线变软。,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。,第1章闭环控制的直流调速系统,根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源。,常用的可控直流电源有以下三种,旋转变流机组静止式可控整流器直流斩波器或脉宽调制变换器,1.直流斩波器的基本结构,图1-5直流斩波器-电动机系统的原理图和电压波形,这样，电动机得到的平均电压为,3.输出电压计算,(1-2),式中T晶闸管的开关周期；ton开通时间；占空比，=ton/T=tonf；其中f为开关频率。,PWM系统的优点,（1）主电路线路简单，需用的功率器件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；,PWM系统的优点（续）,（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。,1.2晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题,表1-1不同整流电路的整流电压值,*U2是整流变压器二次侧额定相电压的有效值。,电流脉动及其波形的连续与断续,由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和断续两种情况，,抑制电流脉动的措施,在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的转矩，对生产机械不利，同时也增加电机的发热。为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，主要是：设置平波电抗器；增加整流电路相数；采用多重化技术。,1.2.4晶闸管-电动机系统的机械特性,只要电流连续，晶闸管可控整流器就可以看成是一个线性的可控电压源。,V-M系统机械特性的特点,图1-11绘出了完整的V-M系统机械特性，分为电流连续区和电流断续区。由图可见：当电流连续时，特性还比较硬；断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。,晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数,表1-2各种整流电路的失控时间（f=50Hz）,考虑到Ts很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成一阶惯性环节。（1-15、28）,（6）晶闸管触发与整流装置动态结构,1.3直流脉宽调速系统的主要问题,主电路结构,2,1,（1）简单的不可逆PWM变换器,工作状态与波形,在一个开关周期内，当0tton时，Ug为正，VT导通，电源电压通过VT加到电动机电枢两端；当tontT时，Ug为负，VT关断，电枢失去电源，经VD续流。,O,（2）有制动的不可逆PWM变换器电路,在简单的不可逆电路中电流不能反向，因而没有制动能力，只能作单象限运行。需要制动时，必须为反向电流提供通路，如图1-17a所示的双管交替开关电路。当VT1导通时，流过正向电流+id，VT2导通时，流过id。应注意，这个电路还是不可逆的，只能工作在第一、二象限，因为平均电压Ud并没有改变极性。,图1-17a有制动电流通路的不可逆PWM变换器,主电路结构,M,+,-,VD2,Ug2,Ug1,VT2,VT1,VD1,E,4,1,2,3,C,Us,+,VT2,Ug2,VT1,Ug1,表1-3二象限不可逆PWM变换器的不同工作状态,2.桥式可逆PWM变换器,可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图1-20所示。这时，电动机M两端电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆PWM变换器。,+Us,Ug4,Ug3,VD1,VD2,VD3,VD4,Ug1,Ug2,VT1,VT2,VT4,VT3,1,3,2,A,B,4,VT1,Ug1,VT2,Ug2,VT3,Ug3,VT4,Ug4,图1-18桥式可逆PWM变换器,H形主电路结构,调速范围,调速时，的可调范围为01，10.5时，为正，电机正转；当|Ud0r|=|Ud0f|，整流组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变工作，使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。,=控制的工作状态（续）,待整流状态同样，当逆变组工作时，另一组也是在等待着整流，可称作处于“待整流状态”。所以，在=配合控制下，负载电流可以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。,四.=配合控制的有环流可逆V-M系统,正向运行过程系统状态,有环流系统正向运行过程,-,-,P,n,制动过程,整个制动过程可以分为两个主要阶段，其中还有一些子阶段。主要阶段分为：I.本组逆变阶段；II.它组制动阶段。现以正向制动为例，说明有环流可逆调速系统的制动过程。,I.本组逆变阶段,在这阶段中，电流由正向负载电流下降到零，其方向未变，因此只能仍通过正组VF流通，具体过程如下：发出停车（或反向）指令后，转速给定电压突变为零（或负值）；ASR输出跃变到正限幅值+U*im；ACR输出跃变成负限幅值-Ucm；VF由整流状态很快变成的逆变状态，同时反组VR由待逆变状态转变成待整流状态。,在VF-M回路中，由于VF变成逆变状态，极性变负，而电机反电动势E极性未变，迫使电流迅速下降，主电路电感迅速释放储能，企图维持正向电流，这时,大部分能量通过VF回馈电网，所以称作“本组逆变阶段”。由于电流的迅速下降，这个阶段所占时间很短，转速来不及产生明显的变化，其波形图见图4-10中的阶段I。,本组逆变过程系统状态,Id,-,-,.它组制动阶段,当主电路电流下降过零时，本组逆变终止，第I阶段结束，转到反组VR工作，开始通过反组制动。从这时起，直到制动过程结束，统称“它组制动阶段”。它组制动阶段又可分成三个子阶段：它组建流子阶段；它组逆变子阶段；反向减流子阶段。,它组建流子阶段,（1）Id过零并反向，直至到达-Idm以前，ACR并未脱离饱和状态，其输出仍为-Ucm。这时，VF和VR输出电压的大小都和本组逆变阶段一样，但由于本组逆变停止，电流变化延缓，的数值略减，使,（2）反组VR由“待整流”进入整流，向主电路提供Id。由于反组整流电压Ud0r和反电动势E的极性相同，反向电流很快增长，电机处于反接制动状态，转速明显地降低，因此，又可称作“它组反接制动状态”。,反接制动过程系统状态,Id,-,-,它组逆变子阶段,当反向电流达到Idm并略有超调时，ACR输出电压Uc退出饱和，其数值很快减小，又由负变正，然后再增大，使VR回到逆变状态，而VF变成待整流状态。此后，在ACR的调节作用下，力图维持接近最大的反向电流Idm，因而,电机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大部分通过VR逆变回馈电网，过渡过程波形为图4-10中的第II2阶段，称作“它组回馈制动阶段”或“它组逆变阶段”。由图可见，这个阶段所占的时间最长，是制动过程中的主要阶段。,它组回馈制动过程系统状态,-,-,反向减流子阶段,在这一阶段，转速下降得很低，无法再维持-Idm，于是电流立即衰减。在电流衰减过程中，电感L上的感应电压LdId/dt支持着反向电流，并释放出存储的磁能，与电动机断续释放出的动能一起通过VR逆变回馈电网。如果电机随即停止，整个制动过程到此结束。,M,VR,VF,-1,AR,GTR,GTF,Uc,ASR,ACR,U*n,+,-,Un,Ui,U*i,+,-,TG,Lc1,Lc2,Lc3,Lc4,TM,TA,Ld,Uc,Id,反向减流过程系统状态,0,-,-,制动过程系统响应曲线,-Idm,IdL,-Ucm,E,图4-10配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程波形,逻辑控制无环流系统结构,图4-11逻辑控制无环流可逆调速系统原理框图,第2篇,电力拖动自动控制系统,交流拖动控制系统,直流电机具有电刷和换相器因而必须经常检查维修、换向火花使直流电机的应用环境受到限制、以及换向能力限制了直流电机的容量和速度等缺点日益突出起来，用交流可调拖动取代直流可调拖动的呼声越来越强烈，交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要发展方向。,交流拖动控制系统的应用领域,主要有三个方面：一般性能的节能调速高性能的交流调速系