电力拖动课程综述档

1、电力拖动自动控制系统综述报告专业及班级 09级自动化（2）班姓名学号 0905075015授课老师孙强完成时间课程综述评分表一一一二二二-三四五六合计123得分电力拖动自动控制系统课程综述摘要：电力拖动控制技术是以电动机为对象， 以电力电子技术功率变换器为弱电 控制强电的媒质， 以自动控制理论为分析和设计基础， 以电子线路或计算机为控 制手段，掌握运动控制系统的控制规律及设计方法。 本文对该课程内容进行了简 单介绍，通过变频技术对电网的影响来说明该课程的实际应用的重要性。 最后是 对学习这门课程的感想以及对老师的感谢。关键字：电力拖动 伺服系统PWM变频器 高次谐波一、课程简介1、课程专业地位

2、电力拖动自动控制系统是自动化、 电气工程及其自动化等专业的一门专业 基础课。在大四上学期开始开设此课程。除了每周六节课的理论教学外，还开 设了三周的实验课， 旨在提高学生的理论与实践相结合， 加深对所学知识的认 识与理解。2、课程学习的时间除课堂教学外还有充足的实验环节。 本课程的学习时间长 12周，共 72个学 时，其中有电力拖动控制实验，共四个实验。3、课程的主要内容及教学目标电力拖动自动控制系统课程的内容包括闭环控制的直流调速系统、多环 控制的直流调速系统、可逆调速系统、直流脉宽调速系统和位置随动系统。 使学生掌握经典直流调速系统的基本概念、基本原理和基本规律；使学生了解电力拖动自动控制

3、系统的基本形式及其控制规律；了解经典直流调速系统的基本体系；使学生能应用已有的数学知识对电力拖动自动控制系统进行定量计算和定性分析，培养学生分析问题和解决问题的能力；电力拖动自动控 制系统是培养一名高素质的电气工程及其自动化专业技术人员的必修课程二、课程主要内容1、教材结构及关联程度本书分为电力拖动直流调速系统、电力拖动交流调速系统、位置伺服系统 3 篇。第 1 篇为本书的基础， 第 2 篇为本书的重点， 第 3 篇可作为选修课内容及应 用参考。第 1 篇的主要内容： 依据直流电动机的广义数学模型， 建立了直流电动机的 闭环控制结构及相应的控制系统； 分析了闭环直流调速系统的静、 动态特性；

4、介 绍了直流调速系统可逆运行的方法； 给出了电力拖动自动控制系统的工程设计方 法。第 2 篇的主要内容： 从建立交流电动机数学模型人手， 讲述现代交流电动机 变压变频调速系统的基本组成、基本工作原理、基本控制方法，以及静、动态特 性分析。第 3 篇的主要内容：介绍了位置伺服系统的基本特点、组成、类型、基本工 作原理， 以及伺服系统的稳态分析和设计、 动态分析和设计。 本篇最后介绍了工 业生产中的位置伺服系统。2、各章主要内容第 1 章 绪论本章讲述了电力拖动的作用及重要意义， 电力拖动实现了电能和机械能之间 的能量转换，电力拖动自动控制系统是电机学、电力电子学、微电子学、计算机 科学、自动控制

5、理论等多种学科的有机结合与交叉。 电力拖动系统的构成和分类 有开环电力拖动系统和闭环电力拖动系统。后面是对运动控制系统的历史与发 展以及相关学科作简的介绍，着重指出转矩控制是运动控制系统的根本规 律，磁场控制也相当重要，最后介绍了典型的负载特性。第 2 章 转速反馈控制的直流调速系统 本章介绍了转速反馈控制的直流调速系统，包括直流调速系统用的可控 直流电源、稳态调速性能指标和机械特性、转速反馈控制的直流调速系统以 及数字控制和仿真。首先叙述了直流调速的重要性，依据直流电动机的广义数 学模型，建立了直流电动机的闭环控制结构及相应的控制系统； 分析了闭环直流 调速系统的静、 动态特性； 介绍了直流

6、调速系统可逆运行的方法； 给出了电力拖 动自动控制系统的工程设计方法。第 3 章 转速、电流反馈控制的直流调速系统 本章介绍了直流调速系统组成和静特性、系统的动态数学模型，并从启 动和抗扰两方面分析，最后介绍的是调节器的工程设计方法，和经典控制理 论的动态校正方法相比，突出了这种设计方法计算简单，应用方便，容易掌 握的特点。第 4 章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统本章进一步讨论直流 PWM可逆直流调速系统和弱磁控制的直流调速系 统，在转速、电流双闭环直流调速系统的基础上增设电动势控制环和励磁电 流环，可控制电流电动机的气隙磁通，实现弱磁调速。第 5 章 基于稳态模型的异步电动机调速系统 本

7、章着重介绍了基于稳态等效电路的异步电动机稳态模型， 分析异步电动机 调速的基本方法和气隙磁通， 并且介绍了调压调速的基本特征和机械特性， 讨论 闭环控制的调压调速系统以及降压控制在软启动器和轻载降压节能运行中的应 用。同时介绍了变压变频调速的基本原理和机械特性以及基频以下的电压补偿控 制。在本章后面讲述了交流 PWM变频器的柱电路，讨论了正弦PWMfe流跟踪PWM 消除指定次数谐波PWM口电压空间矢量PWM四种控制方式，着重分析SVPW中电 压矢量与定子磁链的关系和控制，并介绍交流PWh变频器在异步电动机调速系统 中应用的特殊问题。第 6 章 基于动态模型的异步电动机调速系统 本章讲述了异步电

8、动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态 调速性能， 必须从动态模型出发， 分析异步电动机的转矩和磁链控制规律， 研究 高性能异步电动机的调速方案。 论述了异步电动机三相原始动态数学模型， 证明 三相原始模型的非独立性， 说明简化的必要性和可能性。 坐标变换是方便简化数 学模型的， 这些都需要从电磁耦合的关系入手， 最终讲述了坐标变换的基本思想 以及核心的三相 - 两相变换以及静止两相 - 旋转正交变换。第 7 章 绕线转子异步电动机双馈调速系统 本章首先阐述了异步电动机双馈调速的基本原理，然后介绍次同步转速 下的电动运行与回馈制动、超同步转速下的电动运行与回馈制动、反转倒拉 制动五

9、种工况及其功率流程。着重分析了串级调速系统的工作原理，并介绍 了机械式、内馈式等其他类型的串级调速系统。第 8 章 同步电动机变压变频调速系统本章对原有顺序作了调整，增加了同步电动机的直接转矩控制。包括有 同步电动机的稳态模型调速方法、他控和自控变频同步电动机调速系统等。第 9 章 伺服系统本章介绍伺服系统的基本要求和特征、构成及集中常用的位置传感器， 而后介绍伺服系统控制对象的数学模型，得到电流闭环控制下交、直流伺服 系统控制对象的统一模型，继而讲述了伺服系统的设计方法并讨论其在稳态 运行的条件。三、学习小结1、学习感想通过本课程学习使我们了解控制理论、 电力电子技术在电力拖动自动控制系 统

10、中的具体应用及工程设计方法， 使我们能较熟练地掌握直流电机调速系统、 感 应电机变频调速系统的基本原理和特性， 系统静、 动态数学模型； 并学会利用控 制理论基本知识对调速系统进行设计的工程方法；掌握各种调速系统适用场合， 了解各种调速系统现状和发展趋势。通过本门课程的学习我们应建立系统的工程概念， 不仅要能从事电力拖动自 动控制系统设计，而且要能够针对不同的控制对象及要求， 选择合适的控制规律、 系统结构、单元部件和系统参数。这门课给我印象最深的是课本“ 546交流PWM变频器-异步电动机系统的 特殊问题” 中谐波分量对电网的污染的描述。 在没学习这部分内容之前， 我并不 知道当电流有较大的

11、谐波分量能使电源受到污染， 这看起来似乎不可思议， 我们 平常接触的污染都是垃圾、空气、水、光污染等。通过查阅资料，我了解到国内 变频调速器常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路， 其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。 变频调速器直流侧采用电容滤波或 电感滤波的二极管整流电路也是严重的谐波污染源。 这种电路输入电流的基波分 量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。但其输入电流为非正弦波, 它含有丰富的高次谐波成分，给电网造成严重污染，也使得总的功率因 数降低。为了减小高次谐波产生的干扰，应该对发生源（变频器）进行抑制。为解决 变频器装置的谐波污染问题，有三条基本思路： （1）装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的。（ 2）可对变频器进行改造（例如结构、工艺、控制等） 。 （3）在其工作的控制策略上改进，使其不产生谐波，且功率因数可控制为“1”。具体方法主要有增加电抗器和加装 EMI滤波器两种。3、致谢孙老师在大三时已经带过我们电机课， 我对孙老师的教学方法、 性格已经有 所了解，这学期又进一步加深理解。首先，我要说明的是孙老师的教学态度、教 学方法值得我院电子系所有老师学习。 每次上课，孙老师几乎都能脱离PPT和课 本讲课，可见老师在课前做了非常充分的准备，对教材上的内容已近烂醉于心，