天津大学 运动控制系统(二) 第2篇

1、.1，电气拖动自动控制系统-运动控制系统，2篇，交流速度控制系统，伟岸天津大学电气自动化工程学院tel 3360 1367205758 e-mail 3360 xile Wei ，2，运动控制系统及其配置，图1-2运动控制系统及其配置，3、运动控制系统的历史和发展，直流调速系统和交流调速系统从19世纪中到20世纪上半叶，占总功率拖动容量约80%的调速系统使用交流电动机，只有20%的高性能调速系统使用直流电动机。4，直流电动机工作原理，直流电动机模型，换向器的作用，直流电动机的电枢在转子上，定子产生固定磁场。直流电动机为了旋转，在电枢绕组中通过换向器和刷子不断改变电流的方向，使两个磁场的方向始终

2、保持相互垂直，使恒定转矩驱动电动机继续旋转。5，运动控制系统的历史和发展，直流调速系统的优点：直流电动机的数学模型简单，转矩容易控制。缺点：需要经常检查电刷和换向器、维护火花，直流电动机应用环境受到限制，转换能力受到限制，直流电动机容量和速度等。6，感应电动机工作方式：感应电动机的电枢位于定子，三相对称交流绕组；当三相对称交流绕组传递到三相对称交流电流时，电动机气隙空间会产生旋转磁场。转子绕组的导体在旋转磁场中。转子导体切割磁力线，产生感应电位，产生感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用，电磁力起作用，对转子产生电磁转矩，驱动转子的旋转。运动控制系统的历史和发展，7，运动控制系统的历史和发展，交

3、流速度控制系统的优点：无刷，不改变方向，结构点简单，成本低，可靠，维护方便，惯性小，高效率缺点：动态数学模型的复杂性具有非线性多变量强耦合的特点。8，运动控制系统的历史和发展，解决了交流电动机的调速问题，变频技术(IGBT、MOSFET等电力电子技术的发展)整流-逆变器的新控制技术，9、运动控制系统的历史和发展，20世纪60-70年代电力电子技术的发展，使利用电力电子变换器的交流拖动系统，特别是大规模集成电路的出现，使交流调速系统成为可能，打破了直流调速系统的高性能拖动世界格局。交流调速系统能代替直流调速系统吗？10、运动控制系统的历史和发展，交流调速系统的初始控制方法基于稳态数学模型的新型控

4、制技术矢量控制，直接转矩控制F. Blaschke，“感应电动机磁场控制原理”P. C. Custman，“定子电压坐标转换控制”沉船力场，11，运动控制系统的历史和发展，进入21世纪，将直流调速系统更换为交流调速系统成为了无可争议的事实。交流拖动控制系统成为当前电气拖动控制的主要发展方向。12、交流拖动控制系统的应用领域主要有三个方面：一般性能的节能率控制高性能交流速度控制系统和伺服系统超大容量，非常快的交流速度控制。13，一般性能速度控制和节能速度控制，风扇，泵速度控制范围和动态性能要求不高。一般速度控制性能就足够了。需要速度调节，但对速度调节性能要求不高的生产机器也属于一般性能速度调节。

5、14、高性能交流速度控制系统和伺服系统、矢量控制技术、直接转矩控制和直流速度控制系统相比较的高性能交流速度控制系统和交流伺服系统。，15、超大容量、超快交流调速、超大容量电力牵引设备宽厚板轧机、矿山绞车等、高速磨头、离心机等超快拖动，采用交流调速是适当的。16，根据调速方法分类，电压调速旋转离合器调速转子串联电阻调速转子串联电阻调速绕组转子电机串级调速和双馈电机调速可变对数速度可变频率控制，交流电机速度3354感应电动机调速，17、根据交流感应电动机的原理，从定子传送到转子的电磁功率Pm是机器功率Pmech -牵引负荷的有效功率；滑动功率Ps -与传送到转子电路的滑动率s成正比。pm，PS，p

6、m=pmech PS，pmech=(1s)pm，PS=SPM，按能量转换类型分类，交流电动机速度异步电动机调速，18，从能量转换的角度来看，是评价滑动功率是否增加、是否消耗或利用能量、速度调节系统的效率水平的指示符。根据开关功率，将感应电动机的调速系统分为三类。滑差功率消耗型滑差功率供应型开关功率不变。按能量转换类型分类，交流电动机速度异步电动机速度调节，19，整体滑移功率转换为转子电路的热消耗。如果以降低转速(恒转矩负载)为代价增加旋转功率消耗，则低速效率会降低。结构简单，设备成本低，具有一定的应用价值。滑动功耗类型，电压调速滑动离合器调速转子串电阻调速，交流电机速度异步电动机调速。20，转

7、发器的一部分消耗(转子铜损失)，大部分通过转换器设备返回电网或转换为机械能使用。电力可由转子供应和供应的系统称为双馈调速系统。无论是供给或馈电交换电源，扣除转换器装置本身的损失后，最终转换为有用的电源，效率高，只能采用绕组转子感应电动机。传输电源类型，绕组转子电机串级速度和双馈电机速度控制，交流电机速度感应电机速度控制，21、传输功率只有转子铜损耗，旋转功率基本上不变，不管速度高低，因此效率更高。可变对数速度调节有等级，应用实例有限。变频调速应用最广泛，可替代直流调速。但是定子电路必须配备相当于电动机容量的可变频率转换器，相比之下，设备成本最高。变极对数调速变频率控制，变功率不变，交流电机速度

8、感应电机调速，22，电压调速可变离合器调速转子串联电阻调速转子电机串级调速和双馈电机调速可变对数速度可变变频调速等，交流电机速度异步电动机调速，滑动功耗类型，传输功率不变，根据速度控制方法分类，根据能量转换类型分类，23，同步电动机没有滑动或滑动功率，因此同步电动机速度控制系统可能不会改变传输功率。同步电动机转子极代数是固定的，只能通过变频控制来调节速度。没有感应电动机等多种调速方法。交流电动机速度同步电动机调速，24，从频率控制方式来看，同步电动机速度控制可以分为两类：他控制频率控制和磁控制频率控制。他控制频率控制，利用独立可变频率装置给同步电动机供电。(结构简单，可能发生足迹损失现象)控制

9、式频率控制利用转子磁极位置检测信号控制变频装置的交换。这也称为换向器电机速度调节或无刷直流电机速度调节。(结构复杂，根本消除误报的问题)，交流电动机速度同步电动机调速，25，2种类型的交流调速，基于交流电动机的稳态模型，其动态性能不高，出现在交流调速发展初期。以交流电机为基础的动态模型实现高动态性能是客观要求和研究成果的陆续开发。26，主要章节，第5章闭环控制的感应电动机变速控制系统第6章绕组转子异步机器双馈调速系统第7章笼式感应电动机变速控制系统第8章同步电动机变速控制系统(*，27，与机电及本的密切关系(感应电动机的稳态模型)，1感应电位2等效电路3功率过程4机械特性，28，1感应电位(转

10、换后)，定子各相绕组中的定子全磁通感应电位，转子各相绕组中的转子全磁通感应电位，定子各相绕组中的气隙磁通感应电位。29，2等效电路，s是异步电动机的基本参数，其大小反映了异步电动机转子的速度n。转子速度n接近同步速度n1的正常工作的异步电动机。偏差率s非常小，常规s=0.01到0.05。pec，波特率s，30，转换前稳态电路，等效稳态电路，频率转换，绕组转换，静态转子代替旋转转子，额外电阻消耗的功率等于电动机输出的机器功率，31、T型等效电路在异步电动机分析中占有重要位置。2等效电路，转换原理：(1)磁电势保持不变，(2)功率保持不变，32，pec，2等效电路，33，R1，R2-定子的各相电阻

11、和折叠在定子侧面的转子的各相电阻；Ll1，Ll2 表示各相泄漏电感和折叠在定子侧的转子各相泄漏感；Lm各相绕组产生气隙主磁通的等效电感，即励磁电感。U1、1电机定子相电压和功率角频率；S-滑动率，2等效电路，忽略铁损失，34，pec，2等效电路，35，转发器Ps(转子铜消耗Pcu2)，转子机器功率Pmec=P2 PMec PS，定子铜消耗pcu1，铁消耗pFe，电磁功率pm，电源输入功率P1，3电源工艺，36、电源输入功率、定子绕组的铜消耗、铁消耗、pFe1定子心脏的磁滞损耗涡流损耗、正常运行时忽略转子铁消耗pFe2。3潮流，定子侧，37，电磁力(通过电磁感应传递给电子)，转子铜消耗(滑差功率

12、)，转子的机械功率，三电工艺，转子侧，38，电磁转矩，感应电动机的转矩平衡方程除以转子机械角速度rad/s，(电磁转矩=轴上输出转矩空载转矩)，电机轴上输出的机械功率P2，机械损耗Pmec(轴承、抗风等摩擦阻力转矩)，以及附加损耗PS(。3功率流，39，3功率流，40，pec，根据等效电路导出机械性质的方法有两种。两者本质一致，4机械特性，41，轨道1.1标记为U1，4机械特性，42、根据异步机器的机械特性方程，常识是异步机器调压调速的基础，是改造后恒压频率对频率控制的基础。4机械特性，43，s的自下而上导向和dTe/ds=0与生成最大转矩时的临界滑动率、最大转矩、最大转矩与栅格电压的平方成正比。最大扭