天津大学 运动控制系统(二) 第2篇课件

1、电驱动自动控制系统运动控制系统，第2章，交流调速系统，电话：电子邮件：1。学习交流PPT，运动控制系统及其组件，图1-2运动控制系统及其组件，2。学习运动控制系统的历史和发展。DC调速系统和交流调速系统诞生于19世纪中叶，在20世纪上半叶约占全部功率。学习交流PPT、DC电机的工作原理、DC电机模型、换向器功能、DC电机的电枢是在转子上，而定子产生固定磁场。为了使DC电机旋转，需要不断地改变电枢绕组中通过换向器和电刷的电流方向，使两个磁场的方向始终相互垂直，从而产生恒定的转矩来驱动电机连续旋转。4.了解交流PPT和运动控制系统的历史和发展。DC调速系统的优点：DC电机的数学模型简单，转矩易于控

2、制。缺点：使用电刷和换向器时，需要经常检查和修理换向火花，限制了DC电机的应用环境。换向能力限制了DC电机的容量和速度。5.学习交流PPT，异步电动机的工作原理：异步电动机的电枢在定子上，是一个三相对称的交流绕组；当三相对称交流绕组馈入三相对称交流电流时，电机的气隙空间将产生旋转磁场；转子绕组的导体处于旋转磁场中；转子导体切断磁力线，产生感应电势并产生感应电流；感应电流和旋转磁场之间的相互作用产生电磁力，该电磁力将产生电磁转矩并驱动转子旋转。运动控制系统的历史和发展；6.学习交流PPT、运动控制系统的历史和发展；交流调速系统的优点：无刷、无换相、结构简单、成本低、运行可靠、维护方便、惯性小、效

3、率高；非线性多变量强耦合的复杂动态数学模型：7.学习交流PPT、运动控制系统的历史和发展，解决交流电机的调速问题。依托以下两点：变频技术(发展电力电子技术，如IGBT、场效应管)，新型整流逆变控制技术，8。学习交流调速技术和运动控制系统的历史和发展，随着20世纪60年代电力电子技术的发展，采用电力电子变换器的交流传动系统得以实现，特别是大规模集成电路的出现，使得交流调速系统的实现成为可能，打破了DC调速系统的统一高性能，交流调速系统能取代DC调速系统吗？9。了解交流调速技术的历史和发展，运动控制系统，交流调速系统的控制方法。早期的方法是基于稳态数学模型的新控制技术：矢量控制、直接转矩控制、布拉

4、施克、卡斯特曼，“感应电机磁场定向控制原理”和“定子电压坐标变换控制”。“滑动矢量控制”W. Leonhard，“通用高性能矢量控制系统”Depenbrook，“直接转矩控制”，10。了解交流PPT和运动控制系统的历史和发展。进入21世纪后，用交流调速系统取代DC调速系统已成为不争的事实。交流传动控制系统已成为目前电力传动控制的主要发展方向。11岁。学习交流调速技术和交流传动控制系统的应用领域主要包括三个方面：通用高性能的交流调速系统，超大容量超高速伺服系统的交流调速系统；12.学习交流PPT、通用性能速度控制和节能速度控制；只要一般的速度控制性能足够，风扇和泵对速度控制范围和动态性能的要求很

5、低。需要调速但不要求高调速性能的生产机械也属于一般性能调速。13、学习交流PPT、高性能交流调速系统和伺服系统，以及矢量控制技术和直接转矩控制可以与DC调速系统相媲美。14、学习交流PPT，超大容量、超高速交流调速，超大容量电动驱动设备，如厚板轧机和矿井提升机，以及超高速驱动，如高速磨头和离心机，宜采用交流调速。15，学习交流PPT，按调速方法分类，降低电压调速转差离合器调速转子串电阻调速绕线转子电机串级调速和双馈电机调速变极对数调速变压变频调速，交流电机调速异步电机调速，16，学习交流PPT，根据交流异步电机的原理，电磁功率Pm从定子传递到转子可分为：机械功率Pmech -拖动负载的有效功率

6、；转差功率Ps -传递到转子电路，与转差s成正比，pm，Ps，pm=pmech PS，pmech=(1s) pm，PS=SPM，按能量转换类型分类，交流电机调速异步电机调速，17，学习交流PPT，从能量转换的角度，转差功率是否增加，能量是否消耗或利用是评价调速系统效率的标志。根据转差功率，异步电动机的调速系统可分为三类：转差功率消耗型转差功率馈入型转差功率不变型，按能量转换型分类，交流电动机调速异步电动机调速，18、学习交流PPT，所有转差功率转换为热能在转子回路中消耗。为了增加滑差功率消耗以换取速度降低(在恒定扭矩负载下)，速度越低，效率越低。结构简单，设备成本低，具有一定的应用价值。滑差功

7、率消耗型、降压调速滑差离合器调速转子串联电阻调速、交流电机调速异步电机调速、19、学习交流PPT，消耗部分滑差功率(转子铜损)，大部分滑差功率通过变频器反馈回电网或转化为机械能利用。一种可以从转子输入或输出功率的系统称为双馈调速系统。转差功率，无论是馈出还是馈入，在扣除转换装置本身的损耗后，最终都会转换成有用的功率，而且效率很高，所以只能使用绕线转子感应电动机。转差功率馈入式，绕线转子电机串级调速和双馈电机调速，交流电机调速异步电机调速，20，学习交流PPT，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，所以效率更高。变极对数调速是分级的，其应用受到限制。变压变频调速应用广泛，可以

8、替代DC调速；然而，定子电路必须配备与电机容量相同的可变电压逆变器，并且设备成本最高。变极对数调速可变电压变频调速，转差功率不变，交流电机调速异步电机调速，21。学习交流PPT、电压降调速转差离合器调速转子串电阻调速绕组转子电机串级调速和双馈电机调速变极对数调速变压变频调速、交流电机调速异步电机调速、转差功耗型、转差功率馈入型、转差功率不变、按调速方法分类、按能量转换型分类、22、学习交流PPT、同步电机无转差功率，所以同步电机调速系统只能转差功率不变。同步电机的转子极数是固定的，只能通过可变电压和频率来调节。像异步电动机这样的调速方法并不多。23.学习交流PPT。从变频调速的方式来看，同步电

9、机的调速可分为两种：单独控制变频调速和自控变频调速。独立控制变频调速采用独立的变压变频装置为同步电机供电。(结构简单，可能导致失步现象。)自控变频调速利用转子磁极位置检测信号控制基于交流电机的动态模型可以实现高动态性能，随着客观需求和研究成果的不断发展，这种动态模型也在不断发展。25，学习交流PPT，主要章节，第5章闭环控制异步电机的变压调速系统，第6章绕线转子异步电机的双馈调速系统，第7章笼型异步电机的变压变频调速系统，第8章同步电机的变压变频调速系统(*)，26，学习交流PPT，与电气工程课程密切相关的环节(异步电机的稳态模型)， 1感应电势2等效电路3功率流4机械特性，27，学习交流PP

10、T，1感应电势(转换后)，定子感应电势，定子各相绕组全磁通，定子各相绕组气隙磁通，28，学习交流PPT，2等效电路，S是异步电动机的基本参数，无单元。 在异步电动机的正常运行中，转子速度n接近同步速度n1。滑移率s非常小，通常s=0.010.05。pec，slip s，29，学习交流PPT，转换前的稳态电路，等效稳态电路，变频，绕组转换，用静止转子代替旋转转子，附加电阻消耗的电能等于电机输出的机械功率，2个等效电路，30，学习交流PPT，T形等效电路在异步电机分析中很重要，2个等效电路，转换原理：(1)恒定磁势(2)恒定功率、31，学习交流PPT，pec，2个等效电路、32，学习交流PPT，R

11、1Ll1、Ll2每相定子漏电感和折叠到定子侧的每相转子漏电感；Lm定子各相绕组产生的气隙主磁通的等效电感为励磁电感。U1 1号电机定子相电压和电源角频率；s转差率，2个等效电路，忽略铁损，33，学习交流PPT，pec，2个等效电路、34，学习交流PPT，转差功率Ps(转子铜耗Pcu2)，转子机械功率PMec=P2 pmec ps，定子铜耗Pu1，铁损pFe，电磁功率Pm，功率输入功率P1，3功率流，33电源输入功率，定子绕组铜耗和铁损，pFe1定子铁芯磁滞损耗和涡流损耗，以及转子pFe2的铁损在正常运行期间可以忽略。3功率流，定子侧，36，学习交流PPT，电磁功率(通过电磁感应从定子传输到转子

12、)，转子铜损耗(滑动功率)，转子机械功率，3功率流，转子侧，37，学习交流PPT，和电磁转矩，除以转子机械角速度rad/s，得到异步电机的转矩平衡方程(电磁转矩=轴上空载输出转矩)电机轴上的机械功率P2输出应由pmec从机械损耗Pmec(轴承的摩擦转矩，风阻等)中扣除。)和附加损耗ps(齿槽效应、谐波磁势效应)。什么？3，功率流，38，学习交流PPT，3，功率流，39，学习交流PPT，pec，有两种方法根据等效电路推导出机械特性，它们本质上是相同的，4，机械特性，40，学习交流PPT，方法1.1用U1表示，4，机械特性，41，学习交流PPT，得到异步电机的机械特性方程，根据，4，机械特性，42，学习交流PPT，从上述公式中求s，使dTe/ds=0，我们可以得到临界转差率最大扭矩的位置类似于反向漏抗，可通过转子电阻进行调节。最大扭矩值与转子电阻值无关。43