第01章 电力传动控制系统的基本结构与组成
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1、-1-交直流调速控制系统交直流调速控制系统 昆明学院自动控制与机械工程学院昆明学院自动控制与机械工程学院26 46 78 112 145-2-第第1章章 电力传动控制系统的电力传动控制系统的基本结构与组成基本结构与组成-3-主要内容主要内容-4-本章要求本章要求 熟练掌握熟练掌握电力传动控制系统的基本结构电力传动控制系统的基本结构 熟练掌握熟练掌握电力传动控制系统的基本工作原理电力传动控制系统的基本工作原理 掌握掌握电力传动控制系统的分类电力传动控制系统的分类 熟练掌握熟练掌握电力传动控制系统的共性问题电力传动控制系统的共性问题 熟练掌握熟练掌握各种电动机的调速方法各种电动机的调速方法 掌握掌
2、握常用电力电子变流器的结构与工作原理常用电力电子变流器的结构与工作原理 掌握掌握电力传动控制系统检测方法电力传动控制系统检测方法 熟练掌握熟练掌握电力传动控制系统的要求和指标电力传动控制系统的要求和指标 掌握掌握PID控制器的工作原理控制器的工作原理-5-1.1 电力传动控制系统的基本结构和共性问题电力传动控制系统的基本结构和共性问题-6- 1、电力传动控制系统的组成、电力传动控制系统的组成 电力传动电力传动以电动机作为原动机拖动生产机械运动以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式的一种传动方式 电力传动电力传动是现代生产机械的主要动力装置是现代生产机械的主要动力装置 电力传动控制系统
3、的基本结构电力传动控制系统的基本结构如图如图1-1所示，一般由电所示，一般由电源、电能变换器、电动机、控制器、传感器和生产机源、电能变换器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成械（负载）组成1.1.1 电力传动控制系统的组成与分类电力传动控制系统的组成与分类-7- 电力传动控制系统的基本工作原理电力传动控制系统的基本工作原理控制器根据输控制器根据输入的控制指令（如速度或位置指令），由传感器采集入的控制指令（如速度或位置指令），由传感器采集的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经过一定的控制运算给出相应的控制信号，通过变流器过一定的控制
4、运算给出相应的控制信号，通过变流器改变输入的电源（电压、频率等）使电动机改变转速改变输入的电源（电压、频率等）使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动，故又称为求运动，故又称为运动控制系统运动控制系统 。-8- 2、电力传动控制系统的分类、电力传动控制系统的分类 根据生产机械的工艺要求，可以分为根据生产机械的工艺要求，可以分为调速控制系统调速控制系统和和位置控制位置控制系统系统两大类。两大类。 （1）调速控制系统）调速控制系统 控制指令控制指令为速度给定信号，为速度给定信号，控制器控制器一般为速度调节器、电流调一般为速度
5、调节器、电流调节器等，系统要求电动机按速度指令节器等，系统要求电动机按速度指令保持稳定的转速保持稳定的转速。 根据所选电动机的不同，调速系统又可分为：根据所选电动机的不同，调速系统又可分为： (a) 直流调速系统直流调速系统采用直流电动机作为系统驱动器，相采用直流电动机作为系统驱动器，相应的电能变换器则需选用直流变换器，比如：可控整流器、应的电能变换器则需选用直流变换器，比如：可控整流器、直流斩波器等；直流斩波器等； (b) 交流调速系统交流调速系统采用交流电动机作为系统驱动器，相采用交流电动机作为系统驱动器，相应的电能变换器则需选用交流变换器，比如：交流调压器、应的电能变换器则需选用交流变换
6、器，比如：交流调压器、各种变频器等。各种变频器等。-9- （2）位置控制系统位置控制系统 这类电力传动控制系统的这类电力传动控制系统的控制指令控制指令为位置给定信号，为位置给定信号，控制器控制器由位置控制器、速度控制器等组成，系统要求由位置控制器、速度控制器等组成，系统要求电动机驱动负载按位置指令电动机驱动负载按位置指令准确到达指定的位置或保准确到达指定的位置或保持所需的姿态持所需的姿态。-10- 研发或应用电力传动控制系统所需解决的研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题共性问题： (1) 电动机的选择电动机的选择 关系到系统的经济性和可靠性。关系到系统的经济性和可靠性。根据生产工艺和设
7、备对驱动的要求，选择合适的电动根据生产工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机机种类种类及及额定参数额定参数、绝缘等级绝缘等级等，然后通过分析电动等，然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的选择和校验。量的选择和校验。 (2) 变流技术研究变流技术研究 电动机的控制通过改变其供电电动机的控制通过改变其供电方式来实现。电能变换是实现电力传动系统的核心技方式来实现。电能变换是实现电力传动系统的核心技术之一。术之一。1.1.2 1.1.2 电力传动控制系统的共性问题电力传动控制系统的共性问题-11- (3) 系统的状态检测方法系
8、统的状态检测方法 状态检测是构成系统反状态检测是构成系统反馈的关键，根据反馈控制系统的原理，需要实时检测馈的关键，根据反馈控制系统的原理，需要实时检测系统的各种状态，比如：电压、电流、频率、相位、系统的各种状态，比如：电压、电流、频率、相位、磁链、转矩、转速或位置等。因此，研究系统状态检磁链、转矩、转速或位置等。因此，研究系统状态检测和观测方法是提高电力传动控制性能的重要课题。测和观测方法是提高电力传动控制性能的重要课题。 (4) 控制策略和控制器的设计控制策略和控制器的设计 任何自动控制系统任何自动控制系统的核心都是控制方法的研究和控制策略的选择。根据的核心都是控制方法的研究和控制策略的选择
9、。根据生产工艺要求，研发或选择适当的的控制方法或策略生产工艺要求，研发或选择适当的的控制方法或策略是实现电力传动系统自动控制的主要问题。是实现电力传动系统自动控制的主要问题。 -12-1.2 电动机的主要类型与调速方法电动机的主要类型与调速方法-13- 1、直流电动机、直流电动机 直流电动机直流电动机利用电磁感应原理和电磁力定律将直利用电磁感应原理和电磁力定律将直流电能转换成机械能的电机流电能转换成机械能的电机 直流电动机的优点直流电动机的优点调速范围广且平滑，起、制动调速范围广且平滑，起、制动转矩大，过载能力强，易于控制，常用于对调速有较转矩大，过载能力强，易于控制，常用于对调速有较高要求的
10、场合高要求的场合 按励磁方式不同，可把直流电动机分成按励磁方式不同，可把直流电动机分成他励直流电动他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电机、并励直流电动机、串励直流电动机和复励直流电动机动机四种四种 他励直流电机具有机械特性硬、磁场与电枢可分别控他励直流电机具有机械特性硬、磁场与电枢可分别控制等优点，因此，直流调速系统通常采用制等优点，因此，直流调速系统通常采用他励直流电他励直流电动机动机1.2.1 直流电动机及其调速方法直流电动机及其调速方法-14- 2、直流电动机的调速方法、直流电动机的调速方法 直流电动机转速和其它参量之间的稳态关系：直流电动机转速和其它参量之间的稳态
11、关系： 由式（由式（1-1）可以看出，）可以看出，有三种方法调节直流电动机的有三种方法调节直流电动机的转速：转速：aae(1 1)URInC0e(1 2)nnTeTaTCI-15-（1）改变电枢回路电阻）改变电枢回路电阻R特点？-16-（2）减弱励磁磁通）减弱励磁磁通特点？-17-（3）调节电枢供电电压）调节电枢供电电压Ua特点？-18- 三种调速方法的特点：三种调速方法的特点： 改变电阻改变电阻只能有级调速只能有级调速 减弱磁通减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，实现一定范围内的弱磁升速往只是配合调压方案，实现一定范围内的弱磁升
