电力拖动自动控制系统.

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1、广师 http:/电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统陈伯时 主编主讲:赵士滨 广师 http:/广师 http:/第一篇第一篇 直流调速系统和随动系统直流调速系统和随动系统 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调整，从反馈闭环控制的角度来看，它又是交围内平滑调整，从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。流拖动控制系统的基础。 电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统、多电动机同步控制系统等多种类型，调张力控制系统、多电动机同步控制系统等多种类型，

2、调速系统是最基本的拖动控制系统。速系统是最基本的拖动控制系统。广师 http:/ 直流电动机的转速和其它参量的关系直流电动机的转速和其它参量的关系 （1-1）式中式中n转速，单位为转速，单位为r/min; U电枢电压，单位为电枢电压，单位为V； I电枢电流，单位为电枢电流，单位为A； R电枢回路总电阻，单位为；电枢回路总电阻，单位为； 励磁磁通，单位为励磁磁通，单位为Wb； Ke由电机结构决定的电动势常数。由电机结构决定的电动势常数。 由式（由式（1-1）可以看出，有三种方法调节电动机的转速。）可以看出，有三种方法调节电动机的转速。（1）调节电枢供电电压）调节电枢供电电压U。（2）减弱励磁磁通

3、）减弱励磁磁通。（3）改变电枢回路电阻）改变电枢回路电阻R。 eKIRUn广师 http:/第一章第一章 闭环控制的直流调速系统闭环控制的直流调速系统 1-1 直流调速系统用的可控直流电源直流调速系统用的可控直流电源 变电压调速是直流调速系统用的主要方法，调节电变电压调速是直流调速系统用的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。常用的可控直枢供电电压需要有专门的可控直流电源。常用的可控直流电源有以下三种：流电源有以下三种： （1）旋转变流机组）旋转变流机组用交流电动机和直流发电机组成机用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。组，以获得可调的直流电压。（2）静止可控整

4、流器）静止可控整流器用静止的可控整流器，例如晶闸用静止的可控整流器，例如晶闸管可控整流器，以获得可调的直流电压。管可控整流器，以获得可调的直流电压。（3）直流斩波器和脉宽调制变换器）直流斩波器和脉宽调制变换器用怛定直流电源或用怛定直流电源或不控整流电源供电，利用直流斩波器或脉宽调制变换器不控整流电源供电，利用直流斩波器或脉宽调制变换器产生可变的平均电压。产生可变的平均电压。 广师 http:/一、旋转变流机组一、旋转变流机组 由交流电动机（异步电动机或同步电动机）拖动直流由交流电动机（异步电动机或同步电动机）拖动直流发电机发电机G实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机实现变流，由发电机给需要

5、调速的直流电动机M供电，调节发电机的励磁电流供电，调节发电机的励磁电流jf即可改变其输出电压即可改变其输出电压U，从而调节电动机的转速从而调节电动机的转速n。这样的调速系统简称。这样的调速系统简称G-M系统，系统，在国际上通称在国际上通称Ward-Leonard系统。系统。广师 http:/ 如果改变如果改变jf的方向，则的方向，则U的极性和的极性和n的转向都跟着改变，的转向都跟着改变，所以所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。图系统的可逆运行是很容易实现的。图1-2是它的是它的可逆运行机械特性。可逆运行机械特性。 无论正论正转减速还是反转减速时都能够实现回馈制动。无论正论正转减速还是反转减

6、速时都能够实现回馈制动。广师 http:/ 二、静止可控整流器二、静止可控整流器 图图1-3是是V-M系统的简单原理图，图中系统的简单原理图，图中V是晶闸管可是晶闸管可控整流器，它可以是单相、三相或更多相数，半波、全控整流器，它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，通过调节触发装置波、半控、全控等类型，通过调节触发装置GT的控制电的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而，从而实现平滑调速。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在实现平滑调速。晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用晶体三极管来控制。以

7、上，其门极电流可以直接用晶体三极管来控制。 广师 http:/ 三、直流斩波器和脉宽调制变换器三、直流斩波器和脉宽调制变换器 采用晶闸管的直流斩波器基本原理示于图采用晶闸管的直流斩波器基本原理示于图1-6a。工作在开关状态。工作在开关状态。当当VT被触发导通时，电源电压被触发导通时，电源电压Us加到电动机上，当加到电动机上，当VT关断时。直关断时。直流电源与电动机断开，电动机经二极管流电源与电动机断开，电动机经二极管VD续流，两端电压接近于零。续流，两端电压接近于零。如此反复，得电枢端电压波形如此反复，得电枢端电压波形u=f(t)如图（如图（1-6b）所示，好象是电源）所示，好象是电源电压电压

8、Us在一段时间（在一段时间（T-ton）内被斩断后形成的。电动机得到的平均）内被斩断后形成的。电动机得到的平均电压为电压为 （1-2） 式中式中 T晶闸管的开关周期；晶闸管的开关周期； tonVT开通时间；开通时间； = ton /T= ton f占空比；占空比； f 开关频率。开关频率。 pUsUsTtUond广师 http:/ 直流斩波器的平均输出电压可以通过改变主晶闸管直流斩波器的平均输出电压可以通过改变主晶闸管的导通和（或）关断时间来调节。图的导通和（或）关断时间来调节。图1-7给出了几种常用给出了几种常用控制方式的电压、电流波形。控制方式的电压、电流波形。 广师 http:/1-2

9、晶闸管晶闸管电动机系统的特殊问题电动机系统的特殊问题 V-M系统就是带系统就是带R、L、E负载的晶闸管可控整流电路。负载的晶闸管可控整流电路。 一、一、 触发脉冲相位控制触发脉冲相位控制 在在V-M系统中（见图系统中（见图1-3），调节给定电压，即可移动触发），调节给定电压，即可移动触发装置装置GT输出脉冲的相位，从而很方便地改变整流器的输出瞬时电输出脉冲的相位，从而很方便地改变整流器的输出瞬时电压压ud和平均电压和平均电压Ud。如果把整流装置内部的电阻压降、器件正向压。如果把整流装置内部的电阻压降、器件正向压降和变压器漏抗引起的换相压降都称到整流装置外面，当作负载内降和变压器漏抗引起的换相压

10、降都称到整流装置外面，当作负载内部的电路压降的一部分，那么整流电压便可用其理想空载值部的电路压降的一部分，那么整流电压便可用其理想空载值ud0和和Ud0来代替，相当于用图来代替，相当于用图1-8的等效电路代替图的等效电路代替图1-3的实际主电路。的实际主电路。广师 http:/ 这时，瞬时电压平衡方程式可写作：这时，瞬时电压平衡方程式可写作： （1-3） 式中式中 L主电路总电感；主电路总电感； R主电路总的等效电阻，包括整流装置内阻、电机主电路总的等效电阻，包括整流装置内阻、电机 电枢电阻和平波电抗器电阻；电枢电阻和平波电抗器电阻； id整流电流瞬时值。整流电流瞬时值。Ud0对对ud0进行积

11、分即得理想空载整流电压的平均值进行积分即得理想空载整流电压的平均值Ud0。 dtdiLRiEuddd0广师 http:/ 在在1000kW以上的大功率调速系统中常采用双三相桥以上的大功率调速系统中常采用双三相桥构成的十二相整流电路，两组桥的交流电源分别由整流构成的十二相整流电路，两组桥的交流电源分别由整流变压器的两套二次绕组提供，一套接成形，另一套接成变压器的两套二次绕组提供，一套接成形，另一套接成丫形，使输出相电压相位错开，共同构成丫形，使输出相电压相位错开，共同构成m=12的整流电的整流电路（图路（图1-9），以进一步减少输出电流的脉动分量。），以进一步减少输出电流的脉动分量。 广师 ht