交直流调速课件.ppt

绪 论 1 交直流调速控制系统组成及其相关学科 功率放大与变换装置 弱电控制强电的媒介，在运动控制系统中作为电动机的可控电源功率放大与变换装置有电机型、电磁型、电力电子型等，现在多用电力电子型的。电力电子器件经历了由半控型向全控型、由低频开关向高频开关、由分立的器件向具有复合功能的功率模块发展的过程。 控制器 控制器分模拟控制器和数字控制器两类，也有模数混合的控制器，现在已越来越多地采用全数字控制器。 信号检测与处理 运动控制系统中常用的反馈信号是电压、电流、转速和位置，为了真实可靠地得到这些信号，需要相应的传感器。转换为反馈信号反馈给控制器 控制理论控制理论是运动控制系统的理论基础，是指导系统分析和设计的依据。 相关学科 电机学，电力电子技术，微电子技术，计算机控制技术，控制理论，信号检测与处理等多门学科相互交叉的综合性学科 技术进步与发展的四个特征 （1）全控型电力电子器件取代半控型器件，变换技术由相位控制转变成脉宽调制； （2）模拟电子控制让位于计算机数字控制； （3）交流运动控制系统取代直流运动控制系统； （4）计算机仿真与辅助设计逐步溶入运动控制系统的性能分析与设计中。 1 电力拖动系统的动力学基础1.1 电力拖动的动力学 电力拖动是由电动机拖动，并通过传动机构带动生产机械运转的一个动力学整体。从动力学角度来看，都服从统一的动力学规律1.1.1 电力拖动系统组成 1.1.2 电力拖动的运动方程式 一、运动方程式 由于n与?的关系为：?=2πn/60 J与GD2的关系为 运动方程的物理意义 电力拖动系统的转速变化dn/dt（即加速度）由电动机的电磁转矩T与生产机械的负载转矩TL的关系决定。 （1）当Te=TL时，dn/dt=0，表示电动机以恒定转速旋转或静止不动，电力拖动系统的这种运动状态被称为稳态或静态； （2）若Te＞TL时，dn/dt＞0，系统加速； （3）若Te＜TL时，dn/dt＜0，系统减速。 一旦Te≠TL，则转速将发生变化，我们把这种运动状态称为动态或过渡状态。 1.2 多轴拖动系统的折算 1.2.1 系统等效的原则 保持两个系统传递的功率及储存的动能相同。 1.2.2 多轴旋转系统的等效方法 一、静态转矩的折算 若考虑传动效率由电动机带动工作机构， 功率由电动机各工作机构传送，传动损耗由运动机构承担，即电动机发出的功率比生产机械消耗的功率大。根据功率不变原则，应有 TLωL=TLωηc 二、转动惯量和飞轮矩的折算 等效原则是：折算前后系统的动能不变，即 多轴电力拖动系统有n根中间传动轴 三、直线运动系统等效为旋转运动系统 按功率平衡原则PL‘=PL/ηc，即 直线运动系统质量的折算 将直线运动系统的质量mL折算到电动机轴上，用等效的转动惯量J来表示，折算的原则是两者储存的动能相等，即 1.3 生产机械的负载转矩特性 负载转矩TL与转速n的关系TL=f (n)称为为生产机械的负载转矩特性，简称负载性质 恒转矩负载特性 通风机负载特性 凡是按离心力原理而工作的机械，如离心式鼓风机、水泵、液压泵等，其负载转矩随着转速的增加而增大。通风机负载的转矩与转速大小有关，基本上与转速的平方成正比，即：TL=kn2。 恒功率负载特性 有些生产机械，比如车床，在粗加工时，切削量比较大，切削阻力比较大，此时开低速；在精加工时，切削量比较小，切削阻力比较小，往往开高速。因此，在不同转速下，负载转矩的数值基本上与转速成反比，即：TL=k/n。 实际生产机械的负载特性 实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几种典型特性的综合。例如，实际通风机除了主要是通风机负载特性外，由于其轴承上还有一定的摩擦转矩Tf，因而实际通风机负载特性应为：TL=Tf+kn2。 2 直流电机的电力拖动基础 2.1 他励直流电动机的机械特性 定义：电动机在电枢电压、励磁电流、电枢总电阻为恒值的条件下，电动机转速n与电磁转矩T的关系曲线n=f (T)或电动机转速n与电枢电流I的关系曲线n=f (I)，后者也就是转速调整特性。 2.1.1直流他励电动机的机械特性方程 电枢回路的电压平衡方程式：U=E+IR 电枢回路反电动势E为：E=KeФn 额定励磁下电动机输出的电磁转矩是：Te=KTФI 用电磁转矩Te表示的机械特性方程式 2.1.2 直流他励电动机的机械特性曲线 一、固有机械特性 二、人为特性曲线 定义：人为的改变直流他励电动机参数或电枢电压而得到的机械特性方程。 (1) 电枢回路串接电阻的人为机械特性 保持电动机的外加电压U=UN和磁通Φ=ΦN为额定值，而在电枢回路串入附加电阻 (2)改变电动机供电电压时的人为机械特性 保持励磁?=?N，电枢回路不串电阻，改变电枢外加电压U时，机械特性方程 （3）减弱电动机主磁通Φ时的人