电力拖动自动控制系统第一章概论

nN n1 n2 n3
Ra R1 R2 R3
IL
I
绪论
结论： 对于要求在一定范围内平滑调速的系统来说， (a)、调压方式最好。 (b)、改变电阻只能有级调速；并且功耗大 ；特性 软。 (c)、弱磁虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往 往只与调压方案配合，在基速（额定转速）以上作 小范围的弱磁升速，以扩大调速系统的调速范围。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速 为主。
绪论
二、分类
●
机械调速：人为的改变传动比，有级调速（汽车）。 ● 电气调速：改变电机转速。 直流电机的转速和其它参数的关系可以表示为：
U IR U IR n n0 n Ke Ke Ke
理想空载转速 转速降
n : 电机转速（r/min）；
U：电枢供电电压（V）； I： 电枢电流（A）； R： 电枢回路总电阻（ Ω ）； Φ： 励磁磁通（Wb）； Ke : 由电机结构决定的电动势常数 。
§1-1 可控直流电源
旋转变流机组
旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统）
§1-1 可控直流电源
•优点： ①调速平滑； ②实现四个象限的控制； ③整流比较平稳。 •缺点： ①设备多、体积大、费用高； ②噪声大 ③效率低； ④ 响应慢（秒级）； ⑤维护量大。
二、静止可控整流器
最早的静止变流装置是20世纪50年代推出的水 银整流器给直流电动机供电。由于其诸多缺点，尤 其是晶闸管的问世，它只应用了很短的时间。
绪论
第一篇 直流调速系统和随动系统
绪论
一、调速系统
被控对象：电动机 被调量：速度 1. 调速：为了满足生产机械的要求，人为的改变 电机的转速。 2. 稳速：把负载变化、电网波动等因素对电机转 速的影响，通过调节作用降到最低限度，甚至消 除。 调速系统要求调速和稳速相结合。速度要求 可调，但调至到某一速度运行时，要求速度要稳 定。
② 大范围的平滑调速
在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领 域中得到了广泛的应用。
绪论
●
交流调速系统的主要优点：
① 便宜、维修方便 ② 特别是微型计算机、电力电子技术的发展，
已逐渐取代直流拖动系统。 但是，直流拖动系统: ⑴ 从理论上、经验上 比较成熟； ⑵ 直流反馈理论是交流系统的基础。 因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该 首先很好地掌握直流拖动控制系统。

3．主要内容
应用自动控制原理来解决电力拖动自动 控制系统静、动态问题及设计方法。 学习本课需要的基础知识：自动控制原 理、电机拖动、电子技术、电力电子变流技术。
绪论
4．学习思路
1、2、3、4章
电动机：
●
直流电动机--直流调速系统
5、6、7章
交流电动机--交流调速系统
直流调速系统的主要优点：
① 起制动方便
◆
工作条件： 保持电压 U =UN ； n0 电阻 R = R a ； ◆调节过程： 减小励磁 从N
n
n3 n2 n1 nN
N 1 2 3
n ， n 0
◆
TL 调速特性： 随着，转速上升，机械特性曲线变软。
O
Te
绪论
⑶调节R（电枢串电阻调速）
◆
工作条件： n 保持励磁 = N ； n0 电压 U =UN ； ◆调节过程： 增加电阻从 Ra R n ，n 0不变； ◆调速特性： O 随着R，转速下降， 机械特性曲线变软。
§1-1
可控直流电源
50~60年代晶闸管问世，特别是晶闸管整流装置 的出现，开始进入晶闸管时代。
晶闸管—电动机（V-M）系统
§1-1 可控直流电源
工作原理： 1、利用晶闸管单向导电性完成交→直。 2、利用晶闸管在一个周期内导通时间完成可 控。 单相：半波、全桥、桥式半波 晶闸管整流器： 三相：半波、全桥、桥式半波 •优点： ①经济（只一个控制柜）； ②可靠（无 旋转）； ③噪音低（无旋转） ； ④效率高； ⑤响 应快（毫秒级） 。 •缺点： ①单向导电造成：半控桥只能一个象限 运行，全控桥两个象限，为实现四个象限要两套
校正 装置
执行 装置
测量 装置
对象
♦对于直流调速系统 •对象：直流电机 被调量c(s): 转速n(s) •执行装置：直接作用于被控对象的变流与可控装置 •测量装置：将机械量转变为电量 测速发电机 •比较、校正装置：由放大器组成的各种调节器
第一章 闭环控制的直流调速系统
§1-1 可控直流电源
本节提要
□ 旋转变流机组 □ 静止可控整流器 □ 直流斩波器和脉宽调制变换器
§1-1 可控直流电源
任务： ①交流变直流； ②将电网不可控→可控电源。
一、旋转变流机组（G-M）
旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M）， 在50年代曾广泛使用，现在在尚未进行设备更新的 地方仍沿用。 由交流电动机拖动直流发电机 G —实现变流， 由G 给需要调速的直流电动机 M 供电。发电机 G 的励磁电流（i f）是可以调节的，通过改变 i f 即 可改变其输出电压U ，也即直流电动机 M 的电枢 供电电压，从而实现调节 M 的转速 n。
第一章 闭环控制的直流调速系统
本章提要
♦可控直流电源 ♦晶闸管-电动机（V-M）调速系统的特点 ♦反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析 ♦反馈控制闭环调速系统的动态分析 ♦无静差调速系统和积分、比例积分控制 规律
第一章 闭环控制的直流调速系统
一个闭环系统的四大部分（构成）：
R(S) N(S) C(S)
绪论
可改变如下参数调速：
⑴调节U (降压调速)
◆
工作条件： 保持励磁 = N ； 电阻 R = Ra ◆调节过程： 改变电压 UN U
n n0 nN n1
UN
n2
n3 O IL
U1 U2
U3
n ， n 0
◆
调速特性： 随着U ，转速下降，机械特性曲线平行下移。
I
绪论
⑵调节Φ （弱磁调速）
电力拖动自动控制系统
绪4
绪论
1．什么是电力拖动？
电力拖动就是以电动机作为原动机驱动生 产机械的系统的总称。 电力拖动系统是将电能转变为机械能的装 置，用以实现生产机械的起动、停止、速度 调节以及各种生产工艺过程的要求。 被控对象：电动机
绪论

2．学科性质
电力拖动自动控制系统也叫运动控制系 统，是一门与生产紧密相关的自动化专业的重 要的专业课。