电气传动控制技术

不允许有过大的转速波动(动)。
加、减速
频繁起、制动的设备要求加、 减速尽量快，以提高生产率； 不宜经受剧烈速度变化的机械 则要求起、制动尽量平稳(动) 。
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2.调速指标
① 调速范围(静态指标)
D nmax n m in
其中：nmin 和nmax 一般都指电动机额定负载时的转速。 对于负载很轻的机械，可用实际负载时的转速。
改变电枢回路电阻调速
改变电枢回路电阻的调速方法就是在电枢回路中 串接附加电阻R1、R2……来改变电动机电枢端电 压，从而实现调速的目的。
a b
n2
c
n2<n1
改变电枢回路电阻调速
改变电枢回路电阻调速的
特点
（1）系统的结构简单； （2）调速不连续，不平稳；
（3）机械特性软，从而影响调速范围；
（4）电动机速度的改变是靠改变电枢回路串接 电阻大小来实现的，调速范围越大，串入 的电阻就越大，相应地电阻上消耗的能量 就越大，这是很不经济的。
2.3.1 变频时的起动状态 2.3.2 变频时的再生发电制动状态 2.3.3 变频时的能耗制动状态
2.4.1 180°导电型六拍变频器 2.4.2 120°导电型六拍变频器 2.4.3 脉宽调制型变频器
2.1交流电动机调速的基本类型
由于交流电机的同步转速表达式为
n1

60 f1 p
根据异步电动机转差率的定义
然而，静差率和机械特性硬度又 是有区别的。
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④ 调速范围与静差率之间的关系
n
D Snnom
n0
nnom (1 S )
n0min
nnom
Un
n1
U1
0
IL
I
（1）在同一理想空载转速no下，S越小，nnom越
小，系统的机械特性越硬。
（2）S越小，系统允许的D也变小；若增大D，则S 也随之变大。
静差率 0.01～0.005 ＜0.02 0.05～0.1 0.01～0.001 ≤0.05
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第二节 交流调速的一般基础
2.1 交流电动机调速的基本类型 2.2 变频调速的原则
2.3 变频控制时的电动机运行状态
2.4 变频器的控制方式 主讲人：汪刚
gangwang@
2.2.1 恒磁通变频调速 2.2.2 恒功率变频调速
变频调速
交-直-交变频 交-交变频
同步电动机
励磁同步电动机 永磁同步电动机
自控式 它控式 正弦波式 直流无刷式
在上述各种调速方法中，异步电动机的变频调速及同步电动 机调速很受人们的重视，并且已在工业中获得了广泛应用。
2.1交流电动机调速的基本类型
直流电动机工作原理演示
电动机模型演示
2.直流电动机的分类
他励直流电动机
直
流
电
动
机
自励直流电动机
串励电动机 并励电动机 复励电动机
3. 直流电动机的调速方式
n U d 0 I d R
Ce
调节电枢供电电压U 改变电枢回路电阻R 减弱励磁磁通Φ
调压调速
改变Ud0就得到一组相互平行的机械特性曲线
第一章 电气传动系统的基础
第一节 直流调速的一般基础 第二节 交流调速的一般基础
第一节 直流调速的一般基础
1.1 直流电动机 1.2 可控直流电源 1.3 调速方式及机械特性 1.4 对调速系统的控制要求及调速指标
为什么分析直流电机调速系统？
优点：
直流电机调速系统有着成熟的数学模型，调速精度 高、应用范围广。
图
波形生成方法
正弦脉冲宽度调制法（SPWM） 空间电压矢量法（SVPWM）

谐波消除法（SHEPWM）



电流滞环跟踪法（CHBPWM）

压频比恒定控制
控制系统
矢量控制 直接转矩控制
现代电力电子器件种类
晶闸管型： SCR-普通晶闸管 GTO-门极可关断晶闸管 GCT-门极换向晶闸管 IGCT-集成门极换向晶闸管 SGCT-对称门极换流晶闸管
因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速 为主，最为常见。
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1.2 可控直流电源
G-M系统
直流调速系统 V-M系统
PWM系统
G-M系统 即旋转变流机组，工作过程如下：
改变发电机励磁电压
发电机输出电压 直流电动机电枢电压
改变电动机转速
旋转变流机组－－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。上世纪40～60年代广泛应用。
这样，交流电动机就有很多不同的调速方法，总结如下：
2.1交流电动机调速的基本类型



变极调速（对鼠笼式电机）
异步电动机
变转差率调速
调压（定子调压） 调阻（绕线式电机转子串电阻） 调转

串级调速（绕线式电机转差电压控制）
晶体管型： GTR-普通电力晶体管 BJT-双极型晶体管 IGBT-绝缘栅双极型晶体管 IPM-智能功率模块 IEGT-电子注入增强栅晶体管
2.1交流电动机调速的基本类型
变 频
循环变流器
环流 相数
有环流 无环流 单相 三相


器 分 类 如 图
在不弱磁的调速系统中， nmax＝nnom
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② 静差率(静态指标)
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空 载增加到额定值时所对应的转速降落 nnom， 与理想空载转速 n0 之比，称作静差率
S nnom (100 %)
n
n0
n01
nnom

R I nom Ce
n02
（3）在一定的S下，减小nnom，D才能扩大。
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⑤ 开环系统的特点
（1） S 和 D 同方向变化；
指系统的输出端和输入端不存在反馈关
系，系统的输出量对控制作用不发生影响的 系统。这种系统既不需要对输出量进行测量， 也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进 行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向 作用，没有反向联系。
VT1 Ug1
VT2 Ug2
1 4
VD1
M
A
VD2
2
3 VD3
B VD4
VT3 Ug3
VT4 Ug4
PWM调速系统特点
电源采用不控整流源； 系统频带宽，响应速度快，动态抗扰能力强； 低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，电动 机损耗和发热较小； 电网功率因数高，效率高； 电路简单，控制方便。 受器件容量限制，只用于中、小功率的系统。
（2）稳态精度越高，即S越小，则D也越小；
（3） S较大，D很小 （比较期望）。
D Snnom nnom (1 S )
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常见机械的调速指标：
生产机械 热连轧机 冷连轧机 机床主传动 造纸机 龙门刨床 矿井提升机
调速范围 10 ～ 30 ＞15 2～4 3～20
20～40
变
直流电源型式
电压型 电流型
不可控整流器
频 器
整流器拓扑结构
可控整流器 PWM整流器

两电平逆变器
分 类 如
交-直-交变频器
逆变器拓扑结构
中点钳位型三电平逆变器 串联H桥型多电平逆变器

六拍180 导电型控制法

六拍120 导电型控制法
如果连续改变可控电源电压，电动机转速就可以平滑连续地 调节。
调压调速
调压调速的特点：
机械特性较硬，负载不变时，转速降△n不变
由于容许的输出转矩恒定，对于恒转矩性负载的拖动调 速，能充分利用电动机的容量
由于电枢回路时间常数小，系统的动态响应快，适合于 要求快速起、制动的设备的传动系统中，如初轧机、龙 门刨床等设备。
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V-M系统
Ud0 E IdR CeΦn Id R
1.3 直流调速系统的调速方式及机械特性
机械特性表达式
n Ud0 Id R CeΦ
n0
nop
n0

Ud0 CeΦ

AU 2 cos
CeΦ
Δnop

I d RΣ CeΦ
n — 电动机转速（r/min）； Ud0 — 空载整流电压（V）； Id — 电枢电流（A）； R — 电枢回路总电阻（ ）； — 励磁磁通（Wb）； Ce— 由电机结构决定
nn12 nN
N
O
TL
1 2 3
Te
调磁调速特性曲线
1.4 生产机械对调速系统的控制要求及调速指标
1.调速系统控制要求
在一定的最高转速和最低转速 范围内，分挡地或平滑地调节 调 速 转速（静）。
调速系统 速度控制 主要要求
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以一定的精度在所需转速上稳 稳 速 定运行(静) ；在可能的干扰下，
（3）磁场的时间常数大，系统的动态响应慢， 适合于起、制动快速性要求不高的设备的 传动控制。
三种调速方法的性能比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来
说，以调节电枢供电电压的方式为最好，无级调速， 并且调速范围大。
改变电阻只能实现有级调速；
减弱磁通也能够实现平滑调速，但调速范围不
大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以 上作小范围的弱磁升速。
特点： 适用于对调速性能 要求不高的场合； 且一套系统至少包 括两台电机和一台 励磁发电机，设备 多、体积大、效率 低、维护不方便。 目前很少采用。
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PWM-M系统