运动控制系统 ppt课件
合集下载
《运动控制系统》课件
开环控制系统的缺点是抗干扰能力差，受环境影响较大，无法自动修正误差。
闭环控制系统包含反馈回路，通过负反馈来自动调节系统的输出量，使其达到预定的目标值。
闭环控制系统的优点是精度高，抗干扰能力强，能够自动修正误差，适用于对精度要求较高的复杂系统。
闭环控制系统的缺点是结构复杂，设计难度较大，需要具备一定的稳定性分析和调整能力。
03
反馈控制原理的实现需要具备一定的传感器和控制器技术，以及对系统的数学建模和仿真分析能力。
01
反馈控制原理是通过比较系统的输入与输出信号，将输出信号的差值用于控制执行机构，以实现系统的自动调节。
02
反馈控制原理广泛应用于各种运动控制系统，能够提高系统的稳定性和精度。
04
运动控制系统的应用
运动控制系统能够精确控制机器人的动作和位置，实现自动化生产线的连续作业，提高生产效率和产品质量。
控制器的种类繁多，根据应用需求可以选择不同的控制器，如单片机、PLC、运动控制卡等。
执行器是运动控制系统的输出部分，负责将驱动器的电压或电流信号转换为机械运动。
执行器的种类也很多，常见的有步进电机、伺服电机、直线电机等。
执行器的选择要根据实际应用需求来决定，如需要高精度定位、快速响应等。
传感器的种类也很多，常见的有光电编码器、旋转变压器、霍尔元件等。
自动化决策
智能化运动控制系统将具备自适应学习能力，能够根据不同环境和工况自动调整控制策略，以适应各种复杂和动态的运动需求。
自适应控制
远程监控与控制
通过网络技术，实现对运动控制系统的远程监控和控制，方便对设备进行远程调试、故障诊断和远程维护。
数据共享与协同工作
通过网络化实现多设备之间的数据共享和协同工作，提高生产效率和设备利用率。
闭环控制系统包含反馈回路，通过负反馈来自动调节系统的输出量，使其达到预定的目标值。
闭环控制系统的优点是精度高，抗干扰能力强，能够自动修正误差，适用于对精度要求较高的复杂系统。
闭环控制系统的缺点是结构复杂，设计难度较大，需要具备一定的稳定性分析和调整能力。
03
反馈控制原理的实现需要具备一定的传感器和控制器技术，以及对系统的数学建模和仿真分析能力。
01
反馈控制原理是通过比较系统的输入与输出信号，将输出信号的差值用于控制执行机构，以实现系统的自动调节。
02
反馈控制原理广泛应用于各种运动控制系统，能够提高系统的稳定性和精度。
04
运动控制系统的应用
运动控制系统能够精确控制机器人的动作和位置，实现自动化生产线的连续作业，提高生产效率和产品质量。
控制器的种类繁多，根据应用需求可以选择不同的控制器，如单片机、PLC、运动控制卡等。
执行器是运动控制系统的输出部分，负责将驱动器的电压或电流信号转换为机械运动。
执行器的种类也很多，常见的有步进电机、伺服电机、直线电机等。
执行器的选择要根据实际应用需求来决定，如需要高精度定位、快速响应等。
传感器的种类也很多，常见的有光电编码器、旋转变压器、霍尔元件等。
自动化决策
智能化运动控制系统将具备自适应学习能力，能够根据不同环境和工况自动调整控制策略，以适应各种复杂和动态的运动需求。
自适应控制
远程监控与控制
通过网络技术，实现对运动控制系统的远程监控和控制，方便对设备进行远程调试、故障诊断和远程维护。
数据共享与协同工作
通过网络化实现多设备之间的数据共享和协同工作，提高生产效率和设备利用率。
MTC101-运动控制系统基础PPT课件
Servo Drive
Motor Brake
Mechanical Brake Option
Vertical Applicatio
n
Gravity
Mass
.
11
伺服驱动Servo Drive
Motor with Feedback
Motor Power
Position Feedback
Servo Drives 伺服驱动 接受运动控制器的指令信号，控制 电机所提供的速度和扭矩（电流），要完成这些，驱动器需 要将主进线电能转换成电机所需要的电压和电流，以完成营 工控制要求。
Position Feedback
•存储和执行运动程序 •控制运动 •存贮配置参数
Servo Drive
Command Signal Position Feedback
.
Motion Controller
Motion Software
14
课程内容
2. 运动控制产品
.
15
单体伺服驱动解决方案
Index 运动解决方案
1) Single CPU (Logix) for PLC / Safety and Motion applications including Kinematics
2) Single programming package (RSLogix5000) (for PLC/Motion applications and also for all Logix controllers, Tag based addressing, Alias addressing and program data scoping, Auto creation of structures (easier to install / program / maintain)
运动控制系统第3章-转速闭环控制的直流调速系统ppt
s)
闭环时，Dcl
nN s ncl (1
s)
得到 Dcl (1 K )Dop
（2-50）
闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系
开环系统 Id n 例如：在图2-24中工作点从A A′
闭环系统 Id n Un Un Uc
n Ud0 例如：在图2-24中工作点从A B 比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动 调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压， 以补偿电枢回路电阻压降的变化。
图2-26 积分调节器的输入和输出动态过程
图2-26 积分调节器的 输入和输出动态过程
只要ΔUn>0，积分调 节器的输出Uc便一直 增长；只有达到 ΔUn=0时， Uc才停止 上升；只有到ΔUn变 负， Uc才会下降。
当ΔUn=0时， Uc并 不是零，而是某一个 固定值Ucf
突加负载时，由于Idl的 增加，转速n下降，导 致ΔUn变正，
由式（2-48）可得
K
nop
1
275
1 103.6
ncl
2.63
则得
Kp
K
K s / Ce
103.6 30 0.015 / 0.2
46
即只要放大器的放大系数等于或大于46。
3.1.3 闭环直流调速系统反馈控制规律
（1）比例控制的反馈控制系统是被调量有 静差的控制系统 比例控制反馈控制系统的开环放大系数值 越大，系统的稳态性能越好。 但只要比例放大系数Kp＝常数，开环放大 系数K≠∞，反馈控制就只能减小稳态误差， 而不能消除它， 这样的控制系统叫做有静差控制系统。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第3章
转速闭环控制的 直流调速系统
高精度运动控制系统的关键技术及综合运用ppt课件
公司自主研制的0.1微米级精密运动平台及集成 控制系统是微电子制造和测试设备的核心部件，也 是生物医疗设备和精密制造业发展的关键部件，这 些产品在以上领域的应用可以极大提高我国的制造 水平，缩小和先进国家的差距。
3
公司简介（二）
此外公司还与秦皇岛海纳科技公司 合作研发了国内首款可驱动直线电机和 旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动 器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等 高端功能，产品性能已达到国际先进水 平，可广泛用于高精密运动控制系统的 驱动和控制。
17
总结
❖ 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法 和分析
❖ 运动控制应用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制 ❖ 采用闭环控制首要考虑的是系统稳定性 ❖ 运动控制的性能不仅要考核时域响应，还要考核频域特性 ❖ 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/
安装误差的影响
15
实例：编码器安装对信号质量及精度的影响（续） 信号质量对误差影响
16
运动控制系统的保护
软件级 •计算错误保护 •位置误差保护 •饱和保护 •震荡保护 •RMS功率保护 •电源故障保护 •急停保护
机械级 •机械限位装置 •机械刹车/卡紧装置 •机械防撞装置 •… …
硬件级 •限位传感器保护 •看门狗保护 •电源故障保护 •过功率保护 •驱动器短路保护 •驱动器过压/欠压保护 •驱动器过温保护 •驱动器RMS电流保护 •… …
➢ 光栅尺的精度
➢ 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)
➢ 光栅尺的热敏系数
➢ 差值技术
➢ 信号质量
➢ 频率响应与最高速度
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM]
3
公司简介（二）
此外公司还与秦皇岛海纳科技公司 合作研发了国内首款可驱动直线电机和 旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动 器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等 高端功能，产品性能已达到国际先进水 平，可广泛用于高精密运动控制系统的 驱动和控制。
17
总结
❖ 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法 和分析
❖ 运动控制应用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制 ❖ 采用闭环控制首要考虑的是系统稳定性 ❖ 运动控制的性能不仅要考核时域响应，还要考核频域特性 ❖ 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/
安装误差的影响
15
实例：编码器安装对信号质量及精度的影响（续） 信号质量对误差影响
16
运动控制系统的保护
软件级 •计算错误保护 •位置误差保护 •饱和保护 •震荡保护 •RMS功率保护 •电源故障保护 •急停保护
机械级 •机械限位装置 •机械刹车/卡紧装置 •机械防撞装置 •… …
硬件级 •限位传感器保护 •看门狗保护 •电源故障保护 •过功率保护 •驱动器短路保护 •驱动器过压/欠压保护 •驱动器过温保护 •驱动器RMS电流保护 •… …
➢ 光栅尺的精度
➢ 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)
➢ 光栅尺的热敏系数
➢ 差值技术
➢ 信号质量
➢ 频率响应与最高速度
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM]
第7章电力拖动自动控制系统运动控制系统第5版ppt课件
矢量控制系统通过矢量变换和按转 子磁链定向，得到等效直流电动机 模型，然后模仿直流电动机控制。
直接转矩控制系统利用转矩偏差和 定子磁链幅值偏差的符号，根据当 前定子磁链矢量所在的位置，直接 选取合适的定子电压矢量，实施电 磁转矩和定子磁链的控制。
内容提要
异步电动机动态数学模型的性质 异步电动机三相数学模型 坐标变换 异步电动机在正交坐标系上的动态数学
7.3.1 坐标变换的基本思路
当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转 时，在他看来，d和q是两个通入直流而 相互垂直的静止绕组。
如果控制磁通的空间位置在d轴上，就和 直流电动机物理模型没有本质上的区别 了。
绕组d相当于励磁绕组，q相当于伪静止 的电枢绕组。
7.3.1 坐标变换的基本思路
图7-4 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系 的物理模型
7.3.1 坐标变换的基本思路
图7-3 三相坐标系和两相坐标系物理模型
7.3.1 坐标变换的基本思路
两相绕组，通以两相平衡交流电流，也 能产生旋转磁动势。
当三相绕组和两相绕组产生的旋转磁动 势大小和转速都相等时，即认为两相绕 组与三相绕组等效，这就是3/2变换。
7.3.1 坐标变换的基本思路
虽然电枢本身是旋转的，但由于换向器和电 刷的作用，闭合的电枢绕组分成两条支路。 电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相 同的。
7.3.1 坐标变换的基本思路
当电刷位于磁极的中性线上时，电枢磁动势 的轴线始终被电刷限定在q轴位置上，其效 果好象一个在q轴上静止的绕组一样。
但它实际上是旋转的，会切割d轴的磁通而 产生旋转电动势，这又和真正静止的绕组不 同。
7.3.2 三相-两相变换 （3/2变换）
三相绕组A、B、C和两相绕组之间的 变换，称作三相坐标系和两相正交坐 标系间的变换，简称3/2变换。
直接转矩控制系统利用转矩偏差和 定子磁链幅值偏差的符号，根据当 前定子磁链矢量所在的位置，直接 选取合适的定子电压矢量，实施电 磁转矩和定子磁链的控制。
内容提要
异步电动机动态数学模型的性质 异步电动机三相数学模型 坐标变换 异步电动机在正交坐标系上的动态数学
7.3.1 坐标变换的基本思路
当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转 时，在他看来，d和q是两个通入直流而 相互垂直的静止绕组。
如果控制磁通的空间位置在d轴上，就和 直流电动机物理模型没有本质上的区别 了。
绕组d相当于励磁绕组，q相当于伪静止 的电枢绕组。
7.3.1 坐标变换的基本思路
图7-4 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系 的物理模型
7.3.1 坐标变换的基本思路
图7-3 三相坐标系和两相坐标系物理模型
7.3.1 坐标变换的基本思路
两相绕组，通以两相平衡交流电流，也 能产生旋转磁动势。
当三相绕组和两相绕组产生的旋转磁动 势大小和转速都相等时，即认为两相绕 组与三相绕组等效，这就是3/2变换。
7.3.1 坐标变换的基本思路
虽然电枢本身是旋转的，但由于换向器和电 刷的作用，闭合的电枢绕组分成两条支路。 电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相 同的。
7.3.1 坐标变换的基本思路
当电刷位于磁极的中性线上时，电枢磁动势 的轴线始终被电刷限定在q轴位置上，其效 果好象一个在q轴上静止的绕组一样。
但它实际上是旋转的，会切割d轴的磁通而 产生旋转电动势，这又和真正静止的绕组不 同。
7.3.2 三相-两相变换 （3/2变换）
三相绕组A、B、C和两相绕组之间的 变换，称作三相坐标系和两相正交坐 标系间的变换，简称3/2变换。
【PPT】什么是运动控制系统.
运动控制系统的发展过程及应用（续）
早就普遍应用于恒速运行场合的交流电机可以弥补直流电机的不 足，加之世界范围的能源短缺，人们又开始了新一轮的交流调速的 研究。仅对占传动总量三分之一强的风机、水泵设备而言，如果改 恒速为调速的话，就可节节电30%左右。近三四十年来，随着电力 电子技术、微电子技术、现代控制理论的发展，为交流调速产品的 开发创造了有利的条件，使交流调速逐步具备了宽调速范围、高稳 速精度、快速动态响应和四象限运行等良好的技术性能，并实现了 产品的系列化，从调速性能上完全可与直流调速系统相媲美。目前 交流调速系统已占据主导地位。 当今社会，运动控制系统的应用已相当普及，不论是民用还是军 用。在工厂、农村以及大多数家庭中，到处可以看到以电动机为动 力的各种生产机械或家用电器。例如：轧钢厂的连轧机，加工车间 的切削机床，造纸厂的纸机，纺织厂的纺织机，化工厂的搅拌机和 离心机，搬运场的起重机和传送带，矿山的卷扬机，田间的抽水泵， 家庭中的冰箱、空调、洗衣机以及电脑等。
图0.1 运动控制系统的基本结构
图中的三个主要组成部分是构成运动控制系统所必需的，而 且也是变化多样的。任何一部分微小的变化都可构成不同的 运动控制系统，这些不同系统的共性和特点以及它们的分析 和设计方法就是本课程研究的主要内容。我们把每一部分可 能的变化列于表0.1中。
表中各部分的不同组合，可以构成不同的运动控制系统。电动机部分、功率驱动部分 和控制器中的大部分内容分别在其他课程中有介绍，但它们组合成完整的运动控制系统以 后，有哪些新的控制要求，如何分析系统的性能，如何设计控制器使系统达到较高的性能 指标，在实际应用中存在哪些具体问题，以及如何解决等，这些都是个课程要解决的问题。
0.1 什么是运动控制系统
按中国大百科全书的解释，运动是物质的固有性质和 存在方式，是物质所固有的根本属性．没有不运动的物 质，也没有离开物质的运动、这是基于哲学的解释。与 中文“运动”对应的英义词汇有“movment”和 “motion”，按照大英百科全书的解释，运动是一个物 体相对于另一个物体或相对于一个坐标系统的位置的变 化、这是基于运动学的定义。运动涉及宇宙万物、大到 遥远的天体，小到物质内部的质子和电子，对这些运动 的研究覆盖了整个科学技术领域。 本课程所指的运动(motion)和运动控制系统(motion control system)是近10多年来在国际上流行的一个技术 术语，它源于一种狭义的、约定俗成的共识，即它的主 要研究内容是机械运动过程中涉及的力学、机械学、动 力驱动、运动参数检测和控制等方面的理论和技术问题。
倍福运动控制技术介绍PPT课件
sincos1vssttl单圈或多圈endathiperfacebiss24dc控制和制动电压点数字量io例如启用限位开关捕获输入故障信息ethercat系统总线直流电源直流母线可选的接口板用插槽例如附加反馈制动控制电机温度监控可选的重启锁定用插槽或可选的twinsafe安全卡navigationstasten电机动力电路执行材质鉴定导航键enterupdownax5000数字式紧凑型伺服驱动器功能特点beckhoff运动控制驱动解决方案ax5000支持第三方的伺支持第三方的伺服电机服电机功能特点beckhoff现场总线连接各种现场总线接口可以轻松地集成到各种控制系统中rs232接口用于参数设置和canopen接口控制信号带有电气隔离伺服准备就绪的信号中继设定值输入显示器输出数字量输入输出启用输入模拟量数字量信号接地24dc辅助电源电压电源接口用于连接外部平稳电阻直流中间电路电机和制动器接口旋变信号仿真为编码器信号输出编码器控制输入主从功能脉冲方向输入反馈装置旋转变压器输入接口用于高分辨率正余弦编码器或绝对值编码器等反馈装置的输入接口ax20xxam30xx同步伺服电机am308x电机达到150nm具备食品级涂装的am3000用于食品工业的am3000系列电机一台通过特殊涂装的标准电机具备了不锈钢电机的防护等级相比不锈钢电机最小降低
动 ▪ 采用 DIN66025 编程语言 ▪ 坐标轴转换
N 0 0 # K IN ID [1 ] N10 #RTCP ON
N 20 G 01 G 18 X0 Y0 Z0 B90 F500 N 3 0 X -4 N 4 0 G 0 2 X -2 0 I-4 0 B -9 0 F 2 0 0 0 N 5 0 ................. ........................
动 ▪ 采用 DIN66025 编程语言 ▪ 坐标轴转换
N 0 0 # K IN ID [1 ] N10 #RTCP ON
N 20 G 01 G 18 X0 Y0 Z0 B90 F500 N 3 0 X -4 N 4 0 G 0 2 X -2 0 I-4 0 B -9 0 F 2 0 0 0 N 5 0 ................. ........................
运动控制系统ppt课件
ud
ua
ub
uc
ud
O
ud
ua
ub
uc
ud
Ud E
t O
id ic O
ia
ib
ic
id
a）电流连续
ic
t O
ia
ib
ic
b）电流断续
图1-9 V-M系统的电流波形
Ud E
t
t
1.2.3 抑制电流脉动的措施
在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的 转矩，对生产机械不利，同时也增加电机 的发热。为了避免或减轻这种影响，须采 用抑制电流脉动的措施，主要是：
• 瞬时电压平衡方程
ud0
E
id R
L
did dt
(1-3)
式中
E — 电动机反电动势；
id — 整流电流瞬时值； L — 主电路总电感；
R — 主电路等效电阻；
且有 R = Rrec + Ra + RL；
对ud0进行积分，即得理想空载整流电压 平均值Ud0 。
用触发脉冲的相位角 控制整流电压的
序言
课程的内容、目的
以电动机为控制对象、以实现既定（旋转） 运动规律和特性为目标、以电力能量变换技 术（电力电子应用技术）和自动控制理论及 相关控制技术为手段，探讨如何构成运动控 制系统。
序言
课程的地位、意义
• 自动化学科及自动控制领域背景知识 • 自动化专业的内涵及专业特征 • 本课程的专业地位及重要性
O
TL
2 3
Te
曲线变软。
调磁调速特性曲线
▪ 三种调速方法的性能与比较
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。改变电阻只能有级调速；减弱磁 通虽然能够平滑调速，但调速范围不大， 往往只是配合调压方案，在基速（即电机 额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精品课件
功率变换单元
由于转子电动势与电流的频率随转速变
化，即f2=sf1，因此必须通过功率变换单元
（Power Converter Unit—CU）对不同频率的电 功率进行电能变换。
对于双馈系统来说，CU应该由双向变频器构 成，以实现功率的双向传递。
精品课件
双馈调速的功率传输
（1）转差功率输出状态
Ir
sEr0 Rr2 (sXr0)2
式中 Rr— 转子绕组每相电阻； Xr0— s=1时的转子绕组每相漏抗。
(7-2)
精品课件
转子附加电动势
~
引入可控的交 流附加电动势
M 3~
~ Er sEr0
E add
Ir
~
~
附加电动势与转子电 动势有相同的频率， 可同相或反相串接。
图7-1 绕线转子异步电精品动课机件 转子附加电动势的原理图
1）转差功率消耗型——异步电机采用调压控制等调速方 式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越低； 但这类系统的结构简单，设备成本最低，所以还有一 定的应用价值。
2）转差功率不变型——变频调速方法转差功率很小，而 且不随转速变化，效率较高；但在定子电路中须配备 与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成 本最高。
精品课件
1. 电机在次同步转速下作电动运行
工作条件：
转子侧每相加上与Er0同相的附加电动势 +Eadd（Eadd<Er0），并把转子三相回路连通。
运行工况：
电机作电动运行，转差率为0<s<1，从
定子侧输入功率，轴上输出机械功率。
精品课件
异步电机的功率关系
忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电机在 任何工况下的功率关系都可写作
P msm P (1s)P m
（7-4）
式中 Pm —从电机定子传入转子（或由转子传出给定
子）的电磁功率
sPm —输入或输出转子电路的功率，即转差功率
(1-s)Pm —电机轴上输出或输入的功率 由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，s 和 Pm 都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。
至于电功率是馈入定子绕组和/或转子 绕组，还是由定子绕组和/或转子绕组馈出， 则要视电机的工况而定。
精品课件
双馈调速的基本结构
电网
K1
K2
M
TI
3~
功率变换单元
精品课件
如上图所示，在双馈调速工作时，除 了电机定子侧与交流电网直接连接外，转 子侧也要与交流电网或外接电动势相连， 从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕 组回路中附加一个交流电动势。
❖ 有附加电动势时的转子相电流：
如图7-1所示，绕线转子异步电动机在外接 附加电动势时，转子回路的相电流表达式
Ir
sEr0 Eadd Rr2 (sXr0)2
(7-3)
精品课件
转子附加电动势的作用
1. Er 与 Eadd 同相
当 Eadd ，
s 1 E r0 E ad dI rT en s
使得： 这里：
s1E r0E ad ds2E r0E a ' dd
s1 s2
精品课件
转速上升；
转子附加电动势的作用（续）
当 Eadd ，
s 1 E r0 E ad dI rT en s 使得：
这里：
s1E r0E ad ds2E r0E a ' dd
s1 s2
转速下降；
精品课件
转子附加电动势的作用（续）
异步电动机由电网供电并以电动状态运行时， 它从电网输入（馈入）电功率，而在其轴上输出 机械功率给负载，以拖动负载运行；
P1 3M~
Pmech
Ps
精品课C件U
（2）转差功率输入状态
当电机以发电状态运行时，它被拖着运转， 从轴上输入机械功率，经机电能量变换后以电 功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。
运动控制系统
精品课件
7.0 引言
❖ 转差功率问题 转差功率始终是人们在研究异步
电动机调速方法时所关心的问题，因为 节约电能是异步电动机调速的主要目的 之一，而如何处理转差功率又在很大程 度上影响着调速系统的效率。
如第5章所述，交流调速系统按转差 功率的处理方式可分为三种类型。
精品课件
交流调速系统按转差功率的分类
P1
Ps
精品课件
绕线转子异步电动机转子串电阻调速
根据电机理论， 改变转子电路的串接 电阻，可以改变电机 的转速。
转子串电阻调速 的原理如图所示，调 速过程中，转差功率 完全消耗在转子电阻 上。
~
Pm
Pmech Ps
精品课件
双馈调速的概念
所谓“双馈”，就是指把绕线转子异 步电机的定子绕组与交流电网连接，转子 绕组与其他含电动势的电路相连接，使它 们可以进行电功率的相互传递。
2. Er与Eadd反相 同理可知，若减少或串入反相的附
加电动势，则可使电动机的转速降低。 所以，在绕线转子异步电动机的转子
侧引入一个可控的附加电动势，就可调节 电动机的转速。
精品课件
7.1.2 异步电机双馈调速的五种工况
本节摘要
❖ 电机在次同步转速下作电动运行 ❖ 电机在反转时作倒拉制动运行 ❖ 电机在超同步转速下作回馈制动运行 ❖ 电机在超同步转速下作电动运行 ❖ 电机在次同步转速下作回馈制动运行
P1 3M~
Pmech
Ps
CU
精品课件
7.1.1 异步电机转子附加电动势的作用
❖ 异步电机运行时其转子相电动势为
Er sEr0
式中 s — 异步电动机的转差率；
(7-1)
Er0 — 绕线转子异步电动机在转子不动时的相
电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额定相
电压值。
Hale Waihona Puke 精品课件❖ 转子相电流的表达式为：
3）转差功率馈送型——控制绕线转子异步电动机的转子 电压，利用其转差功率并达到调节转速的目的，这种 调节方式具有良好的调速性能和效率；但要增加一些 设备。
精品课件
7.1 异步电机双馈调速工作原理
本节提要
概述 异步电机转子附加电动势的作用 异步电机双馈调速的五种工况
精品课件
7.1.0 概述
转差功率的利用 作为异步电动机，必然有转差功率，
要提高调速系统的效率，除了尽量减小转 差功率外，还可以考虑如何去利用它。
但要利用转差功率，就必须使异步电 动机的转子绕组有与外界实现电气联接的 条件，显然笼型电动机难以胜任，只有绕 线转子电动机才能做到。
精品课件
绕线转子异步电动机
绕线转子异步电动 机结构如图所示，从广 义上讲，定子功率和转 差功率可以分别向定子 和转子馈入，也可以从 定子或转子输出，故称 作双馈电机。
功率变换单元
由于转子电动势与电流的频率随转速变
化，即f2=sf1，因此必须通过功率变换单元
（Power Converter Unit—CU）对不同频率的电 功率进行电能变换。
对于双馈系统来说，CU应该由双向变频器构 成，以实现功率的双向传递。
精品课件
双馈调速的功率传输
（1）转差功率输出状态
Ir
sEr0 Rr2 (sXr0)2
式中 Rr— 转子绕组每相电阻； Xr0— s=1时的转子绕组每相漏抗。
(7-2)
精品课件
转子附加电动势
~
引入可控的交 流附加电动势
M 3~
~ Er sEr0
E add
Ir
~
~
附加电动势与转子电 动势有相同的频率， 可同相或反相串接。
图7-1 绕线转子异步电精品动课机件 转子附加电动势的原理图
1）转差功率消耗型——异步电机采用调压控制等调速方 式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越低； 但这类系统的结构简单，设备成本最低，所以还有一 定的应用价值。
2）转差功率不变型——变频调速方法转差功率很小，而 且不随转速变化，效率较高；但在定子电路中须配备 与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成 本最高。
精品课件
1. 电机在次同步转速下作电动运行
工作条件：
转子侧每相加上与Er0同相的附加电动势 +Eadd（Eadd<Er0），并把转子三相回路连通。
运行工况：
电机作电动运行，转差率为0<s<1，从
定子侧输入功率，轴上输出机械功率。
精品课件
异步电机的功率关系
忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电机在 任何工况下的功率关系都可写作
P msm P (1s)P m
（7-4）
式中 Pm —从电机定子传入转子（或由转子传出给定
子）的电磁功率
sPm —输入或输出转子电路的功率，即转差功率
(1-s)Pm —电机轴上输出或输入的功率 由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，s 和 Pm 都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。
至于电功率是馈入定子绕组和/或转子 绕组，还是由定子绕组和/或转子绕组馈出， 则要视电机的工况而定。
精品课件
双馈调速的基本结构
电网
K1
K2
M
TI
3~
功率变换单元
精品课件
如上图所示，在双馈调速工作时，除 了电机定子侧与交流电网直接连接外，转 子侧也要与交流电网或外接电动势相连， 从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕 组回路中附加一个交流电动势。
❖ 有附加电动势时的转子相电流：
如图7-1所示，绕线转子异步电动机在外接 附加电动势时，转子回路的相电流表达式
Ir
sEr0 Eadd Rr2 (sXr0)2
(7-3)
精品课件
转子附加电动势的作用
1. Er 与 Eadd 同相
当 Eadd ，
s 1 E r0 E ad dI rT en s
使得： 这里：
s1E r0E ad ds2E r0E a ' dd
s1 s2
精品课件
转速上升；
转子附加电动势的作用（续）
当 Eadd ，
s 1 E r0 E ad dI rT en s 使得：
这里：
s1E r0E ad ds2E r0E a ' dd
s1 s2
转速下降；
精品课件
转子附加电动势的作用（续）
异步电动机由电网供电并以电动状态运行时， 它从电网输入（馈入）电功率，而在其轴上输出 机械功率给负载，以拖动负载运行；
P1 3M~
Pmech
Ps
精品课C件U
（2）转差功率输入状态
当电机以发电状态运行时，它被拖着运转， 从轴上输入机械功率，经机电能量变换后以电 功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。
运动控制系统
精品课件
7.0 引言
❖ 转差功率问题 转差功率始终是人们在研究异步
电动机调速方法时所关心的问题，因为 节约电能是异步电动机调速的主要目的 之一，而如何处理转差功率又在很大程 度上影响着调速系统的效率。
如第5章所述，交流调速系统按转差 功率的处理方式可分为三种类型。
精品课件
交流调速系统按转差功率的分类
P1
Ps
精品课件
绕线转子异步电动机转子串电阻调速
根据电机理论， 改变转子电路的串接 电阻，可以改变电机 的转速。
转子串电阻调速 的原理如图所示，调 速过程中，转差功率 完全消耗在转子电阻 上。
~
Pm
Pmech Ps
精品课件
双馈调速的概念
所谓“双馈”，就是指把绕线转子异 步电机的定子绕组与交流电网连接，转子 绕组与其他含电动势的电路相连接，使它 们可以进行电功率的相互传递。
2. Er与Eadd反相 同理可知，若减少或串入反相的附
加电动势，则可使电动机的转速降低。 所以，在绕线转子异步电动机的转子
侧引入一个可控的附加电动势，就可调节 电动机的转速。
精品课件
7.1.2 异步电机双馈调速的五种工况
本节摘要
❖ 电机在次同步转速下作电动运行 ❖ 电机在反转时作倒拉制动运行 ❖ 电机在超同步转速下作回馈制动运行 ❖ 电机在超同步转速下作电动运行 ❖ 电机在次同步转速下作回馈制动运行
P1 3M~
Pmech
Ps
CU
精品课件
7.1.1 异步电机转子附加电动势的作用
❖ 异步电机运行时其转子相电动势为
Er sEr0
式中 s — 异步电动机的转差率；
(7-1)
Er0 — 绕线转子异步电动机在转子不动时的相
电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额定相
电压值。
Hale Waihona Puke 精品课件❖ 转子相电流的表达式为：
3）转差功率馈送型——控制绕线转子异步电动机的转子 电压，利用其转差功率并达到调节转速的目的，这种 调节方式具有良好的调速性能和效率；但要增加一些 设备。
精品课件
7.1 异步电机双馈调速工作原理
本节提要
概述 异步电机转子附加电动势的作用 异步电机双馈调速的五种工况
精品课件
7.1.0 概述
转差功率的利用 作为异步电动机，必然有转差功率，
要提高调速系统的效率，除了尽量减小转 差功率外，还可以考虑如何去利用它。
但要利用转差功率，就必须使异步电 动机的转子绕组有与外界实现电气联接的 条件，显然笼型电动机难以胜任，只有绕 线转子电动机才能做到。
精品课件
绕线转子异步电动机
绕线转子异步电动 机结构如图所示，从广 义上讲，定子功率和转 差功率可以分别向定子 和转子馈入，也可以从 定子或转子输出，故称 作双馈电机。