电力拖动自动控制系统概念、基本类型和发展

1.2 电力拖动控制系统的发展
直流电动机可控电源分两个阶段： （1）晶闸管可控整流器 （2）斩波器和脉宽调制变换器
1.2 电力拖动控制系统的发展
可控电源的控制手段在20世纪50年代以前主要是控 制电器和电机放大机。
20世纪50年代以后逐步采用电力电子装置作为弱电 控制强电的纽带。
1.2 电力拖动控制系统的发展
20世纪50、60年代无论直流拖动还是交流拖动其 可控电源都采用旋转变流机组。旋转变流机组有 设备多，体积大，费用高，效率低，安装需打地 基，噪音大，维护不方便、响应速度慢等缺点
1.2 电力拖动控制系统的发展
20世纪70年代后电力电子技术发生了革命性的发 展。从20世纪70年代的晶间管(SCR)，发展到20 世纪80年代的双极型晶体管(BJT．也称作GTR)， 到20世纪90年代则主要是绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)。其可控电源采用了静止的电力电子变流 装置。
直流电动机调速方法
根据直流电机转速方程
n U IR Ke
式中 n— 转速（r/min）； U— 电枢电压（V）； I — 电枢电流（A）； R— 电枢回路总电阻（ ）； — 励磁磁通（Wb）； Ke— 由电机结构决定的电动势常数。
（1-1）
直流电动机调速方法
由式（1-1）可以看出，有三种方法调节电动 机的转速：
20世纪80年代以后由于电力电子技术的发展逐步解 决了能和直流调速系统媲美的高性能交流调速系统 的技术问题（如交流电变压变频技术的成熟），交 流调速系统逐步取代了直流调速系统为主的局面。
交流调速系统的发展与应用表现在以下方面:1.一般 性能的风机,水泵节能调速 2.高性能的交流调速和 伺服系统 3.特大容量,极高转速的交流调速系统。
1.3 电力拖动控制系统的基本类型
1.3.1 直流电机拖动控制系统的基本类型
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大 范围内平滑调速，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。
由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较 成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控 制系统的基础。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。
电力拖动系统：用电动机作为原动机拖动生产机械运行的系 统。包括电动机、传动机构、生产机械、电气设备和电源五部分 组成。
电力拖动系统概述
电动机：将电能转化为机械能 传动机构：把电动机的运动经过中间变速或变换
运动方式后传给生产机械驱动生产机械工作。。 生产机械：执行某一生产任务的机械设备 电气设备和电源：为电动机供电并控制电动机的
电机的发展大体上可以分为四个阶段： （1）直流电机：分为直流有刷电机和直流无刷电机，其特点：调
速性能优良、调速方便、平滑、调速范围广 （2）交流电机：结构简单，运行可靠，成本低廉，维护方便 （3）控制电机：指在自动控制系统中用作检测、比较、放大和执
行等作用的电机。分为：1）直流伺服电动机 ；2）交流伺服电动 机；3）步进电动机 （4）特种电机。
–
电能是最重要的能源之一：适宜大量生产和集中管理、
转换经济、传输和分配容易、便于自动控制。
–
电机是利用电磁感应原理工作的机械，是生产、传输、
分配及应用电能的主要设备，其中的电动机是将电能转
换为机械能，拖动各种生产机械的重要电气设备，电动
机消耗的电能占全国发电总量的60%——70%。
电力拖动系统概述
模拟电子电路构成的控制器。 数字电子电路构成数字控制器 微机数字控制
1.2 电力拖动控制系统的发展
单片机 数字信号处理器 高级专用集成电路。 控制部件的功能日益完善，而所需的控制器件和
控制器体积日益减小，控制器可靠性日益提高而 成本日益降低。
1.2 电力拖动控制系统的发展
电力拖动自动控制系统概 念、基本类型和发展
第1章 绪 论
内容提要
电力拖动自动控制系统的概念 电力拖动自动控制系统的发展 直流和交流调速方法简介 直流调速电源介绍 电力拖动自动控制系统的基本类型 课程性质、目标任务和学习要求
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第1章 绪 论
1.1 电力拖动及其控制系统概述
1.1.1 电力拖动系统概述
1.2 电力拖动控制系统的发展
20世纪80年代以前需要调速的生产机械以直流拖动为主， 其可控电源在20世纪50年代前采用水银（汞弧）整流， 其工作原理是是一个密封的铁罐下边底部盛着水银，就 是阴极，上边顶部装有阳极，在阳极和阴极之间（接近 水银）有栅极，也叫引弧极，阳极和栅极都经玻璃绝缘 子引出。水银整流造价高，维护麻烦，有毒危害人身健 康，不利于环保。
（1）调节电枢供电电压 U； （2）减弱励磁磁通 ； （3）改变电枢回路电阻 R。
（1）改变电枢调压调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ； n0
保持电阻 R = Ra
调节过程：
改变电压 UN U U n ， n0
调速特性：
转速下降，机械特 性曲线平行下移。
O
nN
n1
源
（2）改变电枢电阻调速
工作条件：
n
保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ；
n0
调节过程：
增加电阻 Ra R
UN
n2
U1
n3
U2
U3
IL
I
调压调速特性曲线
（1）调压调速
调压调速的优点： 1）电源电压能够平滑调节，可实现无级调速 2）调速前后机械特性不变，硬度较高，负载变化时，
速度稳定性好 3）无论负载如何，调速范围相同 4）电能损耗小 调压调速的缺点：需要一套电压连续可调的直流电
运行
1.1.2 电力拖动控制系统概述
电力拖动自动控制系统是指对电力拖动系统的工作状态进行自动 控制的系统，它由自动控制装置和电力拖动系统所组成。
1.2 电力拖动控制系统的发展（历史沿革）
1834年，俄国物理学家雅可比（Якоби）设计并制成了第一 台实用的直流电动机
交流电动机的发明是由美国发明家特斯拉完成的，最早的交流电 动机根据电磁感应原理设计，结构比起直流电动机更为简单。