电气拖动1

第1章 直流拖动控制系统：直流调速方法、直流调速电源、直流调速控制直流电机转速方程n=(U-IR)/e K φ （1）调压调速：转速下降，机械特性曲线平行下移。

（2）调阻调速：转速下降，机械特性曲线变软。

（3）调磁调速：转速上升，机械特性曲线变软。

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。

因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。

第1章 闭环控制的直流调速系统 常用的可控直流电源：旋转变流机组、静止式可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器斩波电路三种控制方式：T 不变，变 ton —脉冲宽度调制（PWM ）；ton 不变，变 T —脉冲频率调制（PFM ）；ton 和 T 都可调，改变占空比—混合型。

抑制电流脉动的措施：设置平波电抗器；增加整流电路相数；采用多重化技术PWM 变换器电路有多种形式，主要分为不可逆与可逆两大类 PWM 变换器的作用是：用PWM 调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。

双极式控制的桥式可逆PWM 变换器有下列优点：（1）电流一定连续；（2）可使电机在四象限运行；（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；（4）低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000左右；（5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。

PWM 变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容C 滤波，以获得恒定的直流电压，电容C 同时对感性负载的无功功率起储能缓冲作用。

PWM 变换器中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。

由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。

静差率与机械特性硬度的区别：一般调压调速系统在不同转速下的机械特性是互相平行的 。

对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。

开环调速系统及其存在的问题：若可逆直流脉宽调速系统是开环调速系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速。

如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，可以找到一些用途。

但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。

在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。

动态校正的方法：串联校正（有源、无源）；并联校正；反馈校正。

比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。

第 2 章 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是零。

对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。

两个调节器的作用：双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。

当负载电流达到 Idm 后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。

PI 调节器不同于P 调节器的特点：比例环节的输出量总是正比于其输入量，而PI 调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。

后面需要PI 调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。

起动过程：双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：（1饱和非线性控制；（2转速超调；（3准时间最优控制。

对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。

主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。

自动控制系统的动态性能指标包括：跟随性能指标、抗扰性能指标。

I 型系统不能用于具有加速度输入的随动系统。

典型 I 型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差，典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。

第3章 直流调速系统的数字控制 M 法测速原理：由计数器记录PLG 发出的脉冲信号；定时器每隔时间Tc 向CPU 发出中断请求INTt ；CPU 响应中断后，读出计数值 M1，并将计数器清零重新计数； 根据计数值 M 计算出对应的转速值 n 。

n=601M /Z c T T 法测速原理：计数器记录来自CPU 的高频脉冲 f0；PLG 每输出一个脉冲，中断电路向CPU 发出一次中断请求；CPU 响应 INTn 中断，从计数器中读出计数值 M2，并立即清零，重新计数。

n=600f /Z 2M M/T 法测速原理：T0定时器控制采样时间；M1计数器记录PLG 脉冲；M2计数器记录时钟脉冲。

n=601M /Z t T =601M 0f /Z 2M 智能控制特点：控制算法不依赖或不完全依赖于对象模型，因而系统具有较强的鲁棒性和对环境的适应性。

第4章 可逆调速系统和位置随动系统V-M 系统的可逆线路可分为两大类：电枢反接可逆线路——电枢反接反向过程快，但需要较大容量的晶闸管装置；励磁反接可逆线路——励磁反接反向过程慢，控制相对复杂，但所需晶闸管装置容量小。

环流危害：一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。

利用：只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。

瞬时的脉动环流产生的原因：采用配合控制已经消除了直流平均环流，但是，由于晶闸管装置的输出电压是脉动的，造成整流与逆变电压波形上的差异，仍会出现瞬时电压的情况，从而仍能产生瞬时的脉动环流。

这个瞬时脉动环流是自然存在的，因此配合控制有环流可逆系统又称作自然环流系统。

为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡电抗器。

无环流可逆系统又有大类：逻辑控制无环流系统；错位控制无环流系统。

当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。

在错位控制的无环流可逆系统中，同样采用配合控制的触发移相方法，但两组脉冲的关系是r α+f α= 300°，甚至是r α+f α=360°，也就是说，初始相位整定在 r α=f α= 150°或180°。

这样，当待逆变组的触发脉冲来到时，它的晶闸管已经完全处于反向阻断状态，不可能导通，当然就不会产生瞬时脉动环流了。

根据控制环流方式，直流可逆调速系统分为：有环流可逆调速系统；无环流可逆调速系统。

第5章交流拖动控制系统-闭环控制的异步电动机变压调速系统见的交流调速方法有：①降电压调速；②转差离合器调速；③转子串电阻调速；④绕线电机串级调速或双馈电机调速；⑤变极对数调速；⑥变压变频调速等等。

上述的第①、②、③属于转差功率消耗型调速系统这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。

可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。

转差功率馈送型调速系统（④）在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多。

无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。

转差功率不变型调速系统（⑤⑥）在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高。

其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。

只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；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。

同步电机可分为他控变频调速和自控变频调速两类。

变压调速系统的特点：异步电机闭环变压调速系统不同于直流电机闭环变压调速系统的地方是：静特性左右两边都有极限，不能无限延长，它们是额定电压UsN 下的机械特性和最小输出电压Usmin下的机械特性。

当负载变化时，如果电压调节到极限值，闭环系统便失去控制能力，系统的工作点只能沿着极限开环特性变化。

第6章笼型异步电机变压变频调速系统基频以下调速采用恒值电动势频率比的控制方式。

在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。

1）恒压频比（Us / 1 = Constant ）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。

2）恒Eg / 1 控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到 rm = Constant，从而改善了低速性能。

但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。

3）恒Er / 1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通 rm 恒定进行控制，即得Er / 1 = Constant 而且，在动态中也尽可能保持 rm 恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。

电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。

逆变器可以分成电压源型和电流源型两类，两种类型的实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器。

电压源型逆变器：直流环节采用大电容滤波，因而直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，有时简称电压型逆变器。

电流源型逆变器：直流环节采用大电感滤波，直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，或简称电流型逆变器。

PWM变压变频器优点：（1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构简单。

采用全控型的功率开关器件，只通过驱动电压脉冲进行控制，电路也简单，效率高。

（2）输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于采用了恰当的PWM控制技术，正弦基波的比重较大，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能。

（3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，系统的动态性能也得以提高。

（4）采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因素较高，且不受逆变输出电压大小的影响。

PWM调制原理：以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulationwave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。