电力拖动自动控制系统第五章
电力拖动自动控制系统复习要点(河科大)
第一章绪论1 电力拖动实现了电能与机械能之间的能量变换。
2 运动控制系统的任务是通过控制电动机电压、电流、频率等输入量，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量。
3 功率放大器与变换装置有电机型、电磁型、电力电子型（晶闸管SCR为半控型）等4 转矩控制是运动控制的根本问题，与磁链控制同样重要。
5 风机、泵类负载特性。
第一篇直流调速系统1 电力拖动自动控制系统有调速系统、伺服系统、张力控制系统、多电动机同步控制系统等多种类型。
2 直流电动机的稳态转速公式：3 调节电动机转速的方法:1)调压调速2)弱磁调速3)变电阻调速第二章转速反馈控制的直流调速系统1 晶闸管整流器—电动机调速系统(V-M系统)通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器平均输出直流电压，从而实现直流电动机的平滑调速。
2 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成一个滞后环节（由晶闸管的失控时间引起）。
3 与V-M系统相比，直流PWM调速系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的电力电子器件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；（5）电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
4 直流PWM调速系统的机械特性（电流连续时，机械特性曲线相平行）1）稳态：电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态；2）机械特性：平均转速与平均转矩（电流）的关系。
5调速系统转速控制的要求（1）调速—在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；（2）稳速—以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；（3）加、减速—频繁起动、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动、制动尽量平稳。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第4、5章
习题四4.1双闭环调速系统的ASR 和ACR 均为PI 调节器，设系统最大给定电压*nmU =15V ，转速调节器限幅值为*im U =15V ， n N =1500r/min ，N I =20A ，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻R =2Ω，s K =20，e C =0.127V·min/r ，求：（1）当系统稳定运行在*n U =5V ，dL I =10A 时，系统的n 、n U 、*i U 、i U 和c U 各为多少？（2）当电动机负载过大而堵转时，*i U 和c U 各为多少？解： （1）150.01min/1500/minnm N U VV r n r α=== 5500/min 0.01min/nU Vn r V rα===*150.375/40im dm U V V A I Aβ===*0.37510 3.75i d U I V β==⨯= 0.37510 3.75i d U I V β==⨯=0.1275001024.17520e d c s C n I R U V K +⨯+⨯=== （2）堵转时，V I U dm i 15*==β， 0.1270402420e d c s C n I R U V K +⨯+⨯=== 4.2 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR ，ACR 均采用PI 调节器。
已知参数：电动机：N P =3.7kW ，N U =220V ，N I =20A ，N n =1000 r/min ,电枢回路总电阻R =1.5Ω,设cm im nmU U U ==** =8V ，电枢回路最大电流dm I =40A,电力电子变换器的放大系数s K =40。
试求：（1）电流反馈系数β和转速反馈系数α。
（2）当电动机在最高转速发生堵转时的,0d U c i i U U U ,,*值。
解:1）*80.32/40im dm U VV A I Aβ===80.008min/1000/minnm N U VV r n r α=== 2) 040 1.560d d dm U E I R I R V ∑∑=+⨯=⨯=⨯=这时： *8,0n n U V U ==，ASR 处于饱和，输出最大电流给定。
华科 第5章(电力拖动控制系统)
U1 ( s )
WMA ( s )
n( s )
U n ( s)
U 1
6 pU1 A s A 1r2
+ -
T
-
TL
+
3 pU12A 12 r2
p Js
U 1
2 s A1 / U1 A J 12 r2 s 1 3 p 2U12A K MA TM s 1
3．风机、泵类的调速节能
风机、泵类的调速节能是调压调速系统应用得最多的领域之一。
风机、泵类的调速节能
应用条件——风机、水泵用不调速的交流电机，依赖于风门档板和阀 门来调节流量，使大量的电功率白白消耗在档板和阀门上。
选用的理由——风机、水泵的转矩与转速平方成正比，功率与转速立方 成正比，因此对调速范围的要求不大，调速的精度要求也不高，动态响应 更是几乎没有要求，这些特征都使廉价的交流调压调速系统成为风机、水 泵调速改造的首选系统。 节能原理——当转速下降时，电机损耗增加，效率降低，电机本身在 这个过程中不但没有节能，反而是增加了损耗。但风机、水泵节省的能 量大于电机所增加的损耗，从总体效果上看是节能了。
5.2.6 交流调压调速系统的效率及电机冷却 Pmec P2 效率及电机发热 1 s P Pem 1
当电动机转速降低（s增大）时，电动转子铜耗增加，电动机的 效率下降，电动机的发热将增加。 电机冷却
交流力矩电机：电动机的设计就允许电机长期堵转运行，电机出厂时就带有他扇冷 式的强迫通风系统，对这类电动机不用再考虑发热问题。 低转差率电机：电机只能在转差小于额定转差下连续运行，低速运行时一方面电 机发热增加，另一方面因转速降低，转轴上风扇的通风效果减弱，使电机会产生 过热。这类电机只能短时间内低速运行，或应重新考虑电动机的散热条件，防止 电机过热而烧毁。 高转差率电动机：介于上述两种电机之间，使用中根据实际的工况来决定是否需 要加强电动机通风冷却系统。
电力拖动自动控制系统的重点复习,考试必过(优选.)
压Un
也相应下降，而转速给定电压
U
* n
不变，
∆U
n
=
U
* n
−U n
增加。转速调节器 ASR 输出 U c
增加，
使控制角α 减小，晶闸管整流装置输出电压 U d 增加，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可
简述为：
TL ↑→ Id ↑→ Id (RΣ + Rd ) ↑→ n ↓→ U fn ↑→ ∆U ↑→ Uc ↑→
保产品质量。
3）加、减速-频繁起、制动的设备要求尽量快的加、减速以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则
要求起、制动尽量平稳。
6.解 释 反 馈 控 制 规 律 ？
答（1）被调量有静差（2）抵抗扰动与服从给定（3）系统精度依赖于给定和反馈检测精度
7.闭环空载转速 n0cl 比开环空载转速 n0op 小多少?
之比，称作静差率 s ，即 s
=
∆n N n0
或用百分比表示
s=
∆nN n0
× 100%
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速 N n
则
s
=
∆nN n0
=
∆nN nmin + ∆nN
∴ nmin
=
∆nN s
− ∆nN
=
(1 −
s)∆nN s
D
=
nmax nmin
=
nN s ∆nN (1 −
（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。 （3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，它不能得到反 馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能抑制的只是 被反馈环包围的前向通道上的扰动。 （ 2-13） 为 什 么 用 积 分 控 制 的 调 速 系 统 是 无 静 差 的 ？ 在 转 速 单 闭 环 调 速 系 统 中 ， 当 积 分 调 节 器 的 输入偏差电压 ∆U = 0 时，调节器的输出电压是多少？它取决于那些因素？
电力拖动自动控制第五章
(2-40)
电流与电动势间的传递函数
E ( s) R I d ( s) I dL ( s) Tm s
(2-41)
图2-21 额定励磁下直流电动机 的动态结构框图 (a)电压电流间的结构框图 (b)电流电动势间的结构框图 (c）直流电动机的动态结构 框图
直流电动机有两个输入量， 一个是施加在电枢上的理想空载电压Ud0， 是控制输入量， 另一个是负载电流IdL。扰动输入量。 如果不需要在结构图中显现出电流，可将 扰动量的综合点移前，再进行等效变换， 得图2-22。
(2-46)
比例控制闭环系统的静特性为
n
* K p K sU n
式中， n0 cl 表示闭环系统的理想空载转速， ncl 表示闭环系统的稳态速降。
Ce (1 K )
RI d n0cl ncl Ce (1 K )
(2-47)
（1）闭环系统静特性可以比开环系统 机械特性硬得多
——电力拖动系统机电时间常数(s)
整理后得
Ud0 dI d E R( I d Tl ) dt
Tm dE R dt
TL Cm
(2-38) (2-39)
I d I dL
式中，
I dL
——负载电流（A）。
在零初始条件下，取拉氏变换，得电压与 电流间的传递函数
1 I d (s) R U d 0 ( s ) E ( s ) T1 s 1
解:
当电流连续时，V-M系统的额定速降为
I dN R 305 0.18 nN =275r/min Ce 0.2
开环系统在额定转速时的静差率为
nN 275 sN 0.216 21.6% nN nN 1000 275
电力拖动自动控制系统运动控制系统课后参考答案第五六七章
思考题5-1对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为o<s<s m 所以调速范围不大。
电动机机械特性越软，调速范围不变，因为S m不变。
5-2异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。
由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。
当频率从额定值向下调节时，必须同时降低E g使) 4.44 N S金讪常值，即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控f 1制方式。
然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。
当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压U s E g。
在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行的。
在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么？答：在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速” 方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。
5-4 基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。
答：恒压频比控制：恒压频比控制最容易实现，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，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。
电力拖动自动控制系统各章节介绍
电力拖动自动控制系统虽然主要介绍电机的控制，并且以转速控制为主要对象，但其应用并不局限于此。
在数控机床等伺服控制范畴的应用更为广泛，这类控制与调速控制上的控制学原理是一致的，因此老师增加了位置控制、张力控制等章节，扩大了传动控制的范围，增加了知识点。
电机的控制与温度、流量、压力等控制也有共性，老师在教学过程中适当的引导，有利于拓展我们的思路，有利于我们应用知识能力的培养。
突破自动化就是调速的局限，而把自动化的主要专业课电力拖动自动控制系统作为控制理论和计算机应用的典型示例来讲并扩大其复盖范围，对促进自动化专业的建设和改造有重要意义。
实验在电力拖动自动控制系统课中始终占重要的地位，也是系统课程教改的重点。
目前，学校已经开发了大型综合性的实验，并和课程设计相结合单独设课，对我们实践能力的培养起了重要的作用。
理论教学、实验教学以及课程设计的结合为我们自动化学生工程能力培养创造了良好的机制，也已经发挥了积极作用。
但是在运行中目前的教学形式和手段在激发学生的创造性方面尚显不足。
实验的条件是有限的，一组多人且受时间限制，训练往往不充分，我们要充分利用现有的实验设备，完成任务，达到学习的目标。
主要内容及学习要点：第一章绪论1、电力拖动控制系统的基本类型（1) 直流电机拖动控制系统的基本类型（2）交流电机拖动控制系统的基本类型2、现代电力拖动控制系统的物质基础第二章闭环控制得直流调速系统1、转速控制得要求和调速指标（1）调速范围D（2）静差率S（3）调速范围、静差率和额定速降之间的关系2、闭环调速系统的组成，静特性的含义，转速负反馈闭环调速系统的稳态结构图3、开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较4、闭环系统能够减少稳态速降得实质5、反馈控制规律（转速反馈闭环调速系统的三个基本特性）6、反馈控制闭环直流调速系统的稳态参数计算7、截流反馈的概念，电流截止负反馈环节的特点，以及带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性8、反馈控制闭环调速系统的动态数学模型的建立、动态结构图、传递函数以及稳定条件9、PI调节器的设计10、无静差调速系统的含义，积分控制规律的含义、结构，积分调节器与比例调节器的区别，比例控制、积分控制和比例积分控制规律的区别11、无静差直流调速系统的分析及稳态参数计算第三章多环控制的直流调速系统与调节器的工程设计方法1、转速、电流双闭环直流调速系统的组成，主要包括双闭环直流调速系统的原理框图和稳态结构图2、双闭环直流调速系统PI调节器在稳态时的特性：（1）饱和——输出达到限幅值（2）不饱和——输出未达到限幅值3、双闭环直流调速系统的静特性4、双闭环直流调速系统在稳态工作时各变量间的关系、稳态工作点和稳态参数的计算5、双闭环直流调速系统启动过程中电流和转速的三个阶段：（1）电流上升阶段（2）恒流升速阶段（3）转速调节阶段6、双闭环直流调速系统的动态性能（1）动态跟随性能（2）动态抗绕性能：抗负载扰动和抗电网电压扰动7、转速、电流两个调节器的作用8、调节器的工程设计方法的基本思路，以及典型Ⅰ、Ⅱ型系统的系统结构、参数和动态性能指标的关系9、按工程设计方法设计转速、电流双闭环直流调速系统的调节器（1）电流调节器的设计①电流环的动态结构图②电流调节器的结构选择③电流调节器参数的选择（2）转速调节器的设计①转速环的动态结构图②转速调节器的结构选择③转速调节器参数的选择（3）电流调节器和转速调节器的实现10、双闭环直流调速系统中外环和内环的作用11、带电流变化率内环的三环直流调速系统的主要作用、特点第四章可逆控制和弱磁控制得直流调速系统1、晶闸管——电动机系统可逆线路的种类2、晶闸管——电动机系统回馈制动3、环流的概念、种类4、直流平均环流，α=β工作制配合控制得结构、特点、实现和作用5、产生脉动环流的原因，抑制的方法6、有环流可逆调速系统的基本结构，工作状态，以及正向制动过程的三个主要阶段（本组逆变阶段、它组反节制动阶段和它组回馈制动阶段）的特点7、逻辑控制得无环流可逆调速系统的组成、原理框图、工作状态特点，以及无环流逻辑控制器的功能、组成和工作状况8、错位控制得无环流可逆调速系统的结构特点、工作状态，消除环流的原理，以及带电压内环的错位无环流系统的结构，内环的作用第五章基于稳态模型的异步电动机调速系统1、脉宽调制（PWM）变换器的作用、种类2、简单不可逆PWM变换器电路的特点、工作原理（二级管的虚流作用）3、有制动作用的不可逆PWM变换器电路的特点、工作原理（制动情况）、电压和电流波形分析4、双极式H型可逆PWM变换器的原理图、工作原理、特点5、脉宽调速系统的稳态分析6、双闭环直流脉宽调速系统的主要结构组成及各环节的功能，常用的脉宽调节器的种类第六章基于动态模型的异步电机调速系统1、交流异步电机变压调速系统（1）异步电机在不同电压下的机械特性（2）闭环控制得变压调速系统及其静特性2、电磁转差离合器调速系统的特点第七章绕线转子异步电机双馈调速系统1、异步电机串级调速原理及其基本类型2、串级调速时异步电机的机械特性3、转速、电流双闭环串级调速系统的组成、动态数学模型等4、串级调速系统的功率流程第八章同步电动机变压变频调速系统1、同步电动机的稳态模型与调速方法2、他控变频同步电动机调速系统3、自控变频同步电动机调速系统4、同步电动机矢量控制系统5、同步电动机直接转距控制系统。
《电力拖动自动控制系统》答案
1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM —电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1） 主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2） 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
（3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1：10000 左右。
（4） 若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
（5） 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。
（6） 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态 响应快，动态抗扰能力强。
1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？答：制动时，由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时，U g2 变正，于是VT 2导通， VT 2导通，VT 1关断。
1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么关系？为什么脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了？答：生产机械要求电动机提供的最高转速 max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围，用字母D 表示，即：minmaxn n D =负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落N n ∆ 与理想空载转速min 0n 之比，称为系统的静差率S,即：m in0n n s N∆=调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为：)1(s n sn D N N -∆=由于在一定的N n 下，D 越大，m in n 越小N n ∆ 又一定，则S 变大。
所以，如果不考虑D ，则S 的调节也就会容易，1-4．某一调速系统，测得的最高转速特性为m in /1500max 0r n =，最低转速特性为m in /150min 0r n =，带额定负载的速度降落m in /15r n N =∆，且不同转速下额定速降N n ∆不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多大？ 解1115150151500min 0max 0min max =--=∆-∆-==N N n n n n n n D %1015015min 0==∆=n n s1-5闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min ，要求系统的静差 S<=2%,那末系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min 则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 1，min /06.3%)21(10%21500)1(101501500min max r S D S n n n n D N =-⨯≤-=∆===则2，7.31106.31001=-≥+=∆∆K K n n clop 则1-6某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min ，如果将开环放大倍数他提高到30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？min /4813011511/1/11;;30;151********21121r n K K n n n K K n n K n K K K cl cl cl cl cl cl ≈⨯++=∆++=∆∆∆=++∆∆→∆→==）（）成反比，则（与开环放大倍数加同样负载扰动的条件下同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比94.111513011/1/112122121≈++=++==++K K D D D D K K cl cl cl cl ）（）（ 1-7某调速系统的调速范围D=20，额定转速min /1500r n =，开环转速降落min /240r n Nop =∆，若要求静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何变化？ 解：原系统在调速范围D=20，最小转速为：min /75201500max min r D n n ===，原系统在范围D=20，静差率为10%时，开环增益为：8.27133.82401min /5.31111=-=-∆∆=→=+∆=∆clNop Nop cl n n K r K n n 静差率10%时原系统的开环增益为：76.598.2776.59%522增加到将从所以系统的开环增益时，同理可得当K K s ==1-8转速单环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 答：1）闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围。
电力拖动自动控制系统第五章
Ps = sPm
从能量转换的角度上看，转差功率是否增大， 是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率 高低的标志。从这点出发，可以把异步电机的 调速系统分成三类 。
绪论
1. 转差功率消耗型调速系统
这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗 在转子回路中，上述的第①、②、③三种调速 方法都属于这一类。在三类异步电机调速系统 中，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。
绪论
●按电动机的能量转换类型分类
按照交流异步电机的 原理，从定子传入转 子的电磁功率可分成 两部分：一部分是拖 动负载的有效功率， 称作机械功率；另一 部分是传输给转子电 路的转差功率，与转 差率 s 成正比。
Pm
Pmech Ps
绪论
即
Pm = Pmech + Ps
Pmech = (1 – s) Pm
绪论
1）电力电子技术和脉宽调制的发展：
电力电子器件的不断进步，为交流电机控制 系统的完善提供了物质保证，绝缘栅双极性晶 体管的实用化，为高频化PWM技术成为可能， 目前电力电子正向高压，大功率、高频化、组 合化、智能化。
2）应用矢量控制技术和现代控制理论： 交流电机是一个多变量、非线性的被控对象，
绪论
发展及现状（续）
直到20世纪60~70年代，随着电力电子技术 的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动 系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算 机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而 生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调 速性能分工的格局终于被打破了。
绪论
直流、交流调速比较
电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第4、5章
习题四4.1双闭环调速系统的ASR 和ACR 均为PI 调节器，设系统最大给定电压*nmU =15V ，转速调节器限幅值为*im U =15V ， n N =1500r/min ，N I =20A ，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻R =2Ω，s K =20，e C =0.127V·min/r ，求：（1）当系统稳定运行在*n U =5V ，dL I =10A 时，系统的n 、n U 、*i U 、i U 和c U 各为多少？（2）当电动机负载过大而堵转时，*i U 和c U 各为多少？解： （1）150.01min/1500/minnm N U VV r n r α=== 5500/min 0.01min/nU Vn r V rα===*150.375/40im dm U V V A I Aβ===*0.37510 3.75i d U I V β==⨯= 0.37510 3.75i d U I V β==⨯=0.1275001024.17520e d c s C n I R U V K +⨯+⨯=== （2）堵转时，V I U dm i 15*==β， 0.1270402420e d c s C n I R U V K +⨯+⨯=== 4.2 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR ，ACR 均采用PI 调节器。
已知参数：电动机：N P =3.7kW ，N U =220V ，N I =20A ，N n =1000 r/min ,电枢回路总电阻R =1.5Ω,设cm im nmU U U ==** =8V ，电枢回路最大电流dm I =40A,电力电子变换器的放大系数s K =40。
试求：（1）电流反馈系数β和转速反馈系数α。
（2）当电动机在最高转速发生堵转时的,0d U c i i U U U ,,*值。
解:1）*80.32/40im dm U VV A I Aβ===80.008min/1000/minnm N U VV r n r α=== 2) 040 1.560d d dm U E I R I R V ∑∑=+⨯=⨯=⨯=这时： *8,0n n U V U ==，ASR 处于饱和，输出最大电流给定。
电力拖动自动控制系统第五章PPT课件
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通过坐标变换和电压补偿，实现了磁通和转 矩的解耦和闭环控制。由于磁场的定向使 得异步电机的机械特性和直流电机的机械
和速度。 3、电刷的火花限制了直流电机的安装和使用
环境。 4、直流电机的大部分功率通过换向器流入电
枢的转子发热多，电机效率低。（中大容 量电机需要强迫风冷或水冷）
5、换向器和电刷的磨损降低的可靠性。
交流电机控制比较复杂，但结构简单、成本 低，安装环境要求低适用于易燃易爆环境， 交流拖动取代直流可调拖动的呼声越来越 强烈，交流拖动控制系统已经成为当前电 力拖动控制的主要发展方向。实际应用中 交流调速系统在以下几个方面优于直流调 速系统。
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电力电子器件的不断进步，为交流电机 控制系统的完善提供了物质保证，绝缘栅 双极性晶体管的实用化，为高频化PWM 技术成为可能，目前电力电子正向高压， 大功率、高频化、组合化、智能化发展。 2）应用矢量控制技术和现代控制理论 交流电机是一个多变量、非线性的被控
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对象，过去从电机稳态方程出发研究其 控制特性，动态效果不理想。20世纪70年
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（6开发新型电机和无机械传感器技术 小功率运动控制中得到重视和应用的 永磁同步电机。目前研究和发展的开关磁阻
交流调速
1、大功率负载情况下，电力机车、卷扬机 等控制系统。
2、高速运行的场合，高速电钻、离心机等 控制转速达数千到上万。
3、易燃、易爆、多尘环境。 4、中压（6-10KV）调速系统可以节省变电
《电力拖动自动控制系统》教学要点总结(第五章)
《电力拖动自动控制系统》教学要点总结(第五章) 《电力拖动自动控制系统》教学要点总结(第五章)《电力拖动自动控制系统》交流部分课程教学要点第五章交流调速的基本类型和交流变压调速系统1、交流调速系统的特点，交流调速的六种方法是什么，从转差功率的角度将异步电动机调速系统分成3类，并举例说明。
2、异步电动机改变电压时的机械特性（1）、固有机械特性，存在问题（2）、不同电压下的机械特性，尤其是高转子电阻交流电动机的不同电压下的机械特性3、闭环控制变压调速系统的静特性（1）、交流力矩电动机机械特性的缺点（虽然调速范围大，但是特性软）（2）、闭环静特性的特点（特性硬，采用PI后，可以实现无静差，但有极限）（3）、异步电动机闭环调压系统与直流电动机闭环调压系统的不同之处(4)根据转差功率损耗分析，调压调速的异步电动机带恒转矩负载时为什么不适宜在低速下长期工作？掌握结论即可。
3、软起动器异步电机常用启动方法，为什么降压启动？软起动器的作用及特点是什么？思考题1根据对转差功率处理方式不同，交流电动机调速系统分为哪几类？并举例说明。
2晶闸管交流电动机调压调速系统中，为了扩大调速范围，通常使用什么种类的异步电动机？画出其机械特性曲线？3画出转速闭环交流异步电动机调压调速系统原理图和静特性。
其最大转矩和最小转矩受哪个因素限制？4说明你在调压调速实验中，调压装置的最小控制角是如何确定的？理论上应与哪个参数相等？5结合调压调速实验，说明转速负反馈交流调压调速系统原理。
画出高阻转子电动机的闭环静特性。
6根据转差功率损耗分析，交流变压调速系统最适合哪一类负载？该负载下的最大转差功率损耗系数为多大？对应得转差率是多少？7普通交流电动机带恒转矩负载进行调压调速，能否低速长期运行？为什么？8说明交流电动机轻载降压节能原理。
轻载时是否电压越低越好？为什么？1扩展阅读：《电力拖动自动控制系统》教学要点总结(第二章)第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器设计方法1、转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性（1）转速、电流双闭环直流调速系统的组成：内环和外环结构（2）稳态结构图和静特性（3）各变量稳态工作点和稳态参数计算（涉及的问题：稳态运行时，ASR和ACR的输入和输出分别为多少？如作业2-2）作业：P94，2-1、2-2、2-62、双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析（1）动态数学模型（理解即可）用传递函数表示的双闭环直流调速系统的动态结构框图（理解即可）（2）起动过程分析（涉及的问题：三个阶段中，ASR和ACR分别是饱和、不饱和、退饱和？）电流上升的阶段恒流升速阶段转速调节阶段（3）动态抗扰性能分析：主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能（涉及的问题：负载扰动靠哪个环来抑制？抗电网电压扰动靠哪个环来抑制？）（4）转速和电流两个调节器的作用（详见教材59页解释）（涉及的问题：两个调节器都具有输出限幅功能，其输出限幅值都由什么来决定的）（涉及的问题：ASR和ACR处于饱和与非饱和状态下的稳态参数计算问题，如作业中2-7、2-8）作业：P95，2-5、2-6、2-7、2-8（5）调节器的工程设计方法：典型系统及其相应的性能指标典型I、Ⅱ型系统的传递函数（掌握）、开环对数频率特性（理解即可）控制系统的动态性能指标：跟随性能指标和抗扰性能指标的基本概念（掌握）典Ⅰ、Ⅱ型系统动态性能指标与参数的关系：典I系统跟随性能指标与参数的关系：（注意KT=0.5的参数关系与性能）典型I型系统抗扰性能指标与参数的关系：只是分析了一种特定扰动下（该扰动所处位置为双闭环调速系统中电流环中电网电压变化的扰动点）与参数的关系（理解即可）典2Ⅱ系统跟随性能指标与参数的关系：（注意h=0.5的参数关系与性能）典型Ⅱ型系统抗扰性能指标和参数的关系：只是分析了一种特定扰动下（该扰动所处位置为双闭环调速系统中的负载扰动）与参数的关系（理解即可）典型I、Ⅱ型系统在动态性能（如超调量、抗扰性能）上的主要差别（详见教材71页解释）按工程设计方法设计ASR和ACR双环系统的动态结构图（理解即可）双闭环系统的设计步骤：先内环、后外环先设计ACR：电流环的简化（理解即可）ACR的选择（选PI调节器）将电流环校正成典型I型系统（注意校正过程：比例微分环节与惯性环节的对消）再设计ASR：电流环与转速滤波环节的近似成一阶惯性环节（理解即可）ASR的选择（选PI调节器）转速环组成典型Ⅱ型系统作业：P95，2-133、转速微分负反馈：（涉及的问题：采用转速微分负反馈的目的？）4、弱磁控制的直流调速系统：（涉及的问题：变压与弱磁如何配合控制？（基速以下及基速以上？））（涉及的问题：变压与弱磁配合控制中电压、磁通、转矩和功率与转速之间的关系？（理解教材92页图2-35的控制特性图））3。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统课后参考答案第五六七章
第五章思考题5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大电动机机械特性越软，调速范围越大吗答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0<S<S m 所以调速范围不大。
电动机机械特性越软，调速范围不变，因为S m 不变。
5-2 异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。
由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。
当频率从额定值向下调节时，必须同时降低E g 使14.44常值SgS N mN E N K f ϕ=⨯⨯=，即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。
然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。
当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压s g U E ≈。
在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行的。
在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。
5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式为什么所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定若不是，那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么答：在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。
5-4基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第2-5章
电⼒拖动⾃动控制系统-运动控制系统习题解答第2-5章习题解答（供参考）2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM变换器进⾏制动时，两个VT是如何⼯作的？解：减⼩控制电压，使U g1 得正脉冲变窄，负脉冲变宽，从⽽使平均电枢电压U d 降低，使得E>U d，电机流过反向电流，电机进⼊制动状态。
0 t< t on 时，通过⼆极管VD1续流，在t on t2.2 系统的调速范围是1000~100r min ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？n n 1000 0.02解：n n rpm 2.04rpmD（1 s） 10 0.98系统允许的静态速降为 2.04rpm 。
2.3 某⼀调速系统，在额定负载下，最⾼转速特性为n0max 1500r min ，最低转速特性为n0min 150r min ，带额定负载时的速度降落n N 15r min ，且在不同转速下额定速降不变，试问系统能够达到的调速范围有多⼤？系统允许的静差率是多少？解：1）调速范围 D n max（均指额定负载情况下）n minn max n0max n N 1500 15 1485rpmn min n0min n N 150 15 135rpmn maxnmin 1485135112) 静差率s n N1155010%nmin2.4 直流电动机为P N =74kW, U N =220V，I N =378A，n N =1430r/min，Ra=0.023Ω。
相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。
采⽤降压调速。
当⽣产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。
如果s=30%时，则系统的调速范围⼜为多少？？0.1478当s=20%时 D n N s 1430 0.2 3.1n(1 s) 115 (1 0.2)当s=30%时 D n N s 1430 0.3 5.33n(1 s) 115 (1 0.3)2.5 某龙门刨床⼯作台采⽤V-M 调速系统。
《电力拖动自动控制系统》教学大纲
《电力拖动自动控制系统》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：Automation Control System by Power Driving2、课程类别：专业方向课程3、课程学时：总学时64，实验学时84、学分：45、先修课程：《电路原理》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》等专业基础课程6、适用专业：电气工程及其自动化二、课程的目的与任务课程的教学目的：本课程是电气工程及其自动化专业的专业特色课程。
通过本课程的学习，了解和掌握电力拖动自动控制系统的设计、校正和综合方法，为今后的工作打下专业基础。
课程教学的任务：了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。
掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。
了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。
三、课程的基本要求本课程是所有专业基础课程的综合应用，特别是对《电力电子技术》、《电机学》、《控制电机》、《自动控制原理》、《电力拖动基础》以及《模拟电子技术》、《数字电子技术》的基础知识应用较多，学生必须在这些专业基础课程学习过后，才能开设本课程。
教师在授课中必须引导学生对专业基础课程的综合应用，按照系统的控制规律为主线，由简入繁、由低及高的循序深入，思路必须清楚，引导学生学习和掌握系统设计与分析的方法，培养学生对工程问题的处理方法，同时要认真进行和完成课程实验，并且通过课程设计，要求学生能够对简单的电力拖动自动控制系统进行性能分析和设计。
电力拖动自动控制系统随堂练习
电力拖动自动控制系统.随堂练习第一章绪论·1.1 运动控制系统组成制的是A、双极性;B、单极性C、受限单极性;D、受限双极性参考答案：C3.直流脉宽调速系统的性能优于V-M系统的原因是 ;A、使用了不可控整流电路B、整流电路采用了二极管C、电磁时间常数小D、开关电路滞后时间短参考答案：D第二章转速反馈控制的直流调速系统·2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性1.系统的静态速降△ned一定时,静差率S越小,则;A 调速范围D越小B 额定转速ned越大C 调速范围D越大D 额定转速ned越大参考答案：A2.静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,则静差率 A．越小 B．越大 C．不变 D．不确定参考答案：A3.电机的调速范围D可以由以下哪一项表示 ;A． B． C． D．参考答案：C4.静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,则静差率 A．越小 B．越大 C．不变 D．不确定参考答案：A5.控制系统能够正常运行的首要条件是A．抗扰性 B．稳定性 C．快速性 D．准确性参考答案：B6.调速系统的稳态性能指标的是指 ;A、超调量B、调速范围和静差率C、动态降落D、加减速参考答案：B第二章转速反馈控制的直流调速系统·2.3 转速反馈控制的直流调速系统1.异步电动机由电网供电并以电动状态以拖动负载运行时,说法正确的是A从电网输入馈入电功率, 轴上输入机械功率B从电网输入馈出电功率, 轴上输出机械功率C从电网输入馈入电功率, 轴上输出机械功率D从电网输入馈出电功率, 轴上输入机械功率参考答案：C2.异步电机运行时其转子相电动势和频率分别为A,f1 B, sf1 C, sf1 D, f1参考答案：B3.在绕线转子异步电动机转子串电阻调速时,转子电流 Ir 会在外接电阻上产生一个交流电压,这一交流电压与转子电流的关系是A频率相同,相位相同 B频率相同,相位不同C频率不同,相位相同 D频率不同,相位不同参考答案：A第七章绕线转子异步电动机双馈调速系统·7.2绕线型异步电动机串级调速系统1.在异步电动机转子回路附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入的电源要满足A可变频以及不变幅B不变频以及可变幅C可变频以及可变幅D不变频以及不变幅参考答案：C2.绕线异步电机稳定运行时,必有A B C D参考答案：A3.在绕线转子异步电动机转子串电阻调速时,以下说法正确的是A减小β角可以增加电动机转速 B减小β角可以减低电动机转速C调节β角不能实现平滑调速Dβ角的变化与电动机转速无关参考答案：B第七章绕线转子异步电动机双馈调速系统·7.3 串级调速的机械特性3.对于同步电动机,不失速要满足的条件是A 转矩角B 转矩角C 转差频率vs<vsmaxD 以上都不对参考答案：A第八章同步电动机变压变频调速系统·8.2 他控变频同步电动机调速系统1.同步电机他控变频调速系统的特点不包括 ;A结构简单 B 同时多台调速 C 根本上消除失步 D价格低廉参考答案：C2.大功率同步电动机的转速系统,为了保证同步电动机顺利起动,可采用A 恒压频比控制B 调整定子电压C 调整转子电流 D调整定子电源频率参考答案：A第八章同步电动机变压变频调速系统·8.3 自控变频同步电动机调速系统1.对于无刷直流电动机系统,正确的是A 电动机是直流电动机B 系统中的直流电动机通过巧妙设计取消了电刷C 电动机的转子采用瓦型磁钢D 电动机的定子采用瓦型磁钢参考答案：C2.自控变频同步电动机之所以能从根本上杜绝失步现象,是因为根据转子位置直接控制变频装置的;A 输出电压或电流的频率B 输出电压或电流的幅值C 输出电压或电流的相位D 以上都不对参考答案：C3.自控变频同步电动机的组成不包括A 转子位置检测器BQB 速度传感器C 控制器D 逆变器UI参考答案：B。
《电力拖动自动控制系统》复习要点
阮毅、陈伯时《电力拖动自动控制系统（第4版）》复习要点第一章绪论1、运动控制系统的组成2、运动控制系统的基本运动方程式me L d JT T dt ω=-mm d dtθω=3、转矩控制是运动控制的根本问题。
4、负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载。
a ）位能性恒转矩负载b)反抗性恒转矩负载。
5、负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载。
6、负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载。
直流调速系统第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速：e U IR n K -=Φ2、调节直流电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。
3、V-M系统原理图4、触发装置GT 的作用就是把控制电压U c 转换成触发脉冲的触发延迟角α。
改变触发延迟角α可得到不同的U d0，相应的机械特性为一族平行的直线。
5、脉宽调制变换器的作用：用脉冲宽度调制的方法，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序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。
6、调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比。
7、静差率：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所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比。
8、调速范围、静差率和额定速降之间的关系：(1)N N n s D n s =∆-N N ND n s n D n ∆=+∆(1)N N n s n D s ∆=-9、转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图10、直流电动机的动态结构11、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多；（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多；（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。
12、当负载转矩增大，闭环调速系统转速自动调节的过程：TL ↑→I d ↑→n ↓→U n ↓→∆U n ↑→U c ↑→U d0↑→n ↑13、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。
第五章 闭环异步机调压调速
1 2 f1 np为电动机极对数
异步电动机稳态数学模型—稳态等值电路 根据电机学原理，在下述三个假定条件下：
忽略空间和时间谐波 忽略磁饱和 忽略铁损
异步电机的T型稳态等效电路示于图5-3。
5
异步电动机稳态数学模型—稳态等值电路
• 异步电动机等效电路
图5-3 异步电动机的T型稳态等效电路
0.7UsN
1
0
TL
Te
优点：调压调速范围增大，堵转工作也不致烧坏电机 图5-5 交流力矩电动机在不同电压下的机械特性 25 缺点：机械特性较软
第五章 闭环控制的异步电动机调压调速系统
5.1 异步电动机稳态数学模型和调速方法 5.2 异步电动机调压调速原理
5.3 异步电动机调压调速电路
将式（ 5-3 ）对 s 求导，并令 dTe/ds=0 ，可求出对应 于临界静差率和临界最大转矩
sm
Te max
R
2 s 2 1
' r ' 2 lr
R ( Lls L )
（5-4）
21 Rs R ( Lls L )
2 s 2 1
3npU s2
' 2 lr
（5-5）
能够改变的参数可分为3类： 电动机参数 电源电压 电源频率（或角频率）
16
第五章 闭环控制的异步电动机调压调速系统
5.1 异步电动机稳态数学模型和调速方法 5.2 异步电动机调压调速原理
5.3 异步电动机调压调速电路
5.4 闭环控制的调压调速系统及其静特性 5.5 闭环调压调速系统的近似动态结构图(*) 5.6 转差功率损耗分析 5.7 降压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用
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绪论
●
同步电机的调速
同步电机没有转差，也就没有转差功率，所 以同步电机调速系统只能是转差功率不变型 （恒等于 0 ）的，而同步电机转子极对数又是 固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异 步电机那样的多种调速方法。 在同步电机的变压变频调速方法中，从频率 控制的方式来看，可分为他控变频调速和自控 变频调速两类。
§5-1 异步电动机变压调速电路
•Y型接法
ia VT1
ua Ua0 a
VT2
a)
b 0
ub
VT3
uc
c 负载
§5-1 异步电动机变压调速电路
•型接法
ia ua b) b 负载
a
ub
c uc
பைடு நூலகம் §5-1 异步电动机变压调速电路
• 交流变压调速系统可控电源
•利用晶闸管交流 调压器变压调速
电源 晶闸管或大功率 晶体管组成功率 变换器 提供
执行器 部分
UN、fN
（恒定）
U、I、f
~M
控制电路
为执行器提供 可控的电源 控制部分--对执行器 运动控制和管理
给定
绪论
●功率变换器组成：
AC/DC 整流器 DC/AC 逆变器
串级
交-直变频器
DC/DC 斩波器—调压 AC/AC 直接变频—交-交变频器 调压—降压器
绪论
●按电动机的能量转换类型分类
按照交流异步电机的 原理，从定子传入转 子的电磁功率可分成 两部分：一部分是拖 动负载的有效功率， 称作机械功率；另一 部分是传输给转子电 路的转差功率，与转 差率 s 成正比。
~
Pm
Pmech
Ps
绪论
即 Pm = Pmech + Ps Pmech = (1 – s) Pm Ps = sPm
绪论
发展及现状（续）
直到20世纪60~70年代，随着电力电子技术 的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动 系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算 机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而 生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调 速性能分工的格局终于被打破了。
绪论
直流、交流调速比较
1、直流电机工艺复杂、增加直流电机成本。 2、换向器的换向能力限制了直流电机的容量 和速度。 3、电刷的火花限制了直流电机的安装和使用 环境。 4、直流电机的大部分功率通过换向器流入电 枢的转子发热多，电机效率低。（中大容量电 机需要强迫风冷或水冷） 5、换向器和电刷的磨损降低的可靠性。
电力拖动自动控制系统
绪论、第五章
主讲教师：解小华
学时：64
电力拖动自动控制系统
第二篇 交流拖动控制系统
第二篇 交流拖动控制系统
内容提要
※绪论 ※交流调速系统的主要类型 ※交流变压调速系统 ※交流变频调速系统 ※ *绕线转子异步电动机串级调速系 统
—转差功率馈送型调速系统
绪论
发展及现状
直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞 生。在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具 有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直 流电机，而约占电力拖动总容量80%以上的不变 速拖动系统则采用交流电机，分工在一段时期内 已成为一种举世公认的格局。交流调速系统的多 种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其 性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。
从能量转换的角度上看，转差功率是否增大， 是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率 高低的标志。从这点出发，可以把异步电机的 调速系统分成三类 。
绪论
1. 转差功率消耗型调速系统 这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗 在转子回路中，上述的第①、②、③三种调速 方法都属于这一类。在三类异步电机调速系统 中，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。
绪论
◆交流调速系统的主要类型
交流电机主要分为异步电机（即感应 电机）和同步电机两大类，每类电机又 有不同类型的调速系统。 现有文献中介绍的异步电机调速系 统种类繁多，可按照不同的角度进行分 类。
绪论
●按电动机的调速方法分类
常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 其中， ①~ ④为变S（转差率）调速。
绪论
4）高精度的交流电机运动控制 坐标矢量变换控制系统机械和电磁解耦特 性是通过参考坐标系放在旋转磁场 上来实 的，构成运动控制系统在电流环和速度环外 加上位置环，调整困难，在解耦的基础上提 出了以下方法 （1）滑模变结构控制（不需要精确建模，结 构简单易于实现 ，动静态性能优良） （2）最优位置控制系统（简化控制系统）
绪论
3. 转差功率不变型调速系统 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，上述的第⑤、⑥两种调速方法属于此 类。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。
绪论
高性能的交流调速系统和伺服系统（续）
20世纪70年代初发明了矢量控制技术，或称磁 场定向控制技术，通过坐标变换，把交流电机的 定子电流分解成转矩分量和励磁分量，用来分别 控制电机的转矩和磁通，就可以获得和直流电机 相仿的高动态性能，从而使交流电机的调速技术 取得了突破性的进展。 其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制 等方法，形成了一系列可以和直流调速系统媲美 的高性能交流调速系统和交流伺服系统。
绪论
直流、交流调速比较（续）
交流电机控制比较复杂，但结构简单、成 本低，安装环境要求低适用于易燃易爆环境， 交流拖动取代直流可调拖动的呼声越来越强 烈，交流拖动控制系统已经成为当前电力拖 动控制的主要发展方向。实际应用中交流调 速系统在以下几个方面优于直流调速系统。
绪论
直流、交流调速比较（续） 交流调速
在过去大量的所谓“不变速交流拖动”中，风机、 水泵等通用机械的容量几乎占工业电力拖动总容量的 一半以上，其中有不少场合并不是不需要调速，只是 因为过去的交流拖动本身不能调速，不得不依赖挡板 和阀门来调节送风和供水的流量，因而把许多电能白 白地浪费了。 如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的 能量节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约 20 ~ 30% 以上的电能，效果是很可观的。 但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求 都不高，只需要一般的调速性能。
第五章闭环控制的异步电动机变压调速系统 -- 一种转差功率消耗型调速系统
本章提要
♦异步电动机变压调速电路 ♦异步电动机改变电压时的机械特性 ♦闭环控制的变压调速系统及其静特性
§5-1 异步电动机变压调速电路
变压调速是异步电机调速方法中比较简 便的一种。 由电力拖动原理可知，当异步电机等效 电路的参数不变时，在相同的转速下，电 磁转矩与定子电压的平方成正比，因此， 改变定子外加电压就可以改变机械特性的 函数关系，从而改变电机在一定负载转矩 下的转速。
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5）开发新型电机和无机械传感器技术 小功率运动控制中得到重视和应用的永磁同 步电机。目前研究和发展的开关磁阻电机。为 满足高性能的调速，闭环控制必不可少，为实 现位置和速度控制，用测速电机和光电码盘来 检测信号，传感器的安装，带来了系统成本的 增加体积增大、可靠性降低、易受环境的影响 ，使得 成本合理、性能优良的无速度传感器交 流系统成为研究的热点，该技术是在电机转子 和机座上不安装电磁或光电传感器的情况下、
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方法研究电机的动态控制过程，不但控制其大小而 且控制其相位，利用状态重构和估计的现代控制概 念实现交流电机磁通和转矩的重构和解耦控制。 （1坐标变换矢量控制系统 （2转差频率矢量控制系统 （3直接和间接转矩控制系统 3）计算机技术的发展 （1交流电机数字控制系统即可用专门硬件电路也 可用总线形式，或单片机组成最小目标系统，复 杂的系统可采用微处理器和数字信号处理器。 （2数字仿真和辅助设计。
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同步电机的调速
自控变频调速利用转子磁极位置的检测信号 来控制变压变频装置换相，类似于直流电机中 电刷和换向器的作用，因此有时又称作无换向 器电机调速，或无刷直流电机调速。 开关磁阻电机是一种特殊型式的同步电机， 有其独特的比较简单的调速方法，在小容量交 流电机调速系统中很有发展前途。
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◆ 交流调速系统的组成（通称运动控制）
M d kmm I r cosr
km 转矩系数， m 气隙磁通， r 转子功率因数角
tan r sX r / Rr , X r 和Rr 分别为 转子感抗和电阻， s 转差率
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转矩控制的难点：
（1） m 是由定子电流和转子电流共同产生 （2 ） m 和 I r 是两个耦合的变量，I r 对一般 的鼠笼电机是无法测量的，无法直接控制。 （3 ） r 是与转速相关的时变量， Rr 随 温度变化， M d 随之变化。上式是由稳态等值 电路推导的平均转矩，更何况瞬时转矩。
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3. 特大容量、极高转速的交流调速
直流电机的换向能力限制了它的容量转速积 不超过106 kW 〃 r /min，超过这一数值时，其 设计与制造就非常困难了。 交流电机没有换向器，不受这种限制，因 此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机、 矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如高速 磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。
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1）电力电子技术和脉宽调制的发展： 电力电子器件的不断进步，为交流电机控制 系统的完善提供了物质保证，绝缘栅双极性晶 体管的实用化，为高频化PWM技术成为可能， 目前电力电子正向高压，大功率、高频化、组 合化、智能化。 2）应用矢量控制技术和现代控制理论： 交流电机是一个多变量、非线性的被控对象， 过去从电机稳态方程出发研究其控制特性，动 态效果不理想。20世纪70年代提出矢量变换的