电气传动控制技术
电气传动计算机控制
《电气传动计算机控制》第一章概述1.1电气传动技术概要1.2电气传动微机控制系统的特点1.3电气传动微机控制的基本结构1.1.1电气传动技术电气传动技术以运动机械的驱动装置——电动机为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成电气传动自动控制系统，控制电动机的转矩和转速，将电能转换成机械能，实现工作机械的旋转运动或往复运动。
电气传动系统亦即运动控制系统。
1.把转速作为被控参数的称为调速系统。
2.把直线位移或角位移作为被控参数称为位置随动系统。
3.带动工作机械的原动机是直流电动机，则称为直流电气传动。
4.带动工作机械的原动机是交流电动机，则称为交流电气传动。
1.1.11.1.2电气传动系统的特点适用功率范围极宽。
目前,单个设备的功率可从几毫瓦到几百兆瓦。
具有宽广的转速范围。
转速从每小时几转到每分钟几十万转，调速范围在无变速机构的情况下可达1：10000。
电动机的种类繁多，可以很方便地与各种各样的负载配合。
采用不同的电动机，电气传动装置几乎适用于任何工作条件。
电气传动装置可以立即启动并在极短的时间内加上全负荷，既不需要预热，也不需要中途加油，与其它原动机相比，对维护的需求也是适度的。
可以获得良好的动态特性和极高的稳速精度、定位精度。
可实现四象限运行而不需要专门的可逆齿轮装置。
电动机空载损耗小，效率高，通常具有相当大的短时过载能力。
1.2.1连续控制系统电气传动经历了从恒速到调速、从低性能到高性能、从单机独立传动到多机综合协调传动的发展过程，基于反馈控制理论，由模拟电子电路构成，以直流电气传动为代表的连续控制系统的发展，改变了电气传动的面貌。
然而，连续控制系统中由模拟电路组成的PID调节器，由于校正参数不便调整，且一经确定后便不易改变，因而对控制对象的适应能力差，难于实现各种新的控制策略和控制方法。
用模拟控制装置对交流电动机进行控制，就更难满足要求。
此外，模拟电路对状态量的检测精度不高，使连续控制系统的控制性能不易提高；模拟式元器件集成度不高，也使硬件结构复杂，影响到控制装置的可靠性。
电气传动系统的智能控制问题探析
电气传动系统的智能控制问题探析
电气传动系统是现代工业中普遍采用的一种传动形式，它通过电动机驱动工作装置，实现能量的转换和传递。
随着科技的发展，电气传动系统的智能控制问题也越来越受到关注。
本文将从电气传动系统智能控制的原理、应用案例和未来发展趋势等方面进行探析。
电气传动系统的智能控制原理主要包括感知、决策和执行三个过程。
感知过程通过传感器采集实时信息，包括电机的转速、转矩、温度等参数。
决策过程通过控制算法分析传感器数据，得出最优控制策略。
执行过程通过控制器将决策结果转化为电机的控制信号，控制电动机的运动状态。
电气传动系统的智能控制在很多领域都有广泛的应用。
在工业自动化中，电气传动系统的智能控制能够实现精确的运动控制和运动的优化，提高生产效率和产品质量。
在智能交通系统中，电气传动系统的智能控制也可以实现车辆驱动的智能化，提高驾驶的安全性和舒适性。
电气传动系统的智能控制在未来有着广阔的发展前景。
一方面，随着传感器技术、人工智能和云计算等技术的不断进步，电气传动系统的感知和决策能力将得到进一步提升，实现更加智能化的控制。
随着能源环保的要求越来越高，电气传动系统的能源管理和能量优化将成为重要的研究方向。
未来的电气传动系统智能控制将更加注重能耗优化和环境友好。
电气传动系统的智能控制问题涉及到感知、决策和执行三个过程，具有广泛的应用和良好的发展前景。
通过不断研究和创新，电气传动系统智能控制将为工业自动化、智能交通系统等领域带来更加智能和高效的解决方案。
2024年电气传动与控制工程行业培训资料
人工智能在电气传动控制中的应用
深度学习算法
通过训练神经网络模型实现对电气传动系统的智能控制，提高系 统性能和稳定性。
强化学习算法
通过与环境的交互学习最优控制策略，实现自适应控制和优化决策 。
智能故障诊断与预测
利用人工智能技术对电气传动系统进行故障诊断和预测，提高系统 维护效率和可靠性。
05
行业挑战与对策分析
企业创新发展与人才培养
创新驱动发展
企业需要加强技术研发，推动产 品升级换代，提高核心竞争力。
人才是企业发展的核心
企业需要加强人才培养和引进， 建立完善的人才激励机制，吸引 和留住优秀人才。
应对策略
加大科研投入，加强产学研合作 ，推动企业技术创新；建立完善 的人才培养体系，加强员工培训 和职业规划，提高员工素质和能 力。
现状概述
当前，电气传动与控制工程行业已经形成了较为完整的产业链，包括电机制造、 变频器生产、控制系统设计与集成等多个环节。同时，随着工业自动化程度的不 断提高，行业对于高性能、高可靠性产品的需求也在不断增加。
未来发展趋势与前景预测
技术发展趋势
未来，电气传动与控制工程行业将继续向数字化、智能化方向发展，包括电机驱动技术、 控制算法优化、人工智能技术应用等方面。
行业范围
涵盖电机与电器、电力电子与电力传动、系统控制理论与控制工程、检 测技术与自动化装置等多个专业领域。
03
行业重要性
电气传动与控制工程是现代工业自动化的重要组成部分，对于提高生产
效率、降低能耗、保障生产安全具有重要意义。
行业发展历程及现状
发展历程
从早期的直流电机调速到交流电机变频调速，再到当前的数字化、智能化控制技 术，电气传动与控制工程行业经历了多个发展阶段。
电气传动自动化技术手册
电气传动自动化技术手册一. 引言电气传动自动化技术在现代工业中发挥着重要的作用。
随着工业自动化水平的不断提高，传统的机械传动已经无法满足高效率和精确控制的要求。
电气传动自动化技术的出现为实现工业过程的自动化控制提供了有力的支持。
该手册旨在介绍电气传动自动化技术的基本原理、应用范围及实施方案，希望能够对工程师和技术人员提供有价值的参考和指导。
二. 基本原理1. 电气传动自动化技术的定义与特点电气传动自动化技术是利用电力传动和控制来实现自动化控制的一种技术。
它通过电机、传感器、控制器等设备，将电能转换为机械能来进行工艺流程控制。
其特点具体包括高效率、高速度、高精度、灵活性好等。
2. 电气传动自动化技术的基本原理电气传动自动化技术的基本原理是通过电机驱动机械装置运动，电气控制系统对电机进行控制，实现各种工艺过程的自动化控制。
此外，还包括传感器感知环境的变化，并将信号传递给控制系统实现反馈控制，从而实现自动化控制的闭环。
三. 应用范围1. 电气传动自动化技术在工业生产中的应用电气传动自动化技术在工业生产中应用广泛。
它可以用于各种生产流程的控制，如自动化生产线、自动化机床、自动化装配等。
此外，还可以用于各类机械设备的控制，如输送机、搬运机、起重机等。
2. 电气传动自动化技术在交通运输中的应用电气传动自动化技术也在交通运输领域起着重要作用。
例如，自动驾驶汽车、轨道交通系统中的自动驾驶、机器人交通导向等都是利用电气传动自动化技术实现的。
3. 电气传动自动化技术在家用电器中的应用电气传动自动化技术也逐渐应用于家用电器领域。
例如，智能家居系统、智能厨房设备、智能洗衣机等都是通过电气传动自动化技术实现智能控制和自动化操作。
四. 实施方案1. 设备选型与系统设计在实施电气传动自动化技术时，需要根据具体的需求选择合适的设备和系统。
包括电机选型、传感器选型、控制器选型等。
同时，还需要进行系统设计，包括电气布线设计、控制逻辑设计、安全保护设计等。
电力传动系统控制技术研究
电力传动系统控制技术研究随着现代工业的发展，机器设备和工业生产过程也越来越复杂。
如何高效、稳定地控制这些设备，使其能够按照预期的方式运行，成为了工程师们所面临的一项重要挑战。
电力传动系统作为工业生产中最基本的部分，其控制技术也受到了广泛关注和研究。
本文将对电力传动系统控制技术进行详细分析和讲解。
一、电力传动系统控制技术的发展历程电力传动系统控制技术是一个相对成熟的领域，其历程可以追溯到20世纪初。
当时，人们开始尝试使用电力传动系统来控制工业设备的运行，并且将电机制成了一种经典的传动装置。
为了提高电力传动系统的运行效率和控制精度，人们陆续发明了许多控制技术和方法。
其中最重要的技术包括PID控制技术、模糊控制技术、神经网络控制技术等。
这些技术不仅使电力传动系统控制更加灵活和稳定，也为其他工业生产领域的自动化控制提供了思路和方法。
二、电力传动系统控制技术的现状在现代工业生产中，电力传动系统控制技术已经广泛应用。
例如，机床、船舶、汽车、机器人等各种工业设备都需要使用电力传动系统实现运动控制和动力传递。
同时，随着工业4.0和智能制造的发展，电力传动系统控制技术也面临着新的挑战。
例如，如何实现多机协同控制、如何利用大数据技术优化传动系统效率等等。
目前，电力传动系统控制技术的主要研究方向包括以下几个方面：1. 高精度电机控制系统高精度电机控制系统主要关注如何通过控制电机的转速、角度、位置等参数，实现更加精确、高效的运动控制。
现代电机控制系统通常采用数字控制技术，并结合PID或者模糊控制方法实现控制。
2. 高效能量转换技术高效能量转换技术是电力传动系统能效提升的重要途径之一。
通过采用新型的功率器件、基于矢量控制的调速技术等手段，可以有效提升传动系统的能效。
3. 智能化电力传动控制系统智能化电力传动控制系统是近年来电力传动系统研究的一个热点方向。
该方法通过集成计算机、网络、传感器等多种技术手段，实现传动系统的自动化控制和智能化管理。
电气传动的脉宽调制控制技术
电气传动的脉宽调制控制技术摘要：电气传动的重点在于电动机的合理使用，并通过适当的控制使生产机械按照预定的需求运行，随着各类生产机械、运输车辆以及生活电器逐渐朝向节能化环保化的方向发展，电气传动系统的应用也被赋予了全新的要求，随之直流传动系统也逐渐地被交流传动系统所取代。
脉宽调制作为电气传动自动化领域的关键技术，掌握其控制手段重点，对于进一步设计电气传动系统促使其展现更优的性能具有十分重要的意义。
本文将以交流传动系统的脉宽调制控制技术为研究重点，期待为电气传动控制优化提供参考。
关键词：交流电气传动；SPWM；SVPWM前言电气传动以电动机作为原动机，实现的是一个电能向机械能转化的过程，该过程能够满足各种机械的启动、调速、停止等生产需求，是现代社会自动化生产根本需求。
随着科学技术的发展，交流电气传动系统凭借高效率，高节能且结构简单、维护方便等优点逐渐成为电气传动系统的主流，脉宽调制控制技术也成为了整个系统中的核心所在。
一、电气传动脉宽调制控制技术概述（一）脉宽调制控制技术定义脉冲宽度调制简称脉宽调制，英文名称为Pulse Width Modulation，所以，人们更喜欢称它为PWM。
整个脉宽调制的过程，主要是利用微处理器的数字信息输出系统和控制模拟电路，通过对逆变电路开关元件的导通和关断进行电压脉冲序列的调控，使之产生相应的脉冲宽度和脉冲列周期达到改变输出电流与频率的目的。
整个调制过程冲处理器到被控系统，整个流程的所有信息皆是以数字形式呈现的，所以其间不涉及到任何的数模转换，也正是因为如此才表现出了经济节约、抗噪性能较强的优点。
交流电气传动系统的脉宽调制控制基本类型为正弦脉宽调制SPWM和电压空间矢量脉宽调制SVPWM。
（二）脉宽调制控制技术原理在PWM波形中，脉冲宽度的变化规律以正弦规律呈现，其面积相等原理就是指只要冲量大小相等，不管任何形式的正电压波形同其与坐标轴t围成的阴影面积都相等，也就是说整个控制过程当中的平均输出电流是相同的，所以这些脉冲都能够作为正弦波形或所要求的波形。
电气传动控制系统单片机技术应用分析
电气传动控制系统单片机技术应用分析提纲：1. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用标准2. 单片机技术在电气传动控制系统中的优势及应用领域3. 设计单片机控制系统的基本流程4. 单片机技术在机器人控制系统中的应用5. 单片机技术在智能家居控制系统中的应用1. 单片机技术在电气传动控制系统中的应用标准单片机技术在电气传动控制系统中的应用一直处于快速发展的状态，而这种应用所依据的标准也越来越严格。
一般来说，在电气传动控制系统中应用单片机技术的目的，是为了实现自动化、数字化和高效化的控制。
电气传动控制系统中的单片机技术应用必须满足以下标准：（1）稳定性：稳定的电气传动控制系统能够保持系统的动态平衡和稳态平衡，长时间稳定运行。
（2）可靠性：必须保证电气传动控制系统的稳定性，并尽可能避免控制系统出现失误或运行失控的情况。
（3）实时性：实时性是单片机技术应用于电气传动控制系统中最重要的特性之一。
控制系统能够接近实时地完成各项任务，能够及时响应外部输入信号并做出相应的处理。
（4）可伸缩性：电气传动控制系统需要具有较高的可伸缩性，能够根据不同环境下的需求进行扩展和升级。
2. 单片机技术在电气传动控制系统中的优势及应用领域单片机技术在电气传动控制系统中的优势主要有以下几点：（1）可以实现分布式控制，使得控制算法更加简单，可以增强系统的运行效率。
（2）具有高度灵活性和智能化，可以实现多种功能，并且可以进行快速响应。
（3）应用范围广泛，可以应用于各种不同类型的电气传动控制系统，如机器人、智能家居等。
单片机技术在电气传动控制系统中的应用领域也非常广泛，比如说自动控制系统、电动制动系统、电机控制系统、变频器系统等。
单片机技术也可以应用于各种不同类型的机器人控制系统中，如焊接机器人、装配机器人、剪切机器人等。
在机器人控制系统中，单片机技术可以实现机器人的自主导航、路径规划和动作控制等功能。
单片机技术的应用可以大大提高机器人的控制精度和速度，并降低机器人控制系统的成本。
电气传动控制系统的讲义
系统集成与智能化
总结词
系统集成与智能化是电气传动控制系统未来 发展的另一个重要趋势，它将提高系统的自 动化和智能化水平，降低人工干预和操作成 本。
详细描述
随着物联网、云计算和人工智能等技术的发 展，电气传动控制系统将更加集成化和智能 化。系统将能够实现远程监控、故障诊断和 预测性维护等功能，提高设备的可靠性和稳 定性。同时，通过集成各种传感器和执行器 ，系统将能够更好地适应各种复杂环境和工
。
控制方式
电气传动控制系统的控制方式包括开环控制和闭环控制两种。开环控制是指控制系统只 根据输入的指令信号对电动机进行控制，不进行反馈；而闭环控制则是指控制系统不仅 根据指令信号对电动机进行控制，还会将电动机的实际输出反馈到控制器中，通过比较
实际输出与指令信号的差异来调整控制信号，实现对电动机的精确控制。
04
电气传动控制系统的性能指标
调速范围
调速范围
指电气传动系统能够调节的速度范围，通常以最高和最低转速的 比值来表示。
宽调速范围的意义
宽调速范围可以满足不同的工作需求，提高生产效率和设备利用率 。
调速范围的限制因素
实际应用中，调速范围的限制因素包括电动机的机械特性和电气特 性、传动装置的传递特性和效率等。
动态响应的重要性
动态响应是衡量电气传动系统动态性能的重要指标， 直接影响设备的动态特性和控制效果。
提高动态响应的措施
提高动态响应的措施包括优化系统结构、采用快速的 驱动器和传感器等。
05
电气传动控制系统的设计与优 化
系统设计
01
02
03
系统架构设计
根据应用需求，确定电气 传动控制系统的整体架构 ，包括硬件和软件的组成 及相互关系。
电传动控制技术_1_绪论
作为关键技术的电力电子技术
斩波器传动
• 上世纪60年代初开始开发铁路用晶闸管整流器时， 直流电气化铁路几乎只用串励换向器电机作为牵 引电机。 • 晶闸管整流器有以下3个主要优点：
– 无损耗或损耗少及无触点运行； – 牵引/制动时连续调节电压； – 再生制动电路电路结构简单。
• 为直流电气化铁路开发了直流调节器，即斩波器 的技术。
历史回顾
• 对于长的铁路区段，较低的直流电压不太合适， 而三相交流费用太高，人们选用单相交流做试 验； • 单相交流综合了直流和三相交流电力牵引的一 些优点：单线接触网，可高电压变换，小电流 强度； • 1903年用单相交流6.3KV/25Hz进行了试验并 取得了突破。
电传动技术的演变
• 牵引动力的电传动系统构成
– 实现4轴5.6MW或6.4MW大功率机车 – 300kN以上牵引力牵引重载货物列车 – 以200km/h以上速度牵引旅客列车
交-直-交传动电力机车
UN
牵引变压器+整流器+逆变器
T
ZL （不可控）
~
M
~
M
~
M
~
M
~
~
~
~
交-直-交传动内燃机车
柴油机
G
~
柴油机+硅整流器+逆变器
~
~
~
~
M
M
M
M
~
直流—直流传动
• • • • 直流供电系统供电，直流牵引电机驱动 优点： 缺点： 应用：
直-直传动电力机车
启动电阻
直流电网+直流牵引电机
MM
MM
MM
MM
MM
MM
直-直电传动内燃机车
电气传动实验报告
电气传动实验报告
电气传动技术是一种应用电气原理和电机控制技术，实现机械设备转动和运动的方法。
在工业自动化领域，电气传动技术被广泛应用于各种机械传动和控制系统中。
本次实验旨在通过电气传动的方式控制一个简单的机械系统，并测试其转动性能和控制精度。
实验器材和装置
本次实验使用的器材和装置包括：电机、减速器、电机控制器、电流表、电压表、万用表、电源、转子和传动轴等。
其中电机控制器是本次实验的核心部件，主要用于控制电机的转速和转向。
实验步骤
将电机和减速器安装在机械系统上，并将电机控制器连接到电源和电机上。
然后，使用万用表测量电源电压和电机电流，以确定电机的运行状态和功率。
接下来，调整电机控制器的参数，如转速、转向和加速度等，以控制机械系统的运动。
最后，使用转子和传动轴测试机械系统的转动性能和控制精度，如转速、转向、稳定性等。
实验结果
经过实验测试，本次电气传动实验取得了如下结果：
1.机械系统的转速和转向可以通过电机控制器实现电气传动控制。
2.调整电机控制器的参数可以改变机械系统的运动状态和速度。
3.电机的电流和电压随着机械系统的运动而变化，表明电气传动技术的能量转换效率很高。
4.通过转子和传动轴测试，机械系统的转动性能和控制精度都比较稳定和准确，说明该电气传动系统具有良好的控制性能和工作稳定性。
结论
电气传动技术是一种高效、精确和稳定的机械传动和控制方法，可广泛应用于各种工业自动化系统中。
本次实验通过电气传动控制一个简单的机械系统，测试了其转动性能和控制精度，结果表明电气传动技术具有很高的工作效率和控制精度，可为工业自动化系统提供可靠的机械传动和控制支持。
现代电气传动及控制技术的发展
现代电气传动及控制技术的发展1 电气传动技术概述电气传动技术，是指用电动机把电能转换成机械能，去带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动的物品的技术。
是通过合理使用电动机实现生产过程机械设备电气化及其自动控制的电气设备及系统的技术总称。
一个完整的电气传动系统包括三部分：控制部分、功率部分、电动机。
2 电气传动优点（1）电机的效率高，运转比较经济；（2）电能的传输和分配比较方便；（3）电能容易控制，因此现在电气传动已经成为绝大部分机械的传动方式，成为工业化的重要基础。
传动方式的一种，有机械式如摇臂之类，有压力如液压传动，而通过控制电机来传动的方式就是电气传动。
3 电气传动技术的发展史电气传动技术诞生于20世纪初的第二次工业革命时期，电气传动技术大大推动了人类社会的现代化进步。
它是研究如何通过电动机控制物体和生产机械按要求运动的学科。
随着传感器技术和自动控制理论的发展，由简单的继电、接触、开环控制，发展为较复杂的闭环控制系统。
自从人类发明并掌握各种机械帮助自己劳动以来，就需要有推动机械的原动力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和风力，后来又发明了蒸汽机、柴油机、汽油机，19世纪才发明电动机。
20世纪60年代，特别是80年代以来，随着电力电子技术、现代控制理论、计算机技术和微电子技术的发展，逐步形成了集多种高新技术于一身的全新学科技术一现代电气传动技术。
4 电气传动的主体——电动机电动机分为交流电动机和直流电动机。
二者的结构、工作原理不同，所需的电气传动装置也不同。
电气传动可分为两类：直流电气传动和交流电气传动。
由于历史上最早出现的是以蓄电池形式供电的直流电动机，所以直流传动也是唯一的电气传动方式。
直到1885年意大利都灵大学发明了感应电动机，而后出现了交流电，解决了三相制交流电的输变问题交流电气传动才出现。
20世纪80年代之前,直流电气传动在高性能的电气传动领域占绝对统治地位。
此后,随着电力电子技术和计算机控制技术的发展,以及现代控制理论的应用,交流电气传动得到了快速发展,静动态性能可以与直流电气传动相媲美。
现代电气传动及控制技术的发展
现代电气传动机控制技术的发展引言：在人类所利用的能源中，电能是最清洁、最方便的能源，所以，电气传动无疑具有很大的意义。
随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正面临着一场历史革命。
从八十年代开始，在电气传动自动控制领域中，交流电机调速技术取得了突破性进展，大举进入电气传动调速领域。
从几百瓦的伺服系统到几千万的特大功率高速传动系统；从技术指标要求不高的小范围调速传动到高精度、快相应，大范围的调速传动；从单机传动到多机协调传动，几乎无所不包，逐步占领了过去一向由直流电机调速系统所垄断的市场。
近年来变频调速在电气传动自动控制领域中的应用已经居于主导地位。
现代电气传动机控制技术概述现代电气传动技术诞生于20世纪初的第二次工业革命时期，电气传动技术大大推动了人类社会的现代化进步。
它是研究如何通过电动机控制物体和生产机械按要求运动的学科。
随着传感器技术和自动控制理论的发展，由简单的继电、接触、开环控制，发展为较复杂的闭环控制系统。
20世纪60年代，特别是80年代以来，随着电力电子技术、现代控制理论、计算机技术和微电子技术的发展，逐步形成了集多种高新技术于一身的全新学科技术一现代电气传动技术。
电气传动技术是指用电动机把电能转换成机械能，带动各种类型的生产机械、交通车辆以及生活中需要运动物品的技术；是通过合理使用电动机实现生产过程机械设备电气化及其自动控制的电器设备及系统的技术总称。
本文主要介绍有关现代电气传动及控制技术的以下几点内容：1、直流电机传动；2、交流电机传动；3、特种电机传动。
直流电机传动直流电动机分为有换向器和无换向器两大类。
直流电动机调速系统最早采用恒定直流电压给直流电动机供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。
这种方法简单易行、设备制造方便、价格低廉；但缺点是效率低、机械特性软，不能得到较宽和平滑的调速性能。
该法只适用在一些小功率且调速范围要求不大的场合。
30年代末期，发电机-电动机系统的出现才使调速性能优异的直流电动机得到广泛应用。
电气传动控制系统设计策略
航空航天领域电气传动控制系统应用
总结词
高可靠性和稳定性
详细描述
航空航天领域的电气传动控制系统需要具备高可靠性和稳 定性，以确保飞行器的安全和正常运行。电气传动控制系 统采用先进的控制算法和冗余设计，提高系统的可靠性和 稳定性。
总结词
高速响应和控制精度
详细描述
在航空航天领域，电气传动控制系统需要具备高速响应和 控制精度，以满足飞行器的复杂控制需求。系统采用高速 数字信号处理器和优化算法，实现快速响应和控制精度的 要求。
步进电机控制系统设计
总结词
步进电机控制系统设计主要关注电机的步进运行和定位控制，通过控制电机的步进角度和速度实现精 确的运动控制。
详细描述
步进电机控制系统设计通常包括电机驱动电路的设计，如电源管理、电机驱动器选择等。控制算法如 步进电机细分驱动控制等也被广泛应用于步进电机控制系统中，以实现更精确的步进和定位控制。
交流电机控制系统设计
总结词
交流电机控制系统设计主要关注电机的启动、调速和制动控制，通过改变电机的 输入电压或电流实现电机的平稳运行。
详细描述
交流电机控制系统设计通常包括电机驱动电路的设计，如电源管理、电机驱动器 选择等。控制算法如矢量控制、直接转矩控制等也被广泛应用于交流电机控制系 统中，以实现精确的速度和位置控制。
03
常见电气传动控制系统设计
直流电机控制系统设计
总结词
直流电机控制系统设计主要关注电机的启动、调速和制动控 制，通过改变电机的输入电压或电流实现电机的平稳运行。
详细描述
直流电机控制系统设计通常包括电机驱动电路的设计，如电 源管理、电机驱动器选择等。控制算法如PID控制器、模糊逻 辑控制器等也被广泛应用于直流电机控制系统中，以实现精 确的速度和位置控制。
电气传动控制技术
（3） S较大，D很小 （比较期望）。
D Snnom nnom (1 S )
2024/8/24
30
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
静差率 0.01～0.005 ＜0.02 0.05～0.1 0.01～0.001 ≤0.05
s)
60 f1 p
(1
s)
（2-3）
因此由（2-3）分析得出：
异步电动机的调速方法可以有改变极对数 p、改变转率 s 及改变频率 f 三种。
同步电动机的调速可以用改变供电频率，从而改变同步转速的方法来实现。
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）
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 பைடு நூலகம்
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
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）
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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16
PWM-M系统
交-直型电力机车
VT1
VD1
VT3
电路中的电动力传动和控制
电路中的电动力传动和控制电动力传动和控制是电路中的重要组成部分，它涉及到电路中的电动机、电源和控制器等元件。
在现代工业中，电动力传动和控制的应用广泛，它不仅在生产设备中发挥着重要的作用，还在家庭电器、交通工具以及机械设备中得到了广泛的应用。
本文将从电动机的工作原理、电动力传动的种类、控制技术以及在实际应用中的示例等方面进行论述。
一、电动机的工作原理电动机是电动力传动的核心部件，它将电能转化为机械能。
根据不同的工作原理，电动机可以分为直流电动机和交流电动机两大类。
直流电动机是利用直流电源供电，通过电流在磁场中产生的力矩来实现机械转动。
它的构造简单，具有良好的调速性能和起动性能，广泛应用于需要大功率输出和精确控制的场合。
而交流电动机则根据不同的转子结构又可分为异步电动机和同步电动机两种。
异步电动机是最常见的一种电动机，它利用旋转磁场和转子的电磁感应反应来实现机械转动。
同步电动机则是根据电磁感应定律，使转子与旋转磁场同步运动，具有高效率和较大的输出功率。
二、电动力传动的种类电动力传动是指利用电能转化为机械能的方式实现力的传递和控制。
根据传动方式的不同，电动力传动可以分为直接传动和间接传动两种方式。
直接传动是指电动机与负载之间直接相连，通过轴传递动力。
这种传动方式简单、结构紧凑，适用于转速要求较低和空间受限的场合。
间接传动则是通过传动装置，如齿轮传动、皮带传动和链条传动等，将电动机输出的转矩和速度传递给负载。
这种传动方式灵活性较高，能够实现不同传动比例和速度要求的调节。
三、电动力控制技术电动力传动中的控制技术是实现对电动机的启动、调速和停止等操作的重要手段。
常见的电动力控制技术包括直接启动、变频控制和软启动等。
直接启动是最简单的一种控制方式，通过将电机直接接通电源，实现电机的启动和停止。
但它的缺点是起动冲击大，容易对电网和设备产生不良影响。
变频控制则是通过改变电源的频率和电压来实现电动机的调速控制。
它具有精确调速、启动平稳等优点，广泛应用于需要精确控制转速的场合。
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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
31
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