【精品】PPT课件 电力拖动与控制
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电力拖动及自动控制原理基本知识及应用知识 ppt课件
图1.1 磁力线与电流之间的右螺旋关系
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18
直流电机的基本工作原理
简化为一对磁极,一个线圈
发电机
电动机
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第三节：常用低压电器
低压电器简介
配
开关
电
熔断器
低
电
……
压
器
电 器
控 制
接触器 继电器
时间继电器 热继电器
电
起动器 ……
器
……
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低压电器的分类
生产机械中所用的控制电器多属于低压电器，它 是指在电压在500V以下、用来接通或断开电路，以及 来控制、调节和保护用电设备的电气器具。 电器按动作性质可分为以下两类：
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8
三三相相五四线线制
L1 L2 L3 N P E
M 三相
两相
单相
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9
三相四线制
在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，
三条线路分别代表A,B,C三相，另一条是中性线N，亦即 零线，在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我 们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通
自动控制系统的基本组成图
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5
自动控制系统的基本组成部分定义
反馈环节 — 对系统的输出量的实际值进行测量，将它转换成反馈 信号，并使反馈信号成为与给定信号同类型、同数量级的物理量。
比较器 — 将给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差信号。 控制器 — 根据输入的偏差信号，按一定的控制规律产生相应的 控制信号。
过电流以构成单相线路中电流的回路。而三相系统中，三
相平衡时，中性线（零线）是无电流的，故称三相四线制 ；
电力拖动自动控制系统PPT课件
晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的
动态性能。
2021/3/8
42
• V-M系统的问题
– 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电 流反向，给系统的可逆运行造成困难。
– 晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt 与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在 很短的时间内损坏器件。
– 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸 变，殃及附近的用电设备，造成“电力 公害”。
本章提要11直流调速系统用的可控直流电源12晶闸管电动机系统vm系统的主要问题13直流脉宽调速系统的主要问题14反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计15反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计16比例积分控制规律和无静差调速系统11直流调速系统用的可控直流电源根据前面分析调压调速是直流调速系统的主要方法而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源
电力拖动自动控制系统
电气信息学院
2021/3/8
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绪论
自动控制系统的几个概念 自动控制系统的分类 自动控制系统的组成 自动控制系统的性能指标 研究自动控制系统的方法 本课程与其它课程的连接本课程的主要内容 计算机控制系统的概念
2021/3/8
2
一.自动控制系统的几个概念
1.自动控制 Automatic control 在无人直接参与的情况下，利用控制装
例子：计算机控制系统。 数学模型用差分方程描述
2021/3/8
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二.自动控制系统的分类
4.按系统有无反馈环节分类 ①开环控制系统 ②闭环控制系统
5.按系统控制对象和方式分类，又可分为 拖动控制系统（电气控制系统、机械控 制系统）和过程控制系统（石油，化工， 制药等）
2021/3/8
电力拖动自动控制系统PPT课件
• 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、 非线性、强耦合的多变量系统。
– 异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或 电流）和频率的协调控制，有电压（或电流） 和频率两种独立的输入变量。在输出变量中， 除转速外，磁通也是一个输出变量。
2021/1/21
7
6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、 非线性、强耦合的多变量系统。
• 作如下的假设：
– 忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势 沿气隙按正弦规律分布。
– 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定 的。
– 忽略铁心损耗。 – 不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响
。
2021/1/21
9
6.2 异步电动机的三相数学模型
• 无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的 ，都可以等效成三相绕线转子，并折算到 定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相 等。
• 定、转子相对位置变化产生的与转速成正 比的旋转电动势
dL i d
2021/1/21
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电压方程
• 转矩方程
T e n p L m ( i A s i a i B i b i C i c ) si ( n i A i b i B i c i C i a ) si 1 n ) 2 ( ( i A i c i B i a i C i b ) si 1 n ) 2 ( 0
ia R r
d a dt
ub
ib R r
d b dt
uc
ic R r
d c dt
2021/1/21
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电压方程
• 将电压方程写成矩阵形式
u
Ri
dψ
dt
uA Rs 0 0 0 0 0 iA
– 异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或 电流）和频率的协调控制，有电压（或电流） 和频率两种独立的输入变量。在输出变量中， 除转速外，磁通也是一个输出变量。
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6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、 非线性、强耦合的多变量系统。
• 作如下的假设：
– 忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势 沿气隙按正弦规律分布。
– 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定 的。
– 忽略铁心损耗。 – 不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响
。
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6.2 异步电动机的三相数学模型
• 无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的 ，都可以等效成三相绕线转子，并折算到 定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相 等。
• 定、转子相对位置变化产生的与转速成正 比的旋转电动势
dL i d
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电压方程
• 转矩方程
T e n p L m ( i A s i a i B i b i C i c ) si ( n i A i b i B i c i C i a ) si 1 n ) 2 ( ( i A i c i B i a i C i b ) si 1 n ) 2 ( 0
ia R r
d a dt
ub
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d c dt
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电压方程
• 将电压方程写成矩阵形式
u
Ri
dψ
dt
uA Rs 0 0 0 0 0 iA
电力拖动与控制系统第1章 绪论ppt课件
换向器与电刷的位置保证了电枢 电流与励磁电流的解耦，使转矩与 电枢电流成正比。
01.03.2021
精品课件
18
1.2 运动控制系统的历史与发展
交流调速系统
交流电动机（尤其是笼型感应电 动机）结构简单
交流电动机动态数学模型具有非 线性多变量强耦合的性质，比直流电 动机复杂得多。
01.03.2021
电力电子技术和微电子技术带动了 新一代交流调速系统的兴起与发展， 打破了直流调速系统一统高性能拖 动天下的格局。
进入21世纪后，用交流调速系统取 代直流调速系统已成为不争的事实。
01.03.2021
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1.2 运动控制系统的历史与发展
直流调速系统
直流电动机的数学模型简单，转 矩易于控制。
dt
Te
TL
Dm
Km
dm
dt
m
01.03.2021
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1.3 运动控制系统的转矩控制规律
忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运 动控制系统的简化运动方程式
J
d m
dt
Te
TL
d m
dt
m
01.03.2021
精品课件
24
1.3 运动控制系统的，唯一的途径就 是控制电动机的电磁转矩，使转速 变化率按人们期望的规律变化。
01.03e.2d02, 1Springer- Verlag, N精e品w课Y件ork, 2001
4
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第1章
绪论
01.03.2021
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5
内容提要
运动控制系统及其组成
运动控制系统的历史与发展
电力拖动PPT(精品课件)
(2) 空气式延时继电器
a) 通电延时继电器 KT
线圈
常开触点 KT
通电延时闭合
常闭触点
KT
通电延时断开 b) 断电延时继电器
(a) 外形 延时继电器的外形与结构
KT
KT
线圈
KT
常开触点
常闭触点
(b)符号 断电延时断开 断电延时闭合
(2) 空气式时间继电器
排气孔
进气孔
调节螺丝
常开触头 延时闭合
橡皮膜
释放弹簧
锁钩 过流 脱扣器
欠压 脱扣器
主触点 手动闭合
动画
连杆装置 衔铁释放
自动空气断路器原理图
4.1.6 接触器
用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。
(a) 外形
(b) 结构
交流接触器的外形与结构
用于频繁地接通和断开大电流电路的开关电器。
弹簧 ~
电源 常开
线圈
常闭
铁心 衔铁
电机 M
3~
主触点 辅助触点
如CJ10系列主触点额定电流5、10、20、40、75、 120A等数种；额定工作电压通常是220V或380V。
4.1.7 继电器
继电器和接触器的结构和工作原理大致相同。 主要区别在于：
接触器的主触点可以通过大电流； 继电器的体积和触点容量小，触点数目多，且 只能通过小电流。所以，继电器一般用于控制电路 中。 1. 电流及电压继电器 电流继电器：可用于过载或过载保护， 电压继电器：主要作为欠压、失压保护。
断电延时的空气式时间继电器结构示意图
时间继电器的型号有JS7-A和JJSK2等多种类型。
4 热继电器
用于电动机的过载保护。器外形与结构
用于电动机的过载保护。
电力拖动与控制课件：第二章 直流电动机的电力拖动
减弱磁通可用于平滑调速。 由于磁通只能减弱，所以只能从额定转速 向上调速。 受到电动机换向能力和机械强度的限制， 向上调速的范围是不大的。
电枢反应对机械特性的影响 :
当电刷放在几何中性线上，而电枢电流不 大时，电枢反应可以忽略不计。但是当电枢 电流较大时，由于磁路饱和的影响，电枢反 应会产生明显的去磁作用，使每极磁通量略 有减小，结果使转速n上升,机械特性呈上翘 现象,如图2-7。这对电动机的运行稳定性不利。
图2-7 电枢反应对机械 特性的影响
为了避免机械特性的上翘， 往往在主磁极上加一个匝数 很少的串励绕组，用串励绕 组的磁势抵消电枢反应的去 磁作用。这时电动机实质上 已变为积复励电动机，但是 由于所加绕组磁势较弱，一 般仍可将它视为他励电动机。
四、根据电动机的铭牌数据计算和绘制 机械特性
电动机的铭牌上给出电机的额定功率PN、额 定电压UN、额定电流IN和额定转速nN等数据。 由这些已知数据，可计算和绘制机械特性。
实际空载转速n0’为
n0 n0 T0
2．堵转点
B点为堵转点。
在B点：n=0 ，因而Ea=0 ； 电枢电流Ia称为堵转电流Ik ； 与Ik 对应的电磁转矩称为堵转转矩。
T
Tk
CT
U Ra
Rc
二、固有机械特性
电动机本身固有的特性称为固有机械特性。 它应具备的条件是：
① 电源电压 U=UN ② 励磁磁通 N
nRN
n0
Ra Rc 9.55(Ce N
)2
TN
计算出n0 后，过（n0 ,0）,（nRN ,TN）两点 连一条直线，即得到电枢串电阻的人为机械 特性曲线。
（2） 降低电源电压人为机械特性的绘制
选择两个工作点： 理想空载点：n=n0 ,，T=0 额定工作点：n=nN , ，T=TN 降低电源电压时，理想空载转速随之降低：
电力拖动及其控制电路ppt
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
由此可以得出结论：旋转磁场的旋转方向 决定于通入定子绕组中的三相交流电源的 相序，且与三相交流电源的相序 U→V→W的方向一致。
7.1.1 三相异步电动机的工作原理
只要任意调换电动机两相绕组所接交流电 源的相序，旋转磁场即反转。这个结论很 重要，因为后面我们将要分析到三相异步 电动机的旋转方向与旋转磁场的转向一致， 因此要改变电动机的转向，只要改变旋转 磁场的转向即可。
安装接线图。
7.3.3 电气控制系统图
1．电气原理图 2．电气安装图 图7-33所示为CW6132普通车床控制板
安装接线图。
7.3.3 电气控制系统图
图7-33 CW6132型普通车床控制板安装接线图。
7.4 三相异步电动机的起动及其控制电 路
7.4.1 三相异步电动机的直接起动控制电 路
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（5）当三相异步电动机空载时（即轴上没有拖动机械 负载，电动机空转），由于电动机只需克服空气阻力 及摩擦阻力，故转速n与同步转速n1相差甚微，转差 率s很小，约为0.04～0.07。
7.1.2 三相异步电动机的结构
1．定子
（1）定子铁芯 定子铁芯的槽型有开口型、半开口型、半闭口
型３种，如图7．10所示。半闭口型槽的优 点是电动机的效率和功率因数较高，缺点是绕 组嵌线和绝缘都较困难，一般用于小型低压电 机中。
服务特 权
电力拖动与控制第二章 131页PPT文档
起动电流或起动转矩为
I 1 1 . 5 ~ 2 . 0 I N ,T 1 1 . 5 ~ 2 . 0 T N
第三节 他励直流电动机的起动
求切换转矩的原则：既要使电动机能够带动负 载起动，又要保证在切换时的加速度转矩 ( T2和 TL之差 )不过小。过大，加速转矩大，可满足快速 起动的要求，但是起动级数增多，过小，延缓起 动过程。综合考虑，选I2= （1.1～1.2 ）ILmax，则 切换转矩T2= （1.1～1.2 ）TLmax 。电阻分三次切 除称三级起动，起动级数m=3，一般选m=3～4， 级数多，起动快，但同时也使设备增多，线路复 杂。运行不可靠性增大。
第三节 他励直流电动机的起动
pN C e 60 a
pN
CT 2a9.55Ce
第一节 他励直流电动机的机械特性
1.理想空载点
图2-2中的A点即为理想 空载点。
在A点：T=0，Ia=0，电 枢压降Ia(Ra+RC)=0，电 枢电动势Ea=U，电动机 的转速n=n0=U/(CeΦ)。
图2-2 他励电动机的机械特性
第一节 他励直流电动机的机械特性
点 TN , n ，连接这点与理想空载点，即得电枢串联电阻的人
为机械特性。 用类似的方法，可绘出改变电压U及减弱磁通Φ时的人为
机械特性。
第二节 电力拖动系统稳定运行的条件
• 电力拖动系统受外界某种短时扰动离开原 平衡状态，当外界扰动消失，系统恢复到原 转速，或在新条件下达到新平衡状态，电力 拖动就称该系统能稳定运行，否则就称为不 稳定运行。 • 为使系统能稳定运行，电动机的机械特 性和负载的转矩特性必须配合得当，这就是 电力拖动系统稳定运行的条件。
电枢感应电动势：Ea Cen
电力拖动与控制第1章电力拖动系统的动力学基础课件
方向后，T与n的方向一致时为正，TL与n的方
向相反时为正。
在代入具体数值时，如果其实际方向与规定的正
方向相同，就用正数，否则应当用负数。
第二节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算
多轴电力拖动系统，就是在电动机与工作机构之
间增设传动机构的系统。
一般采用折算的办法，把多轴电力拖动系统折算
为等效的单轴系统，然后按单轴电力拖动系统的运
GDeq2 1.2GDd2 1.2 100N m 2 120N m 2
（3）不切削时(Tmeq=0)，工作台与工件反向加速时，
系统动态转矩绝对值
T Tmeq
GD 2 dn 120
500N m 160N m
375 dt
375
第三节 生产机械的负载转矩特性
动惯量为Jeq,根据折算前后动能不变的原则：
1G 2
1 GDeq 2 n 2
v
(
)
2 g
2 4g
60
Gv 2
Gv 2
2
GDeq 4
365 2
2 n 2
n
(
)
60
2
所以：
求等效单轴系统的总飞轮矩时，还要计算传动机
构各旋转轴飞轮矩的折算值，其方法与多轴系统飞
轮矩折算方法相同。
二、工作机构直线运动转矩与飞轮矩的折算
第二节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算
注意：使用运动方程进行分析时，式中的TL应是折
算后的等效负载转矩Tmeq，GD2是折算后系统总的等
效飞轮矩GDeq2 。
本节重点研究负载转矩和飞轮矩的具体折算方法。
折算的原则：
按照能量守恒定律，系统在折算前和折算后应具
向相反时为正。
在代入具体数值时，如果其实际方向与规定的正
方向相同，就用正数，否则应当用负数。
第二节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算
多轴电力拖动系统，就是在电动机与工作机构之
间增设传动机构的系统。
一般采用折算的办法，把多轴电力拖动系统折算
为等效的单轴系统，然后按单轴电力拖动系统的运
GDeq2 1.2GDd2 1.2 100N m 2 120N m 2
（3）不切削时(Tmeq=0)，工作台与工件反向加速时，
系统动态转矩绝对值
T Tmeq
GD 2 dn 120
500N m 160N m
375 dt
375
第三节 生产机械的负载转矩特性
动惯量为Jeq,根据折算前后动能不变的原则：
1G 2
1 GDeq 2 n 2
v
(
)
2 g
2 4g
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Gv 2
Gv 2
2
GDeq 4
365 2
2 n 2
n
(
)
60
2
所以：
求等效单轴系统的总飞轮矩时，还要计算传动机
构各旋转轴飞轮矩的折算值，其方法与多轴系统飞
轮矩折算方法相同。
二、工作机构直线运动转矩与飞轮矩的折算
第二节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算
注意：使用运动方程进行分析时，式中的TL应是折
算后的等效负载转矩Tmeq，GD2是折算后系统总的等
效飞轮矩GDeq2 。
本节重点研究负载转矩和飞轮矩的具体折算方法。
折算的原则：
按照能量守恒定律，系统在折算前和折算后应具
《电力拖动与控制》课件
在家用电器中的应用
空调和冰箱
在家用空调和冰箱中，电力拖动控制系统用于驱动压缩机 的运行，实现制冷和制热功能，同时保证设备的节能和高 效运行。
洗衣机和烘干机
在洗衣机和烘干机中，电力拖动控制系统用于驱动电机和 传送带，实现衣物的洗涤和烘干功能，同时保证设备的安 全和稳定运行。
厨房电器
在厨房电器中，电力拖动控制系统用于驱动电饭煲、电磁 炉等设备的加热元件，实现烹饪功能，同时保证设备的安 全和高效运行。
要点二
详细描述
按照电动机类型分类，电力动系统可以分为直流电力拖 动系统和交流电力拖动系统两大类。按照使用场合分类， 电力拖动系统可以分为工业用电力拖动系统和民用电力拖 动系统两类。按照运动形式分类，电力拖动系统可以分为 直线运动电力拖动系统和旋转运动电力拖动系统两类。此 外，还可以按照电力拖动系统的规模和复杂程度等进行分 类。
在交通运输中的应用
城市轨道交通
在城市轨道交通系统中，电力拖动控制系统用于驱动列车和各种 辅助设备，实现列车的高效、安全运行。
电动汽车
在电动汽车中，电力拖动控制系统用于驱动车辆行驶和各种辅助设 备，实现车辆的节能、环保和高效运行。
航空电子
在航空领域，电力拖动控制系统用于驱动飞行器的起落架、襟翼等 机构，实现飞行器的安全、稳定和高效运行。
在工业自动化中的应用
自动化生产线控制
物流自动化
电力拖动控制系统在自动化生产线中 发挥着关键作用，通过电机驱动和控 制，实现生产线的自动化运行，提高 生产效率和产品质量。
在物流自动化系统中，电力拖动控制 系统用于自动化输送设备和仓储设备 的驱动和控制，实现高效、准确的物 流作业。
机器人技术应用
在工业机器人中，电力拖动控制系统 用于驱动机器人的关节和执行机构， 实现机器人的各种复杂动作和精确控 制。