交直流调速系统 绪论

逻
异步电动机
辑 ，
那
里
伺服电动机：改善定位精度
就 有
特种电机 步进电动机：实现增量运动
自 动
………
化
控
制
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2020年3月3日星期二
交直流调速系统

直线坐标
直线光电编码器 直线同步感应器
传感器
位置的测量

电位器
旋转坐标
电机功率设计不受限
里
就
电机易损坏，不适应恶劣现场
电机不易损坏，适应恶劣现场
有
自
需定期维护
基本免维护
动
化
20世纪70年代以前直流占统治地位，交流电机只在定速机械上使用。
控 制
20世纪90年代中期交流变频调速逐渐成为调速领域的主角。
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交直流调速系统
交流异步电机的机械特性公式 n＝60f/p(1-s) n：电机转速 f：给电机供电的交流电频率 p：电机极对数 s：转差率
哪
里

*
r＋
－
r
位 置
＋ r*
控
制 器
－
r
速 度 控
＋Te*
制－
器 Te
转 矩
i＋*
控
制－
器i
电 流 控 制 功 能
电 动 机
转 矩 检 测 器
机 械 负 载
有 逻 辑 ， 那 里 就
有
自
r s
动 化 控
制
转矩、速度、位置由内向外的三闭环系统
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交直流调速系统
闭环控制策略
哪
军事自动化（MA）：
里
雷达追踪、火炮瞄准、惯性导航、卫星姿态等
有 逻
工厂自动化（FA）：
辑 ，
加工中心、工业机器人、风机水泵、轧机等动等
那 里
办公自动化（OA）：
就 有
磁带机、磁盘驱动器、数控绘图机、打印机等
自 动
家庭自动化（HA）：
化 控
录像机、CD机、冰箱、洗衣机等
制
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交直流调速系统
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交直流调速系统
交流调速技术的发展历程
定义：以交流（直流）电动机为动力拖动各种生产机械的系统我们称之为交流
（直流）电气传动系统，也称交流（直流）电气拖动系统。
哪 里
构成：
有
逻
辑
交流电源 输入
直流 调速 装置
直流输出 直流 电机
中间传动机构
，
终端机械
里
2
提高产品质量 机床、印刷、包装等生产线
就 有3Biblioteka 改善工作环境 电梯、中央空调
自 动
化
注：并不是所有的设备使用电气传动装置后都可以节能
控 制
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交直流调速系统
直流电动机电枢电
压只能做到1000多
交直流电气传动的特点： 伏，转速每分钟数
百转到1000多转。
交流电动机电压可 做到6～10kV，转 速可达每分钟数千
旋转光电编码器 绝对旋转编码器

旋转变压器
测速发电机：交、直流
哪 里 有 逻 辑 ， 那
速度的测量
数字测速
基于脉冲信号 基于微处理器

基于应变片
转矩的测量 基于磁性齿轮

基于变压器
里 就 有 自 动 化 控 制
电压、电流的测量：霍尔传感器
那
里
就
有
自
动
交流 调速 装置
交流输出
交流 电机
皮带轮、齿轮箱等
化 风机、泵等 控
制
变频器
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执行机构
交直流调速系统
电气传动的目的：
根据设备和工艺的要求通过改变电动机速度或输出转矩改变终
哪
端设备的速度或输出转矩。
里
有
电气传动的意义：
逻
辑
序号
意义
有代表意义的行业或设备
，
那
1
节能
风机、水泵、注塑机
运动控制系统结构
PLC
变流装置
传动装置
PC/PLC
电源
定位平台
哪 里
旋转平台 有
逻
辑
，
主控制器 运动控制器 驱动器 电动机 机械系统
那
里
就
反馈装置
有 自
动
化
控
旋转变压器
直流电动机
制
敏捷驱动装置
编码器 电位器
伺服电动机 步进电动机
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测速发电机
直线电动机
交直流调速系统
电源
主控制器 运动控制器 驱动器 电动机 机械系统
交直流调速系统
《交直流调速系统》绪论
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交直流调速系统
运动控制的认识
过程控制：针对六大参数控制，时间常数较大
工业自动化 运动控制：针对在机复械杂运条动件过下程，，时将间预常定数的小
哪 里 有
运动控制的研究内容： 控制方案、规划指令转变 成期望的机械运动
处理机械系统中一个或多个坐标上的运动以及这些
✓ 位置控制
将某负载从某一确定的空间位置按某种轨迹移动到
哪 里
有
另一确定的空间位置
逻
辑
✓ 速度控制
，
那
以确定的速度曲线使负载产生运动
里
就
✓ 转矩控制
有 自
维持转矩的恒定或遵循某一变化规律
动 化
控
并非所有控制系统都需要三个闭环，伺服系统一般 制
是三闭环结构，调速系统一般是双闭环结构
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闭环控制策略
控制器：
哪
里
✓ 通用控制方法
有 逻
PID控制、自适应控制、Fuzzy控制等
辑 ，
那
✓ 特定控制策略
里 就
针对交流电动机的转矩控制有：
有 自
VVVF控制、矢量控制、直接转矩控制
动 化
控
制
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交直流调速系统
直流电动机
电动机
变压器（静止不动）
哪
交流电动机
同步电动机
里 有
旋转电机
转。
直流电气传动系统特点：
交流电气传动系统特点：
控制对象：直流电动机
控制对象：交流电动机
哪
控制原理简单，一种调速方式
里
控制原理复杂，有多种调速方式
有
性能优良，对硬件要求不高
性能较差，对硬件要求较高
逻 辑
电机有换向电刷（换向火化）
电机无电刷，无换向火化问题
， 那
电机设计功率受限
哪
里
反馈装置
有 逻
运动控制系统结构
部分 —— 电力传动与系统
辑 ， 那
主控制器/运动控制器：PC/PLC
里 就
电动机 电动机分类
有 自
控制设备：电力电子变流装置
动
反馈部分 —— 运动参数的测量和反馈
化 控
传感器 传感器分类
制
控制策略:开环控制、闭环控制
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交直流调速系统
闭环控制策略
交直流调速系统
闭环控制策略
✓ 转矩控制
哪
对转矩的控制通常通过控制电流来实现
里 有
在运动控制系统中，转矩控制是最基本的控制
逻 辑
，
性能评价：稳态精度、动态响应速度
那
里
✓ 速度控制
就 有
开、闭环（交、直流电动机）
自 动
化
✓ 位置控制
控
制
开环（步进电机）、闭环（伺服电机）
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交直流调速系统
逻 辑 ， 那
运动之间的协调，涉及各轴上运动速度的调节以及形成
里 就
有
准确的定位或遵循特定的轨迹等诸如此类的问题。
自
动
化
运动控制系统按照被控物理量可划分为：
控
制
调速系统（以转速为被控量）；伺服系统（以位移为被控量）
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交直流调速系统
控制目标：位置、速度、加速度、转矩/力控制
运动控制系统的应用领域：