电力拖动自动控制系统第五章PPT课件
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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
1
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
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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
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13
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）
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电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt5-交流拖动控制系统
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。
电力拖运动控自制动控系制统系统
7
许多在工艺上需要调速的生产机械过去多 用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机结 构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、 惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显 然能够带来不少的效益。
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。
电力拖运动控自制动控系制统系统
20
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。
n
n0
恒转矩负载特性
A
B
0.5UsN C
UsN
0.7UsN
O
TL
Te
图5-5 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）
在不同电压下的机械特性
电力拖运动控自制动控系制统系统
39
5.3 闭环控制的变压调速系统及其 静特性
采用普通异步电机的变电压调速时，调速范 围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增 大调速范围，但机械特性又变软，因而当负 载变化时静差率很大，开环控制很难解决这 个矛盾。
2%——交流可调速传动
电力拖运动控自制动控系制统系统
3
直流电机的不足
具有电刷和换向器，必须经常检查 维修。
换向火花使其应用环境受到限制。 换向能力限制电机的容量和速度 （极限容量转速约为106 kW r / min ）。
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。
电力拖运动控自制动控系制统系统
7
许多在工艺上需要调速的生产机械过去多 用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机结 构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、 惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显 然能够带来不少的效益。
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。
电力拖运动控自制动控系制统系统
20
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。
n
n0
恒转矩负载特性
A
B
0.5UsN C
UsN
0.7UsN
O
TL
Te
图5-5 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）
在不同电压下的机械特性
电力拖运动控自制动控系制统系统
39
5.3 闭环控制的变压调速系统及其 静特性
采用普通异步电机的变电压调速时，调速范 围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增 大调速范围，但机械特性又变软，因而当负 载变化时静差率很大，开环控制很难解决这 个矛盾。
2%——交流可调速传动
电力拖运动控自制动控系制统系统
3
直流电机的不足
具有电刷和换向器，必须经常检查 维修。
换向火花使其应用环境受到限制。 换向能力限制电机的容量和速度 （极限容量转速约为106 kW r / min ）。
第五章 基于稳态模型的异步电动机调速系统(电力拖动自动控制系统)
2.异步电动机三相原始模型的非独立性
图6-2 二极直流电动机的物理模型 F—励磁绕组 A—电枢绕组 C—补偿绕组
2.异步电动机三相原始模型的非独立性
图6-3 三相坐标系和两相坐标系物理模型
2.异步电动机三相原始模型的非独立性
图6-4 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系的物理模型
2.异步电动机三相原始模型的非独立性
2.计算转子磁链的电压模型
图6-32 磁电动机的仿真
图6-18 按转子磁链定向的异步电动机动态结构图
2.三相异步电动机的仿真
图6-19 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型
2.三相异步电动机的仿真
图6-20 矢量控制系统原理结构图
2.三相异步电动机的仿真
图6-21
简化后的等效直流调速系统
2.三相异步电动机的仿真
图6-22 电流闭环控制后的系统结构图
(2)在mt坐标系上计算转子磁链的电流模型
图6-30 在mt坐标系上计算转子磁链的电流模型
2.计算转子磁链的电压模型
1)用定子电流转矩分量i*和转子磁链ψ*计算转差频率给定信号ω*，
即 2)定子电流励磁分量给定信号i*和转子磁链给定信号ψ*之间的关 系是靠
2.计算转子磁链的电压模型
图6-31 计算转子磁链的电压模型
第五章
第一节
1.系统结构 2.起动过程 3.加载过程 第二节1.磁链方程 2.电压方程 3.转矩方程
4.运动方程
第三节1.异步电动机三相原始模型的非线性强耦合性 2.异步电动机三相原始模型的非独立性
图5-42 按恒值控 制的=f()特性
图5-43 定子电压补偿恒/ 控制的电压-频率特性
1. dq坐标系中的状态方程
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。
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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
。
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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
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24
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
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21
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 b dt
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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
电机及应用第二版第五章三相异步电动机的电力拖动课件
由前面分析知：
cos2
R2
s R22 ( X 20 )2
U1 4.44K1 f1N1Φm
由此得电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
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电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2 1
成正比。U
改变转子附加电阻R´2 可实现调速。
过载系数(能力) Tm
TN
一般三相异步电动机的过载系数为
1.8 ~ 2.2
工作时必须使TL <Tm ，否则电机将停转。
I2 I1 电机严重过热而烧坏。
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3. 起动转矩 Tst 电动机起动时的转矩。
n0 n
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
1
T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。
3. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
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二、机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线：
T
Tm
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
nn1N n
Ts t
)
硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，
起动特性好。
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(2) R2 变化对机械特性的影响
n
《电力拖动自动控制》课件
传感器
选择合适的传感器，如光电编码器、 压力传感器等，用于检测设备的状态 和参数。
电源和安全保护装置
为控制系统提供稳定的电源，并配备 必要的安全保护装置，如过载保护、 短路保护等。
控制系统的软件实现
编程语言
算法设计
选择适合的编程语言，如C、C、PLC编程 语言等，用于编写控制系统的软件程序。
根据控制需求设计合适的算法，如PID控制 算法、模糊控制算法等，用于实现设备的 精确控制。
控制系统的分类
根据控制方式的不同，控 制系统可以分为开环控制 系统和闭环控制系统。
控制系统的设计方法
解析法
通过数学模型对系统进行分析，设计控制算法，以达到预期的控 制效果。
实验法
通过实验测试和调整控制参数，以达到预期的控制效果。
现代控制理论设计法
基于状态空间模型，采用最优控制、鲁棒控制等方法进行控制系统 设计。
控制系统的性能指标
稳定性
控制系统在受到扰动后能够恢复到稳定状态 的性能指标。
准确性
控制系统输出与预期目标之间的误差大小。
快速性
控制系统能够快速响应输入变化的能力。
抗干扰性
控制系统对外部干扰的抑制能力。
控制系统的稳定性分析
稳定性判据
根据系统特征根的位置来判断系统的 稳定性，特征根位于左半平面表示稳 定，位于右半平面表示不稳定。
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
06
电力拖动自动控制的未 来展望
新技术发展对电力拖动自动控制的影响
人工智能技术
AI算法在电力拖动自动控 制中的应用，如预测性维 护、故障诊断和优化控制 策略。
物联网技术
《电力拖动自动控制》课件
二、电力拖动原理
1 电力拖动的基本原理解释电力拖动的基本工作来自理，包括电动机和传动装置的作用。
2 电机的参数和性能指标
介绍电机的关键参数，如功率、效率和转速，并解释这些指标在电力拖动中的意义。
三、电力拖动控制方法
1
开环控制和闭环控制
比较开环控制和闭环控制的优缺点，讨论何时使用哪种控制方法。
2
速度控制和位置控制
《电力拖动自动控制》 PPT课件
欢迎大家参加《电力拖动自动控制》课程，本课程将介绍电力拖动的背景、 原理、控制方法、应用案例和未来发展趋势。
一、背景
电力拖动的概念和应用领域
介绍电力拖动的定义和广泛应用的领域，如工 业生产和交通运输。
电力拖动自动控制的需求和意义
讨论为什么自动控制对电力拖动系统至关重要， 以及自动控制的优势和好处。
2 电力拖动技术的发展前景
回顾电力拖动技术的发展历程，并展望其未 来在工业领域的发展前景。
详细说明速度控制和位置控制的原理和实现方法，以及它们在不同应用中的应用。
3
电力拖动的其他控制方法
介绍其他常用的电力拖动控制方法，如扭矩控制和力矩控制。
四、控制器的设计和实现
控制器的功能和结构
探讨控制器的基本功能和结构，包括输入输出接口 和信号处理。
控制器的算法和调试
介绍控制器的算法设计和调试方法，确保系统稳定 和可靠。
五、电力拖动系统的应用案例
1 电梯控制系统
解释电梯控制系统如何应 用电力拖动和自动控制， 提高安全性和效率。
2 机床加工中心
讨论机床加工中心如何使 用电力拖动实现高精度和 高效率的自动化加工。
3 输送机及自动化生产
线
探讨输送机和自动化生产 线如何利用电力拖动提高 物料输送和生产效率。
电力拖动自动控制系统课件(精)
电力拖动自动控制系统的发展
1971年，西门子F.Blaschke(布拉施克)提出了矢量 变换控制原理解决了转矩控制问题；1985年德国鲁尔大 学M.Depenbrock提出了直接转矩控制理论，简化了矢量 变换控制原理的复杂计算；各种现代控制理论的发展也 使得交流电机控制技术迅速发展。 微处理机引入控制系统，使模拟控制向数字化方向 发展，从单片机到DSP，从DSP到RISC（简单指令集计算 机），使各种算法得以快速实现，拓宽了交流调速的应 用领域，不但简化了控制系统的硬件结构，而且提高了 控制性能，降低了电机能耗，交流调速系统将成为电力 拖动系统的主要力量。
O
TL
调磁调速特性曲线
Te
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。
电力拖动自动控制系统的发展
21世纪进入电力电子智能化时代，特点是电 力电子器件及其控制装置智能化，从而使变频和 逆变技术智能化。 电力电子技术的发展促进了电力拖动自动控 制系统的迅速发展，进一步实现了电力拖动系统 的高效节能和优化控制。 电力拖动和自动控制技术的发展密切相关， 控制系统通过电力电子器件为电机提供了可以控 制的电源，是弱电控制强电的媒介。
课程主要内容 第1篇 直流拖动系统和随动系统
第一章 闭环控制的直流调速系统 第二章 多环控制的直流调速系统
第三章 可逆调速系统
第四章 直流脉宽调速系统 第五章 位置随动系统
第2篇
交流调速系统
第六章 交流调速系统的基本类型和交流变压调速系统
《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。
电力拖动自动控制系统课件
性度等特点。
场效应管
具有高速开关特性和低 噪声性能，常用于开关
电源和逆变器。
IGBT
大功率电子器件，广泛 应用于电机控制和电网
调节。
运算放大器
用于信号处理和运算， 具有高精度和低噪声特
性。
控制电路与保护电路
控制电路
用于实现各种控制逻辑和算法，如速度、位置和电流控制等。
保护电路
用于检测系统异常并采取相应措施，如过流、过压和欠压保护等。
电力拖动自动控制系统应用
工业自动化生产线控制
自动化生产线是电力拖动自动控制系统的重要应用领域之一 。通过使用电力拖动自动控制系统，可以实现生产线的自动 化控制，提高生产效率，降低人工成本。
电力拖动自动控制系统能够精确控制生产线上各个设备的运 行状态，确保生产过程的稳定性和可靠性，减少设备故障和 生产事故的发生。
Байду номын сангаас
工作原理与控制方式
工作原理
电力拖动自动控制系统通过控制器对电动机进行控制，实现 机械设备的运动。控制器根据传感器反馈的信息，对电动机 的输入电压或电流进行调整，以实现对机械设备运动的精确 控制。
控制方式
常见的控制方式包括开环控制、闭环控制和复合控制等。开 环控制方式简单，但精度较低；闭环控制方式精度较高，但 需要反馈传感器；复合控制方式结合了开环和闭环的优点， 具有更高的控制精度和稳定性。
05
电力拖动自动控制系统发展趋势与挑战
新型电机与电力电子器件的发展
永磁同步电机
具有高效率、高转矩密度和优秀的动 态性能，是现代电力拖动系统的重要 发展方向。
开关磁阻电机
电力电子器件
随着宽禁带半导体材料的发展，电力 电子器件的性能得到大幅提升，为电 力拖动系统的优化提供了更多可能性 。
场效应管
具有高速开关特性和低 噪声性能，常用于开关
电源和逆变器。
IGBT
大功率电子器件，广泛 应用于电机控制和电网
调节。
运算放大器
用于信号处理和运算， 具有高精度和低噪声特
性。
控制电路与保护电路
控制电路
用于实现各种控制逻辑和算法，如速度、位置和电流控制等。
保护电路
用于检测系统异常并采取相应措施，如过流、过压和欠压保护等。
电力拖动自动控制系统应用
工业自动化生产线控制
自动化生产线是电力拖动自动控制系统的重要应用领域之一 。通过使用电力拖动自动控制系统，可以实现生产线的自动 化控制，提高生产效率，降低人工成本。
电力拖动自动控制系统能够精确控制生产线上各个设备的运 行状态，确保生产过程的稳定性和可靠性，减少设备故障和 生产事故的发生。
Байду номын сангаас
工作原理与控制方式
工作原理
电力拖动自动控制系统通过控制器对电动机进行控制，实现 机械设备的运动。控制器根据传感器反馈的信息，对电动机 的输入电压或电流进行调整，以实现对机械设备运动的精确 控制。
控制方式
常见的控制方式包括开环控制、闭环控制和复合控制等。开 环控制方式简单，但精度较低；闭环控制方式精度较高，但 需要反馈传感器；复合控制方式结合了开环和闭环的优点， 具有更高的控制精度和稳定性。
05
电力拖动自动控制系统发展趋势与挑战
新型电机与电力电子器件的发展
永磁同步电机
具有高效率、高转矩密度和优秀的动 态性能，是现代电力拖动系统的重要 发展方向。
开关磁阻电机
电力电子器件
随着宽禁带半导体材料的发展，电力 电子器件的性能得到大幅提升，为电 力拖动系统的优化提供了更多可能性 。
第五章 闭环异步机调压调速
4
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
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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代提出矢量变换的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，不但控制其大 小而且控制其相位转子磁场定向矢量控制
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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
站容量。
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为什么交流调速系统100年才发展起来
1、交流调速系统的难点和复杂性，难点来
自转矩控制困难交流电机是一个多输入多
特性一样，方便控制。但是转子时间常数随 温度变化较大，一定程度上影响的系统的 性能。
（2转差频率矢量控制系统，
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为简化控制系统的结构，直接忽略转子磁通 的过渡过程，这样的系统磁通采用开环控制 结构大为简化很适合电流控制PWM 电压型逆变器供电的异步电机控制系统， 进一步简化，只考虑稳态方程，得出 转差频率控制系统和开环的电压/频率 恒定控制系统，在风机、泵类调速领域
概述
(远程教育)
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，这种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。
电力拖动自动控制系统
第2篇
交流拖动控制系统
整体概况
概况一
点击此处输入 相关文本内容
01
概况二
点击此处输入 相关文本内容
02
概况三
点击此处输入 相关文本内容
03
2
内容提要
概述 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 *绕线转子异步电机双馈调速系统——
转差功率馈送型调速系统
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等值电路推导的平均转矩，更何况 瞬时转矩。 2、电力电子器件发展的限制 3、调速系统技术和成本的限制
交流调速系统技术的突破及发展 现状。20世纪70年代石油危机席卷 全球节能问题变得日益重要，发现
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占电机用电量一半以上的风机，泵类 负载利用阀门和挡板调节流量和压力， 浪费大量电能，迫使先进工业国家， 投入大量的人力和财力高效和高性能 的交流调速系统的研究。 1）电力电子技术和脉宽调制的发展：
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古典控制只考虑稳态特性，启动、调速、制动控制， 只研究一个状态到另一个状态的变化，不考虑电 磁过程只重视动力学过程。
（4计算机技术的发展 （1）交流电机数字控制系统即可用专门的 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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内广泛应用。 （3直接和间接转矩控制系统，直接 转矩控制是直接在定子坐标系上计算 磁通的模和转矩的大小并通过磁通和 转矩的直接跟踪，只关心转矩的大小， 磁通的小范围误差不影响转矩的性能 这种方法对参数变化不敏感。
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电压定向控制是在广义派克方程基础 上提出的磁通和转矩间接控制方法。 该法把参考坐标系放在同步旋转磁场上 使d轴与定子电压矢量重合，根据磁通 不变的条件，求得控制规律，该方法避免 的复杂的坐标变换，能够实现磁通和转矩 的解耦。
输出、非线性、强耦合且时变得被控对象。
电机转矩为
MdkmmIrc ors
km转矩系 m 数 气， 隙磁 r通 转， 子功率因
t anr sXr /Rr,Xr和Rr分别学远程教育
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 Ir 是两个耦合的变量， Ir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，R r 随 温度变化，M d 随之变化上式是由稳态
一、发展及现状
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。
二、直流和交流调速比较
1、电流电机工艺复杂、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
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（5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 上来实现的 ，构成运动控制系统在电流环和速度环外加上位环，
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）
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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
站容量。
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为什么交流调速系统100年才发展起来
1、交流调速系统的难点和复杂性，难点来
自转矩控制困难交流电机是一个多输入多
特性一样，方便控制。但是转子时间常数随 温度变化较大，一定程度上影响的系统的 性能。
（2转差频率矢量控制系统，
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为简化控制系统的结构，直接忽略转子磁通 的过渡过程，这样的系统磁通采用开环控制 结构大为简化很适合电流控制PWM 电压型逆变器供电的异步电机控制系统， 进一步简化，只考虑稳态方程，得出 转差频率控制系统和开环的电压/频率 恒定控制系统，在风机、泵类调速领域
概述
(远程教育)
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，这种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。
电力拖动自动控制系统
第2篇
交流拖动控制系统
整体概况
概况一
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02
概况三
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03
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内容提要
概述 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 *绕线转子异步电机双馈调速系统——
转差功率馈送型调速系统
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等值电路推导的平均转矩，更何况 瞬时转矩。 2、电力电子器件发展的限制 3、调速系统技术和成本的限制
交流调速系统技术的突破及发展 现状。20世纪70年代石油危机席卷 全球节能问题变得日益重要，发现
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占电机用电量一半以上的风机，泵类 负载利用阀门和挡板调节流量和压力， 浪费大量电能，迫使先进工业国家， 投入大量的人力和财力高效和高性能 的交流调速系统的研究。 1）电力电子技术和脉宽调制的发展：
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古典控制只考虑稳态特性，启动、调速、制动控制， 只研究一个状态到另一个状态的变化，不考虑电 磁过程只重视动力学过程。
（4计算机技术的发展 （1）交流电机数字控制系统即可用专门的 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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内广泛应用。 （3直接和间接转矩控制系统，直接 转矩控制是直接在定子坐标系上计算 磁通的模和转矩的大小并通过磁通和 转矩的直接跟踪，只关心转矩的大小， 磁通的小范围误差不影响转矩的性能 这种方法对参数变化不敏感。
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电压定向控制是在广义派克方程基础 上提出的磁通和转矩间接控制方法。 该法把参考坐标系放在同步旋转磁场上 使d轴与定子电压矢量重合，根据磁通 不变的条件，求得控制规律，该方法避免 的复杂的坐标变换，能够实现磁通和转矩 的解耦。
输出、非线性、强耦合且时变得被控对象。
电机转矩为
MdkmmIrc ors
km转矩系 m 数 气， 隙磁 r通 转， 子功率因
t anr sXr /Rr,Xr和Rr分别学远程教育
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 Ir 是两个耦合的变量， Ir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，R r 随 温度变化，M d 随之变化上式是由稳态
一、发展及现状
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。
二、直流和交流调速比较
1、电流电机工艺复杂、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
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（5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 上来实现的 ，构成运动控制系统在电流环和速度环外加上位环，
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）