电子教案《交直流传动控制系统》(第3版_钱平)ppt tu7.1.4
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电子教案《交直流传动控制系统》(第3版_钱平)ppt c2
改变电枢电阻即在电枢回路串接不同附加电阻， 以调节转速。观察图2.1.2（c）可发现，外接电 阻越大，电阻功耗越大，特性越软， 调电阻调速稳定性越差，为有级调速。此法在实 际中已很少应用。
2.1.3 调速指标
不同的生产机械，其工艺要求电气控制系统具 有不同的调速性能，其指标分为静态和动态调 速指标。
sin
t
E
L
did dt
解上述微分方程得：
（2.1.9）
id
2 L
U
2
cos
t
Et L
C
（2.1.10）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
考虑初始条件
t2
6
时，id 0 ，并经导通角
θ后， id 又降至零。得
E 2 2U 2 sin( ) sin
6
22
（2.1.11）
又由于 E Ken Cen
所以
n E Ce
V-M系统
以静止变流装置-晶闸管变流器（V）替代旋转机 组供电向直流电动机供电（M）。 随着GTO、GTR、P-MOSFET、IGBT等全控式 电力电子器件功率驱动装置的发展，直流脉冲宽 度调制（PWM）型的调速系统的应用越来越广。
2.1.1 调速的定义
所谓调速，是指在某一负载下，通过改变电动 机或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改 变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。
D nN s 1430 0.3 5.3 nN (1 s) 115 (1 0.3)
当要求s=0.2时，最低空载转速为
no min
nN s
115 575 0.2
r/min
最低运行转速为
nmin no min nN 575 115 460 r/min
交直流传动控制系统第三版课程设计
交直流传动控制系统第三版课程设计一、设计目的本课程设计旨在通过实际操作、理论学习等方式，全面了解交直流传动控制系统的原理、设计、调试等相关知识，加深对于该领域内的理论认识和实际应用的熟悉程度，提高学员的工程实践能力和理论素养，为学员的就业创业打下坚实基础。
二、教学内容1. 交直流传动控制系统的基本概念•交直流传动控制系统的基本概念及分类；•交直流传动控制系统的构成和工作原理；•传感器原理和分类，控制器原理和分类。
2. 电气控制系统设计•电气元件的使用及技术要求；•接线和布线技术；•电气图设计；•电控箱的设计及安装。
3. 编程技术基础•程序设计原理；•基本语句、数据类型和运算符；•实例：电机控制、PID算法、位置控制、调速控制。
4. 传动机械设计•传输机械的种类；•基本概念；•传动方式的选择；•传动机械的设计流程、及其设计参数的计算和验证。
5. 系统调试与性能测试•电气逻辑的程序调试；•电气元件功能测试；•传动性能测试；•整个系统的综合调试。
6. 工业控制应用实践•工业控制应用；•单片机和PLC在工业中的应用实践；•现场应用案例分析。
三、教学方法1.教师讲授。
2.实践指导。
3.个人或小组学习讨论。
四、考核方式1.课程实习报告。
2.课程设计作品。
3.学习笔记和文献翻译报告。
五、实验设备及材料1.教学器材：•万用表；•示波器；•功率放大器；•PLC；•单片机开发板；•相关传动机械和电气元件。
2.实验材料：•不同类型的电气元件（整流器、变压器、开关、继电器等）；•可编程逻辑控制技术书籍；•编程软件、工具书籍；•传动机械案例教材。
六、预期效果经过本课程的学习，学生应能：1.掌握交直流传动控制系统的基本概念和分类，构成及工作原理，传感器和控制器的原理和分类；2.掌握电气控制系统设计所需的电气元件、接线布线技术、电气图设计方式、电控箱设计及安装等知识；3.熟悉编程技术的基础，包括程序设计原理、基本语句、数据类型和运算符，并能运用所学知识进行电机控制、PID算法、位置控制、调速控制等编程实践；4.学习了解传输机械的种类、基本概念、传动方式的选择、传动机械的设计流程及其设计参数的计算和验证；5.掌握了电气逻辑程序调试技能、电气元件功能测试技能、传动性能测试技能、整个系统的综合调试技能；6.在工业控制应用领域通过单片机和PLC的现场应用案例分析，了解了单片机和PLC在工业中的应用实践，熟悉现有工业控制应用。
电子教案《交直流传动控制系统》(第3版_钱平)ppt c1
1.2.1 交流异步电动机发展趋势
全封闭低压笼型三相大功率异步电动机作为动 力机械，在大型工业装备场合存在巨大市场需 求，特别是随着我国大力发展电力建设以及高 效变频调速系统的推广应用，使低压大功率电 动机拥有较大市场需求。
1.2.2 永磁同步电动机发展趋势
由于稀土永磁电动机不需要励磁绕组，结构比 较简单，磁场部分没有发热源，不需要冷却装 置，材料的矫顽力高，气隙长度可以取较大值， 从而使大幅度提高转速成为可能。目前已制造 出每分钟二三万转的电动机，而每分钟几十万 转的电动机也正在研制中。
晶闸管元件的出现使交流电动机调速的发展出
现了一个飞跃，使得采用半导体变流技术的交 流调速得以实现。由于交流电动机调速系统的 控制比较复杂和调速性能差、装置价格高、效 率低、使交流调速先前未能大规模推广。
微处理机出现后，国外在绕线型异步电动机串级
调速、无换向器电动机调速、笼型异步电动机的 矢量控制以及PWM技术方面，获得重大突破， 进入工业应用阶段。目前交流电动机调速系统已 具备了较宽的调速范围、较高的稳态精度、较快 的动态响应、较高的工作效率以及可以四象限运 行等优异性能，其静、动态特性均可以与直流电 动机调速系统相媲美。
1.4.7 一体化和集成化
电动机、反馈、控制、驱动、通信的纵向一体 化已成为当前小功率伺服系统的发展方向。这 种集成了驱动和通信的电动机称智能化电动机 ( Smart Motor) ,集成了运动控制和通信的驱动 器称智能化伺服驱动器。电动机、驱动和控制 的集成，使三者从设计、制造，到运行、维护 更紧密地融为一体。
在高温、高真空度或狭小空间等特殊场合，如
宇航设备、宇宙空间的机械手、原子能设备的 检查机器人等，传统电动机很难满足要求，需 用高温电动机或高真空电动机，而稀土永磁电 动机(钐钴永磁)可耐高温，且体积小，故能满足 这些特殊要求。
电子教案《交直流传动控制系统》(第4版_钱平)课件c8.8
1.混合动力系统实现方案
电动混合动力汽车传动系统主要有发动机、发 电机、发电机/电动机、变速箱及电机控制器等组成。 电动混合动力传动系统根据结构的不同可分为串联 型、并联型、混联型三种结构。
（1）串联型混合动力系统
主要由能源供给系统、电气驱动系统和机械传动系 统三大部分构成。能源供给系统由蓄电池组、发动机发电机机组组成；电气驱动系统由逆变器和电动机组 成；机械传动系统将电动机的机械输出通过变速器送 给驱动轴。
3.电机驱动系统组成及设计要求
图8.8.5 电动机驱动系统基本组成
混合动力汽车对电机驱动系统的基本要求为 ：
• 具有宽广的调速范围，有着与汽车行驶一致的动力特性。简言之， 低转速时恒转矩，高转速时恒功率，且恒功率调速范围宽。 • 动态性能好，能够频繁地起动停车、加速/减速。 为了减少汽车的非有效载荷，要求电机驱动系统体积小、重量轻， 功率密度大，在短时间内具有较高的过载能力。 • 高效率。 电气系统安全性和控制系统安全性好，能抗振动、耐腐蚀、低噪音; 抗干扰，具有较好的电磁兼容性。 • 能够四象限运行，实现正反转和再生制动。 • 高电压，电压越高，电动机尺寸、重量越小，功率转换器成本越 低。 • 适合批量生产，价格便宜，便于维修。
8.8.2电动/混合汽车驱动系统
1. 电机驱动系统分类
（1）直流电机驱动系统 特点：结构简单，电磁转矩特性优良，在城市 无轨电车上广泛应用，但重量和体积较大。
（2）感应电机驱动系统 特点：结构简单、坚固难用、成本低廉、运行可靠、 低转矩脉动、低噪声，不需要位置传感器，转速极限 高，矢量控制调速技术比较成熟，但驱动电路复杂、 成本较高。
图8.8.3 混联型混合动力系统
混联型结构最能体现HEV的优化思想，同时也 是最复杂、型式最多样化、实现难度最大的结构。 目前一般以行星齿轮作为动力复合装置的基本构架。
电子教案《交直流传动控制系统》第版钱平biao
交直流电机的拖动特 性和控制方式
对于每种类型的交直流电机，其拖动 特性和控制方式有所不同。具体来说 ，直流电机的转速可以通过改变电枢 电压、电枢电流、励磁电流等方式调 节，而交流电机则受到电源频率、极 数、转差率等因素的影响
交直流电机及拖动系 统的应用场合
交直流电机及拖动系统的应用场合也 有所不同。直流电机主要应用于调速 精度高、稳定性好、响应快速的场合 ，如电力机车、地铁等牵引领域以及 钢铁、有色金属等重工业领域。而交 流电机则更多地应用于大功率、低速 运转的场合，如轧钢机、电力机车等
特性包括调速范围、稳定性、启动和制动性能等。
03
交流电机的控制系统
交流电机的控制系统包括电动机、控制器和反馈装置等，可以通过变
压变频、矢量控制、直接转矩控制等算法来实现控制。
本章小结
交直流电机及拖动系 统的种类和结构特点
本章介绍了直流电机和交流电机的种 类和结构特点，包括他励、并励、串 励和复励等直流电机的分类方式，以 及异步电机和同步电机的交流电机分 类方式。
03
设计电力拖动控制系统时，需要明确设计任务和要求，选择合适的电动机类型 和容量，选择合适的控制器类型和参数，确定系统的组成和原理，并进行系统 性能测试和分析，以完善系统设计方案。
THANKS
本章小结
01
电力拖动控制系统是一种应用广泛的控制系统，其基本组成包括电动机、控制 器、检测装置、被控制对象和制动器等。
02
电力拖动控制系统按电源类型可分为直流电力拖动控制系统和交流电力拖动控 制系统两类，按转速调节方式可分为调速、调频、调压和调功等类型，按电动 机类型可分为电动机型、发电机型和电动机-发电机型等类型。
04
第4章 控制电机及其驱动控制系统
电子教案《交直流传动控制系统》第版钱平biao
交直流传动控制系统的基本控制策略 ，如开环控制、闭环控制、PID控制 、模糊控制等。
实验和实践环节，包括电机性能实验 、控制系统仿真实验、传动系统设计 实践等。
教学方法
01理论讲授
通过课堂讲授、板书推导等方 式，系统介绍交直流传动控制 系统的基本原理和理论知识。
实验教学
开设多个实验项目，让学生在 实践中掌握交直流传动控制系
制、模糊控制等。
熟悉传动控制系统的设计方法 ，包括控制器设计、电机选型
、传动装置设计等。
培养学生解决电气工程领域实 际问题的能力，提高其独立思
考和创新意识。
课程内容
交直流电机的基本原理和性能分析， 包括电机的结构、工作原理、运行特 性等。
传动控制系统的设计方法，涉及控制 器设计、电机选型、传动装置设计等 方面。
04
课程总结与展望
课程总结
知识体系完整
本课程全面介绍了交直流传动控制系统的基本原理、控制策略及工 程设计方法，使学生对该领域的知识体系有了完整的认识。
理论结合实际
通过实例分析和实验操作，使学生深入理解了交直流传动控制系统 的实际运行状况，增强了学生理论联系实际的能力。
教学方法多样
采用了讲授、讨论、实验等多种教学方法，激发了学生的学习兴趣 和主动性，提高了教学效果。
节能高效等特点。
发展历程
随着电力电子技术和控制理论的 不断进步，交流传动控制系统从 最初的简单开环控制发展到现在 的复杂闭环控制，性能得到极大
提升。
基本组成
交流传动控制系统主要由交流电 动机、电力电子变换器、控制器
和传感器等部分组成。
交流电动机的控制策略
矢量控制
通过坐标变换将三相交流电动机 的定子电流分解为励磁分量和转 矩分量，分别进行控制，以实现
电子教案《交直流传动控制系统》(第4版_钱平)课件c4
Ubr =kUf cosΔθ
式中，k为旋转变压接收器与发送器间的变化。 安装时，若预先把接收器转子转动90o，则输出 电压幅值可改写为：
Ubr = kUf cos(Δθ-90o) = kUf sinΔθ
(4.2.3)
这样，Ubr可以反映转角差的极性和自整角机的 输出电压具有相似的关系式。
旋转变压器的精度主要由函数误差和零位误差
图4.2.4旋转变压器的原理图。两个定子绕组 S1和S2分别由两个幅值相等、相位差90O的正 弦交流电压u1 、u2励磁，即
u1(t)=Umsinω0t u2(t)=Umcosω0t
为了保证旋转变压器的测角精度，要求两相励磁
电流严格平衡，即大小相等，相位差90o，在气 隙中产生圆形旋转磁场。转子绕组R1中产生的 感应电压为：
第4章 位置随动系统
4.1 概述
位置随动系统就是实现执行机构对位置指令（给定 量）的准确跟踪，例如机械加工方面的仿型机床的 加工轨迹控制；轧钢厂的轧钢机压下装置的定位控 制和飞剪的定尺剪切；雷达天线的跟踪控制以及舰 艇稳定平台控制等等。位置随动系统的被控量（输 出量）一般与位置指令一样，都是空间位移，可以 是角位移，也可以是直线位移。所以位置随动系统 必定是一个位置反馈控制系统。
控制式自整角机是作为转角电压变换器用的。 使用时，将两台自整角机的定子绕组出线端用 三根导线连接起来，发送机BST转子绕组接单 相交流励磁电源，而接收机转子绕组输出时反 映角位移的信号，如图4.2.2所示。该发送机的 单相交流励磁电压Uf的表达式为：
u f (t) U fm sin t
在定子三个绕组中产生感应电动势为：
由于Ubs不能反映Δθ的极性，故在以发送机定子绕组A1 相轴线作为发送机的零位时，将接收机转子绕组预先转过 90o，并以与定子A2相绕组轴线垂直的位置改做接收机的 零位，如图4.2.3所示。 θ1=0为发送机零位，θ2‘=0为 接收机零位，则接收机原来的θ2=θ2‘+90o，将其代入式 （4.2.1） 则Ubs = Ubsmsin(ωt-ψ+90o)cos(θ1-θ2'-90o)
式中，k为旋转变压接收器与发送器间的变化。 安装时，若预先把接收器转子转动90o，则输出 电压幅值可改写为：
Ubr = kUf cos(Δθ-90o) = kUf sinΔθ
(4.2.3)
这样，Ubr可以反映转角差的极性和自整角机的 输出电压具有相似的关系式。
旋转变压器的精度主要由函数误差和零位误差
图4.2.4旋转变压器的原理图。两个定子绕组 S1和S2分别由两个幅值相等、相位差90O的正 弦交流电压u1 、u2励磁，即
u1(t)=Umsinω0t u2(t)=Umcosω0t
为了保证旋转变压器的测角精度，要求两相励磁
电流严格平衡，即大小相等，相位差90o，在气 隙中产生圆形旋转磁场。转子绕组R1中产生的 感应电压为：
第4章 位置随动系统
4.1 概述
位置随动系统就是实现执行机构对位置指令（给定 量）的准确跟踪，例如机械加工方面的仿型机床的 加工轨迹控制；轧钢厂的轧钢机压下装置的定位控 制和飞剪的定尺剪切；雷达天线的跟踪控制以及舰 艇稳定平台控制等等。位置随动系统的被控量（输 出量）一般与位置指令一样，都是空间位移，可以 是角位移，也可以是直线位移。所以位置随动系统 必定是一个位置反馈控制系统。
控制式自整角机是作为转角电压变换器用的。 使用时，将两台自整角机的定子绕组出线端用 三根导线连接起来，发送机BST转子绕组接单 相交流励磁电源，而接收机转子绕组输出时反 映角位移的信号，如图4.2.2所示。该发送机的 单相交流励磁电压Uf的表达式为：
u f (t) U fm sin t
在定子三个绕组中产生感应电动势为：
由于Ubs不能反映Δθ的极性，故在以发送机定子绕组A1 相轴线作为发送机的零位时，将接收机转子绕组预先转过 90o，并以与定子A2相绕组轴线垂直的位置改做接收机的 零位，如图4.2.3所示。 θ1=0为发送机零位，θ2‘=0为 接收机零位，则接收机原来的θ2=θ2‘+90o，将其代入式 （4.2.1） 则Ubs = Ubsmsin(ωt-ψ+90o)cos(θ1-θ2'-90o)
电力传动控制系统第03章直流传动控制系统课件
由式（3-1）调速系统开环机械特性
n Ud IdR Ke
（3-10）
设测速反馈环节的转速反馈系数为αK，n 单位V•min/r， 则转速反馈电压Un为
-28-
设测速反馈环节的转速反馈系数为Kn，单位V•min/r， 则转速反馈电压Un为
Un Knn
（3-11）
从上述五个关系式中消去中间变量，整理后，即得转 速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式
总电阻包括了电机的电枢电阻Ra，整流器的内阻Re，以 及线路电阻Rl，即为
R Ra Re Rl
（3-3）
-7-
由于R >>Ra，因此在相同电压下，V-M系统的机械
特性要比直流电动机电枢调压的机械特性软。如图3-2a
所示，其中：曲线①为仅考虑电枢电阻的机械特性；曲
线②为V-M系统的机械特性，虚线表示电流断续，其特
3.1 开环直流调速系统的组成与主要问题
3.1.1 开环直流调速系统的组成 3.1.2 开环直流调速系统的主要问题 3.1.3 开环系统的静特性计算
-1-
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广范围 内平滑调速，在许多需要调速和（或）快速正反向的电 力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，高性能交流 调速技术发展很快，交流调速系统有逐步取代直流调速 系统的趋势。然而直流拖动控制系统毕竟在理论上和实 践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流 拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学 顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。
V-M系统进行能量的双向流动较为困难。这里有两种情 况：如果电动机驱动位能性负载，比如起重机，就可以 通过整流电路自身的有源逆变将位能负载下降过程的机 械能回馈到电网，如图3-3所示。根据晶闸管触发脉冲的 相位，相控整流器有两种工作状态：
电子教案《交直流传动控制系统》第版钱平biao
介绍如何利用Simulink进行故 障仿真和排查，帮助用户快速 定位和排除系统故障。
基于实验平台的交直流传动控制系统实验
实验平台介绍
详细介绍实验平台的组成、功能 和使用方法，包括各种传感器、 执行器、控制器等。
实验内容
介绍各种实验内容，如调速实验 、制动实验、PLC控制实验等， 并详细阐述每个实验的具体操作 步骤和数据记录方法。
元器件选型
根据系统性能要求，选择 合适的元器件，如处理器 、传感器、执行器等。
抗干扰设计
为保证系统稳定运行，需 考虑硬件抗干扰措施，如 电源滤波、信号隔离等。
交直流传动控制系统的软件设计
1 2
软件流程设计
根据系统功能需求，设计合适的软件流程，包 括初始化、数据采集、控制算法实现等。
控制算法实现
根据系统性能要求，选择合适的控制算法，如 PID、模糊控制等，并实现于软件中。
04
交直流传动控制系统的仿真与实验
交直流传动控制系统的MATLAB/Simulink仿真
Simulink模块的 建立
系统分析与仿真
故障仿真与排查
详细介绍Simulink中各种模块 的搭建方法，以及如何通过模 块之间的连接和参数设置来构 建交直流传动控制系统的模型 。
阐述如何利用 MATLAB/Simulink进行系统分 析，如稳定性分析、性能分析 等，并对系统进行仿真测试。
电子教案《交直流传动控制系统 》第版钱平biao
xx年xx月xx日
目 录
• 交直流传动控制系统概述 • 交直流传动系统的组成及工作原理 • 交直流传动控制系统的设计与实现 • 交直流传动控制系统的仿真与实验 • 交直流传动控制系统的应用及案例分析 • 交直流传动控制系统的优化与改进建议