电力拖动自动控制系统系统课程总结[可修改版ppt]
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《电力拖动自动控制系统》课程综述
电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统简介电力拖动自动控制系统包括：直流调速系统和交流调速系统。
直流调速系统包括：直流调速方法、直流调速电源和直流调速控制。
交流调速系统包括：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和同步电动机变压变频调速系统。
电力拖动自动控制系统课程内容介绍第一篇直流调速系统闭环反馈直流调速系统1.1 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。
常用的可控直流电源有以下三种: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。
静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。
直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。
1.2 晶闸管-电动机系统（V-M系统）的主要问题本节讨论V-M系统的几个主要问题：（1）触发脉冲相位控制；（2）电流脉动及其波形的连续与断续；（3）抑制电流脉动的措施；（4）晶闸管-电动机系统的机械特性；（5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数。
1.3 直流脉宽调速系统的主要问题自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即直流PWM 调速系统。
（1）PWM变换器的工作状态和波形；（2）直流PWM调速系统的机械特性；（3）PWM 控制与变换器的数学模型；（4）电能回馈与泵升电压的限制。
1.4反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计本节提要:转速控制的要求和调速指标；开环调速系统及其存在的问题；闭环调速系统的组成及其静特性；开环系统特性和闭环系统特性的关系；反馈控制规律；限流保护——电流截止负反馈1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型;反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件; 动态校正——PI调节器的设计;系统设计举例与参数计算转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法内容提要：转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。
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
。
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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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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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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
ib R r
d b dt
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ic R r
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
电力拖动自动控制系统ppt1-6闭环控制的直流调速系统
这就是说，实际上仍有很小的静差，只是 在一般精度要求下可以忽略不计而已。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
29
4. 稳态参数计算
无静差调速系统的稳态参数计算很简单，
在理想情况下，稳态时 Un = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（1-67）直接计算转速反馈系
数
U* n max
nmax
（1-67）
14
15
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
• 突加负载时的动态过程
无静差调速系统
论断虽：然现在Un = 0， 只其足需积控的于的分出入U到枢上以流在转如零续是要积要以分制在起产到零Uc输 输 现 调 则 偏电升克增稳速 果 ， 变 稳UUn历分的产控规从比新突 动 生出 入 状 节 包 差nc压 到 服 加态偏 则 化 态2史就控生制律例必的加 态U只 偏 ； 器 含 量又U，由 负 的运差 ， 了UUc调上有稳规的制为稳负 速n1取 差 而 的 了 的恢使n载 压d行电 就cU上2节零不，有一态律根电态载 降，决 量 输 输 全积复电电 降d时压 不继升1器。为达时引 时过定运 和 本压为，，数行比区UU值c所例别。n，，
图1-45 积分调节器的输入和输出动态过程
a) 阶跃输电入力电拖力动传b) 一动自般动控输入控制制系统系统
13
5. 比例与积分控制的比较
有静差调速系统
当负载转矩由TL1突增到TL2时，有静 差调速系统的转速n、偏差电压 Un 和 控制电压 Uc 的变化过程示于下图。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
33
根据例题1-4的稳态参数计算结果，闭环系 统的开环放大系数已取为
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
29
4. 稳态参数计算
无静差调速系统的稳态参数计算很简单，
在理想情况下，稳态时 Un = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（1-67）直接计算转速反馈系
数
U* n max
nmax
（1-67）
14
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电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
图1-44 有静差调速系统突加负载过程
• 突加负载时的动态过程
无静差调速系统
论断虽：然现在Un = 0， 只其足需积控的于的分出入U到枢上以流在转如零续是要积要以分制在起产到零Uc输 输 现 调 则 偏电升克增稳速 果 ， 变 稳UUn历分的产控规从比新突 动 生出 入 状 节 包 差nc压 到 服 加态偏 则 化 态2史就控生制律例必的加 态U只 偏 ； 器 含 量又U，由 负 的运差 ， 了UUc调上有稳规的制为稳负 速n1取 差 而 的 了 的恢使n载 压d行电 就cU上2节零不，有一态律根电态载 降，决 量 输 输 全积复电电 降d时压 不继升1器。为达时引 时过定运 和 本压为，，数行比区UU值c所例别。n，，
图1-45 积分调节器的输入和输出动态过程
a) 阶跃输电入力电拖力动传b) 一动自般动控输入控制制系统系统
13
5. 比例与积分控制的比较
有静差调速系统
当负载转矩由TL1突增到TL2时，有静 差调速系统的转速n、偏差电压 Un 和 控制电压 Uc 的变化过程示于下图。
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
电力电拖力动传动自动控控制制系统系统
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根据例题1-4的稳态参数计算结果，闭环系 统的开环放大系数已取为
电力拖动自动控制系统第三十六讲-PPT精品
• 第二项np(Lsd－Lsq)idiq是由凸极效应造成的
磁阻变化在电枢反应磁动势作用下产生的 转矩，称作反应转矩或磁阻转矩，这是凸 极电机特有的转矩，在隐极电机中，Lsd＝ Lsq ，该项为0。
• 第三项np(LmdiDiq－LmqiQid)是电枢反应磁动
势与阻尼绕组磁动势相互作用的转矩，如
果没有阻尼绕组，或者在稳态运行时阻尼
化；
• B.忽略阻尼绕组的效应； • C.忽略磁化曲线的饱和非线性因素； • D.暂先忽略定子电阻和漏抗的影响。 • 其他假设条件和研究异步电动机数学模型
时相同，见第6.6.2 节。
• ②二极同步电机物理模型
图8-4 二极同步电 动机的物理模型
• ③模型描述
• 图中，定子三相绕组轴线A、B、C是静止
• If if2mif2t • iR＝ism＋ifm • ist ＝－ift • ism＝iscosθs • ifm＝ifcosθf
（8-2） （8-3） （8-4） （8-5） （8-6） （8-7）
• ③定子电压方程 • 在图8-5b中画出了定子一相绕组的电压、电
流与磁链的时间相量图。
图8-5（b） 电压、电流和磁链的时间相量图
• ②磁通和电流控制
• A 乘以系数KΦ即得合成励磁电流的给定
信号
i
R
，另外，按功率因数要求还可得定
子电流励磁分量给定信号 i
sm
。
•B
将i
R
、
、 i
st
i
sm
和来自位置传感器BQ的旋转
坐标相位角一起送入矢量运算器，按式（8-
7）以及式（8-9）、（8-10）计算出定子三
• ②坐标变换
电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt1-2-3直流拖动控制系统
n
2U 2
cos[sin(
6
)
sin(
6
)ectg
]
Ce (1 ectg )
(1-10)
Id
3 2U2
2R
[cos(
6
) cos(
6
)
Ce n]
2U 2
式中 arctg L ； — 一个电流脉波的导通角。
R
89电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
21
（3）电流断续机械特性计算
当阻抗角 值已知时，对于不同的控制 角 ，可用数值解法求出一族电流断续时的
1
LP
VT
T
c1
2
c2
L
b1 a1
b2 M
a2
并联多重联结的12脉波整流电路
89电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
17
1.2.4 晶闸管-电动机系统的机械特性
当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式为
n
1 Ce
(U d0
Id R)
1 Ce
m ( π Um
sin
π m
cos
Id R)
（1-9）
式中 Ce = KeN —电机在额定磁通下的电动势系数。 式（1-9）等号右边 Ud0 表达式的适用范围如第1.2.1节
R— 主电路等效电阻；
且有 R = Rrec + Ra + RL；
89电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
8
对ud0进行积分，即得理想空载整流电 压平均值Ud0 。
用触发脉冲的相位角 控制整流电压的平 均值Ud0是晶闸管整流器的特点。
Ud0与触发脉冲相位角 的关系因整流电
路的形式而异，对于一般的全控整流电路，
电力拖动及自动控制原理基本知识及应用知识PPT课件
常开按钮
常闭按钮
复合按钮
电路符号：
6.行程开关
用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。都 是由触头系统、操作机构和外壳组成。其是利用生产机 械的运动部件碰压使其触头动作的。 电路符号：
结构与按钮类似，但其动作要
由机械撞击。
7.交流接触器
交流接触器在工业及其它各个邻域中得到广泛应用，它 是一种利用电磁机构操作运行的，可远距离频繁地接通和断 开交直流主电路及大容量控制电路 其主要控制对象是电动 机，也可以用于控制其他负载。
直流电机的工作原理及特性
直流电机的基本结构
主磁极 电枢 换向器 电刷装 置
直流电机的结构图
剖面图：电枢1； 主磁极2；换向 极4；机座6
电枢铁心冲片
换向器1：换向片3； 连接片4；云母环2
磁场的基本知识
通电导体周围会产生磁场，磁场是一个矢量。 用磁通密度（简称磁密）或磁感应强度)B 描述磁场的强弱。
1.刀开关
在电力拖动控制线路中最常用的是由刀开关和熔断器组合 而成的负荷开关。
生产中常用HK系列开启式负荷开关（又称瓷底胶盖刀开关， 简称闸刀开关），适用于照明、电热设备及小容量（ 5.5kW 以下）电动机控制线路中，供手动不频繁地接通和分断电路， 起短路保护作用。
结构：开关的瓷座上装有进线 座、静触头、熔体、出线座和 带手柄的刀式动触头，上面盖 有胶盖以防止操作时触及带电 体或分断时产生的电弧飞出伤 人。
应用中最好使用标准、规范的导线颜色：A相用黄色，B 相用绿色，C相用红色，N线用蓝色，PE线用黄绿双色。
三相五线制是指A、B、C、N和PE线，其中，PE线
是保护地线，也叫安全线，是专门用于接到诸如设备外壳
等保证用电安全之用的。
电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt,按转子磁链定向的矢量控制系统
来看，是解耦的，但由于Te同时受到 ist 和 r
的影响，两个子系统仍旧是耦合着的。
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
8
带除法环节的解耦矢量控制系统 （采用电流控制变频器）
r AR
ASR
Lr n p Lm
ism
i
A
iA
r
异步电机
i
CB 2r /3s
电流 控制
iB
矢量
÷
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
4
按转子磁链定向后的系统模型
代入转矩方程式和状态方程式，并 用m，t替代d，q，即得
Te
n p Lm Lr
ist r
d r
dt
1 Tr
r
Lm Tr
ism
0
(1
) r
Lm Tr
ist
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
5
矢量控制方程
1
i1
im1
等效直流
3/2 iβ1 VR
电机模型
异步电动机 it1
反馈信号
这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、 动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
3
6.7.2按转子磁链定向
（Field Orientation）
rd rm r rq rt 0
14
• 在两相静止坐标系上的转子磁链模型
is
Lm
+
1
r
-
Tr p+1
Tr
isβ
Lm
+
1
的影响，两个子系统仍旧是耦合着的。
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
8
带除法环节的解耦矢量控制系统 （采用电流控制变频器）
r AR
ASR
Lr n p Lm
ism
i
A
iA
r
异步电机
i
CB 2r /3s
电流 控制
iB
矢量
÷
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
4
按转子磁链定向后的系统模型
代入转矩方程式和状态方程式，并 用m，t替代d，q，即得
Te
n p Lm Lr
ist r
d r
dt
1 Tr
r
Lm Tr
ism
0
(1
) r
Lm Tr
ist
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
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矢量控制方程
1
i1
im1
等效直流
3/2 iβ1 VR
电机模型
异步电动机 it1
反馈信号
这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、 动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。
电电力力拖传动动自控动制控系制统系统
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6.7.2按转子磁链定向
（Field Orientation）
rd rm r rq rt 0
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• 在两相静止坐标系上的转子磁链模型
is
Lm
+
1
r
-
Tr p+1
Tr
isβ
Lm
+
1
第6章电力拖动自动控制系统运动控制系统第5版ppt课件
差功率、减小输出功率来换取转速的降低。
增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，
这就是转差功率消耗型的由来。
6.2.2 异步电动机调压调速 的机械特性
增加转子电阻值， 临界转差率加大， 可以扩大恒转矩负 载下的调速范围， 这种高转子电阻电 动机又称作交流力 矩电动机。
缺点是机械特性
较软。
图6-6 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
6.2.3 闭环控制的调压调速系统
要求带恒转 矩负载的调 压系统具有 较大的调速 范围时，往 往须采用带 转速反馈的 闭环控制系 统。
图6-7 带转速负反馈闭环控 制的交流调压调速系统
6.2.3 闭环控制的调压调速系统
当系统带负载稳定时，如果负载增大或减 小，引起转速下降或上升，反馈控制作用 会自动调整定子电压，使闭环系统工作在 新的稳定工作点。
由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制， 定子电压只能降低，不能升高，故又 称作降压调速。
异步电动机调压调速
调压调速的基本特征：电动机同步转速保 持额定值不变
n1
n1N
60 f1N np
气隙磁通
Φm
Us 4.44 f1NskNS
随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。
6.2.1 异步电动机调压调速 主电路
12
Lls
L'lr
2
异步电动机的机械特性
异步电动机传递的电磁功率
Pm
3I
'2 r
Rr'
s
机械同步角速度
m1
1
np
异步电动机的机械特性
异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）
Te
Pm
m1
3n p
电力拖动自动控制系统6-188页PPT精选文档
• 如果能将交流电动机的物理模型等效地变 换成类似直流电动机的模式，分析和控制 就可以大大简化。
• 坐标变换正是按照这条思路进行的。 • 不同坐标系中电动机模型等效的原则是：
2019/11/21
4
6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电 流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的 乘积得到感应电动势。
• 无论是直流电动机，还是交流电动机均如 此。
• 交、直流电动机结构和工作原理的不同， 其表达式差异很大。
2019/11/21
5
6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 运动方程
J np
d
dt
Te
TL
• 转角方程
d
dt
2019/11/21
25
异步电动机三相原始模型的非独 立性
• 非线性强耦合性
– 非线性耦合体现在电压方程、磁链方程与转矩 方程。既存在定子和转子间的耦合，也存在三 相绕组间的交叉耦合。
• 非线性变参数
– 旋转电动势和电磁转矩中都包含变量之间的乘 积，这是非线性的基本因素。定转子间的相对 运动，导致其夹角 不断变化，使得互感矩阵 为非线性变参数矩阵。
• 他励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组 相互独立，励磁电流和电枢电流单独可控 ，励磁和电枢绕组各自产生的磁动势在空 间无交叉耦合。
• 气隙磁通由励磁绕组单独产生，而电磁转 矩正比于磁通与电枢电流的乘积。
• 保持励磁电流恒定，只通过电枢电流来控 制电磁转矩。
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6
6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以 是Δ连接。若三相绕组为Δ连接，可先用Δ— Y变换，等效为Y连接。然后，按Y连接进 行分析和设计。
• 坐标变换正是按照这条思路进行的。 • 不同坐标系中电动机模型等效的原则是：
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6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电 流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的 乘积得到感应电动势。
• 无论是直流电动机，还是交流电动机均如 此。
• 交、直流电动机结构和工作原理的不同， 其表达式差异很大。
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6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 运动方程
J np
d
dt
Te
TL
• 转角方程
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异步电动机三相原始模型的非独 立性
• 非线性强耦合性
– 非线性耦合体现在电压方程、磁链方程与转矩 方程。既存在定子和转子间的耦合，也存在三 相绕组间的交叉耦合。
• 非线性变参数
– 旋转电动势和电磁转矩中都包含变量之间的乘 积，这是非线性的基本因素。定转子间的相对 运动，导致其夹角 不断变化，使得互感矩阵 为非线性变参数矩阵。
• 他励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组 相互独立，励磁电流和电枢电流单独可控 ，励磁和电枢绕组各自产生的磁动势在空 间无交叉耦合。
• 气隙磁通由励磁绕组单独产生，而电磁转 矩正比于磁通与电枢电流的乘积。
• 保持励磁电流恒定，只通过电枢电流来控 制电磁转矩。
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6.1 异步电动机动态数学模型的 性质
• 异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以 是Δ连接。若三相绕组为Δ连接，可先用Δ— Y变换，等效为Y连接。然后，按Y连接进 行分析和设计。
电力拖动自动控制系统——运动控制系统总结
电力拖动自动控制系统——运动控制系统总结电力拖动自动控制系统——运动控制系统总结一、复习：直流调速系统问题1-1：电机的分类？①发电机（其他能→电能）直流发电机交流发电机②电动机（电能→其他能）直流电动机：有换向器直流电动机（串励、并励、复励、他励）无换向器直流电动机（又属于一种特殊的同步电动机）交流电动机：同步电动机异步电动机：鼠笼式绕线式：伺服电机旋转变压器控制电机自整角机力矩电机测速电机步进电机（反应式、永磁式、混合式）问题1-2：衡量调速系统的性能指标是哪些？①调速范围D=nmax/nmin=nnom/nmin②静差率S=△nnom/n0*100%对转差率要求高，同时要求调速范围大（D大S 小）时，只能用闭环调速系统。
③和负载匹配情况：一般要求：恒功率负载用恒功率调速，恒转矩负载用恒转矩调速。
问题1-3：请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点，并说明今后电力传动系统的发展的趋势.*直流电机调速系统优点：调速范围广，易于实现平滑调速，起动、制动性能好，过载转矩大，可靠性高，动态性能良好。
缺点：有机械整流器和电刷，噪声大，维护困难；换向产生火花，使用环境受限；结构复杂，容量、转速、电压受限。
*交流电机调速系统（正好与直流电机调速系统相反）优点：异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉，使用环境广，行可靠，便于制造大容量、高转速、高电压电机。
大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。
缺点：调速性能比直流电机差。
*发展趋势：用直流调速方式控制交流调速系统，达到与直流调速系统相媲美的调速性能；或采用同步电机调速系统.问题1-4：直流电机有哪几种？直流电机调速方法有哪些请从调速性能、应用场合和优缺点等方面进行比较.哪些是有级调速？哪些是无级调速？直流电动机中常见的是有换向器直流电动机，可分为串励、并励、复励、他励四种，无换向器直流电动机属于一种特殊的同步电动机。
根据直流电机的转速nUIR公式，调速方法有变压调速、变电Ke阻调速和变转差率调速。
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• 主电路结构
VT2 Ug2
VT1 Ug1
3
VD2
E2
+
-
M
1
VD1
4
C
Us +
图1-6 有制动电流通路的不可逆PWM变换器
表1-1 二象限不可逆PWM变换器的不同工作状态
工作状态 一般电动 状态
制动状态
轻载电 导通器件 电流回路 电流方向 导通器件 电流回路 电流方向
输出波形
U, i +Us
O0 ton T -Us b) 正向电动运行波形
U, i
+Us
Ud
E
id t O0
ton T
t
id E Ud
•工作状态与波形
在一个开关周期内， U, i
当0 ≤ t < ton时，Ug Us
为正，VT导通，电
Ud
源电压通过VT加到
E
电动机电枢两端；
id
当ton ≤ t < T 时，
Ug为负，VT关断，
电枢失去电源，经
O0 ton T
t
VD续流。
图1-5 电压和电流波形
（2）有制动的不可逆PWM变换器电路
变，殃及附近的用电设备，造成“电力 公害”。
V-M系统的几个主要问题：
（1）触发脉冲相位控制； （2）电流脉动及其波形的连续与断续； （3）抑制电流脉动的措施； （4）晶闸管-电动机系统的机械特性； （5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和
传递函数。
• （1）触发脉冲相位控制 整流与逆变状态
当 0 < < /2 时，Ud0 > 0 ，晶闸管装置处于
负，VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 续流，
并钳位使 VT1 、 VT4截止，电流 –id 沿回路4 流通，电动机M两端电压UAB = +Us ； 第2阶段，在ton ≤ t ≤ T 期间， Ug2 、 Ug3 为 正， VT2 、 VT3导通， Ug1 、 Ug4为负，使 VT1 、 VT4保持截止，电流 – id 沿回路3流 通，电动机M两端电压UAB = – Us ；
0 ~ ton
0 ~ t4
t4 ~ ton
VT1
1
+
VD1 4 －
VD1
VT1
4
1
－
+
ton ~ T
ton ~ t2
t2 ~ T
VD2 2 +
VT2 3 －
VD2
VT2
2
3
+
－
2. 桥式可逆PWM变换器
可逆PWM变换器主电路有多种形式， 最常用的是桥式（亦称H形）电路，如图 1-7所示。
这时，电动机M两端电压的极性随开 关器件栅极驱动电压极性的变化而改变， 其控制方式有双极式、单极式、受限单 极式等多种，这里只着重分析最常用的 双极式控制的可逆PWM变换器。
设置平波电抗器； 增加整流电路相数； 采用多重化技术。
（3）V-M系统 机械特性
图1-2 完整的V-M系统机械特性
V-M系统机械特性的特点
图1-2绘出了完整的V-M系统机械特性， 分为电流连续区和电流断续区。由图可 见：
当电流连续时，特性还比较硬；
断续段特性则很软，而且呈显著的非 线性，理想空载转速翘得很高。
静止式可控整流器
图1-1 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）
• 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
1. 不可逆PWM变换器
（1）简单的不可逆PWM变换器 简单的不可逆PWM变换器-直流电动
机系统主电路原理图如图1-4所示，功率 开关器件可以是任意一种全控型开关器 件，这样的电路又称直流降压斩波器。
• 主电路结构
VT
1
+
id
C
U_ s
Ug
+E_
M
2
VD
（a）电路原理图
图1-4 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统
H形主电路结构
VT1 Ug1
VT2 Ug2
+Us
4
2
VD1
VD3
A
+
-
M
B
VD2
VD4
31
VT3 Ug3
VT4 Ug4
图1-7 桥式可逆PWM变换器
双极式控制方式
（1）正向运行：
第1阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug1 、 Ug4为正，
VT1 、 VT4导通， Ug2 、 Ug3为负，VT2 、 VT3截 止，电流 id 沿回路1流通，电动机M两端电压 UAB = +Us ；
在简单的不可逆电路中电流不能反向， 因而没有制动能力，只能作单象限运行。 需要制动时，必须为反向电流提供通路， 如图1-6所示的双管交替开关电路。当VT1
导通时，流过正向电流 + id ，VT2 导通时， 流过 – id 。应注意，这个电路还是不可
逆的，只能工作在第一、二象限， 因为 平均电压 Ud 并没有改变极性。
（4）晶闸管触发与整流装置动态结构
Uc(s)
Ks eTss
Ud0(s) Uc(s)
K ss T ss s 1
Ud0(s)
(a) 准确的
（b） 近似的
图1-3 晶闸管触发与整流装置动态结构图
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2、直流脉宽调速系统
（1）PWM变换器的工作状态和波形； （2）直流PWM调速系统的机械特性； （3）PWM控制与变换器的数学模型； （4）电能回馈与泵升电压的限制。
第2阶段，在ton ≤ t ≤ T期间， Ug1 、 Ug4为负，
VT1 、 VT4截止， VD2 、 VD3续流， 并钳位使 VT2 、 VT3保持截止，电流 id 沿回路2流通，电 动机M两端电压UAB = –Us ；
双极式控制方式（续）
（2）反向运行：
第1阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug2 、 Ug3为
整流状态，电功率从交流侧输送到直流侧；
当 /2 < < max 时， Ud0 < 0 ，装置处于有源
逆变状态，电功率反向传送。
为避免逆变颠覆，应设置最大的移相角限制。
(2) 抑制电流脉动的措施
在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的 转矩，对生产机械不利，同时也增加电机 的发热。为了避免或减轻这种影响，须采 用抑制电流脉动的措施，主要是：
电力拖动自动控制系统系统课 程总结
二、直流调速系统
单闭环直流调速系统
１晶闸管-电动机系统（V-M系统） 晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又 称静止的Ward-Leonard系统），VT是晶闸 管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制 电压 Uc 来移动触发脉冲的相位，即可改变整 流电压Ud ，从而实现平滑调速。