第1部分-1 基礎(chǔ)知識課件

電力電子與運(yùn)動控制余有靈徐志宇授課教師授課教師余有靈，yuyouling@志宇胡明忠，實(shí)驗(yàn)業(yè)資深工程師2/74課程參考資料教材王兆安，劉進(jìn)軍主編．電力電子技術(shù)（第5版），機(jī)械工業(yè)出版社，2009.7.阮毅、陳伯時(shí)主編.電力拖動自動控制系統(tǒng)——運(yùn)動控制系統(tǒng)（第4版）,機(jī)械工業(yè)出版社，2010.1.主要參考書：BinmalKBose.ModernPowerElectronicsandACDrives.機(jī)械工業(yè)出版社,2002.LeonhardW.ControlofElectricalDrives3rded.Springer-Verlag，2001陳伯時(shí)，陳敏遜編.交流調(diào)速系統(tǒng).2版機(jī)械工業(yè)出版社,2005.楊興瑤編.電動機(jī)調(diào)速原理與系統(tǒng).水利電力出版社,1995.JaiPAgrawal.電力電子系統(tǒng)—理論與設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社，2001.正田英介.電力電子學(xué).科學(xué)出版社，2001.論壇中國電子頂級開發(fā)網(wǎng)：/中國電子網(wǎng)技術(shù)論壇：/電子工程世界論壇：3/74成績評定7次課程作業(yè)，每次大約4-8個練習(xí)題。2個系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目，要求采用Matlab進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目多個，由學(xué)生自由選擇開展創(chuàng)新類課程設(shè)計(jì)。成績計(jì)入獎勵加分。8次實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和3次計(jì)算機(jī)自主仿真實(shí)驗(yàn)。課程考核由平時(shí)考核、期末考試和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（作為獎勵加分）構(gòu)成。平時(shí)考核由課堂討論、作業(yè)、課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)成績組成，占總成績40%期末課程考試成績占60％獎勵加分原則上不超過5分，總分不超過100分。4/74第一部分基礎(chǔ)知識電力電子與運(yùn)動控制內(nèi)容6/740電力電子與運(yùn)動控制知識結(jié)構(gòu)7/741.1什么是電力電子技術(shù)■電力電子技術(shù)的概念◆可以認(rèn)為，所謂電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。

?電力電子技術(shù)中所變換的“電力”有區(qū)別于“電力系統(tǒng)”所指的“電力”，后者特指電力網(wǎng)的“電力”，前者則更一般些。

?電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。

8/741.1什么是電力電子技術(shù)◆具體地說，電力電子技術(shù)就是使用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。

?電力電子器件的制造技術(shù)是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)。

?變流技術(shù)則是電力電子技術(shù)的核心。

輸入輸出

交流（AC）

直流（DC）

直流（DC）整流

直流斬波

交流（AC）交流電力控制變頻、變相逆變

表1-1電力變換的種類9/211.1什么是電力電子技術(shù)■電力電子學(xué)◆美國學(xué)者W.Newell認(rèn)為電力電子學(xué)是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個學(xué)科交叉而形成的。圖1-1描述電力電子學(xué)的倒三角形10/741.1什么是電力電子技術(shù)?電力電子技術(shù)和電子學(xué)

電力電子器件的制造技術(shù)和用于信息變換的電子器件制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)（都是基于半導(dǎo)體理論）是一樣的，其大多數(shù)工藝也是相同的。電力電子電路和信息電子電路的許多分析方法也是一致的。?電力電子技術(shù)和電力學(xué)電力電子技術(shù)廣泛用于電氣工程中，這是電力電子學(xué)和電力學(xué)的主要關(guān)系。

11/741.1什么是電力電子技術(shù)

各種電力電子裝置廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、靜止無功補(bǔ)償、電力機(jī)車牽引、交直流電力傳動、電解、勵磁、電加熱、高性能交直流電源等之中，因此，無論是國內(nèi)國外，通常都把電力電圖1-2電氣工程的雙三角形描述子技術(shù)歸屬于電氣工程學(xué)科。在我國，電力電子與電力傳動是電氣工程的一個二級學(xué)科。圖1-2用兩個三角形對電氣工程進(jìn)行了描述。其中大三角形描述了電氣工程一級學(xué)科和其他學(xué)科的關(guān)系，小三角形則描述了電氣工程一級學(xué)科內(nèi)各二級學(xué)科的關(guān)系。

12/741.1什么是電力電子技術(shù)?電力電子技術(shù)和控制理論控制理論廣泛用于電力電子技術(shù)中，它使電力電子裝置和系統(tǒng)的性能不斷滿足人們?nèi)找嬖鲩L的各種需求。電力電子技術(shù)可以看成是弱電控制強(qiáng)電的技術(shù)，是弱電和強(qiáng)電之間的接口。而控制理論則是實(shí)現(xiàn)這種接口的一條強(qiáng)有力的紐帶。另外，控制理論是自動化技術(shù)的理論基礎(chǔ)，二者密不可分，而電力電子裝置則是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)元件和重要支撐技術(shù)。

13/741.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史■電力電子技術(shù)的發(fā)展史圖1-3電力電子技術(shù)的發(fā)展史◆一般認(rèn)為，電力電子技術(shù)的誕生是以1957年美國通用電氣公司研制出第一個晶閘管為標(biāo)志的。14/741.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史◆晶閘管出現(xiàn)前的時(shí)期可稱為電力電子技術(shù)的史前期或黎明期。

?1904年出現(xiàn)了電子管，它能在真空中對電子流進(jìn)行控制，并應(yīng)用于通信和無線電，從而開啟了電子技術(shù)用于電力領(lǐng)域的先河。

?20世紀(jì)30年代到50年代，水銀整流器廣泛用于電化學(xué)工業(yè)、電氣鐵道直流變電所以及軋鋼用直流電動機(jī)的傳動，甚至用于直流輸電。這一時(shí)期，各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論已經(jīng)發(fā)展成熟并廣為應(yīng)用。在這一時(shí)期，也應(yīng)用直流發(fā)電機(jī)組來變流。

?1947年美國著名的貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，引發(fā)了電子技術(shù)的一場革命。

15/741.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史◆晶閘管時(shí)代

?晶閘管由于其優(yōu)越的電氣性能和控制性能，使之很快就取代了水銀整流器和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，并且其應(yīng)用范圍也迅速擴(kuò)大。電力電子技術(shù)的概念和基礎(chǔ)就是由于晶閘管及晶閘管變流技術(shù)的發(fā)展而確立的。?晶閘管是通過對門極的控制能夠使其導(dǎo)通而不能使其關(guān)斷的器件，屬于半控型器件。對晶閘管電路的控制方式主要是相位控制方式，簡稱相控方式。晶閘管的關(guān)斷通常依靠電網(wǎng)電壓等外部條件來實(shí)現(xiàn)。這就使得晶閘管的應(yīng)用受到了很大的局限。16/741.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史◆全控型器件和電力電子集成電路（PIC）?70年代后期，以門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力雙極型晶體管（BJT）和電力場效應(yīng)晶體管（Power-MOSFET）為代表的全控型器件迅速發(fā)展。全控型器件的特點(diǎn)是，通過對門極（基極、柵極）的控制既可使其開通又可使其關(guān)斷。?采用全控型器件的電路的主要控制方式為脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式。相對于相位控制方式，可稱之為斬波控制方式，簡稱斬控方式。

?在80年代后期，以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復(fù)合型器件異軍突起。它是MOSFET和BJT的復(fù)合，綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。與此相對，MOS控制晶閘管（MCT）和集成門極換流晶閘管（IGCT）復(fù)合了MOSFET和GTO。17/741.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史?把驅(qū)動、控制、保護(hù)電路和電力電子器件集成在一起，構(gòu)成電力電子集成電路（PIC），這代表了電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。電力電子集成技術(shù)包括以PIC為代表的單片集成技術(shù)、混合集成技術(shù)以及系統(tǒng)集成技術(shù)。?隨著全控型電力電子器件的不斷進(jìn)步，電力電子電路的工作頻率也不斷提高。與此同時(shí)，軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用在理論上可以使電力電子器件的開關(guān)損耗降為零，從而提高了電力電子裝置的功率密度。

18/741.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用■電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍十分廣泛。它不僅用于一般工業(yè)，也廣泛用于交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、新能源系統(tǒng)等，在照明、空調(diào)等家用電器及其他領(lǐng)域中也有著廣泛的應(yīng)用。

◆一般工業(yè)?工業(yè)中大量應(yīng)用各種交直流電動機(jī)，都是用電力電子裝置進(jìn)行調(diào)速的。?一些對調(diào)速性能要求不高的大型鼓風(fēng)機(jī)等近年來也采用了變頻裝置，以達(dá)到節(jié)能的目的。

19/741.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用圖1-4AB變頻器?有些并不特別要求調(diào)速的電機(jī)為了避免起動時(shí)的電流沖擊而采用了軟起動裝置，這種軟起動裝置也是電力電子裝置。?電化學(xué)工業(yè)大量使用直流電源，電解鋁、電解食鹽水等都需要大容量整流電源。電鍍裝置也需要整流電源。?電力電子技術(shù)還大量用于冶金工業(yè)中的高頻或中頻感應(yīng)加熱電源、淬火電源及直流電弧爐電源等場合。20/741.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用◆交通運(yùn)輸?電氣化鐵道中廣泛采用電力電子技術(shù)。電氣機(jī)車中的直流機(jī)車中采用整流裝置，交流機(jī)車采用變頻裝置。直流斬波器也廣泛用于鐵道車輛。在未來的磁懸浮列車中，電力電子技術(shù)更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。除牽引電機(jī)傳動外，車輛中的各種輔助電源也都離不開電力電子技術(shù)。

?電動汽車的電機(jī)依靠電力電子裝置進(jìn)行電力變換和驅(qū)動控制，其蓄電池的充電也離不開電力電子裝置。一臺高級汽車中需要許多控制電機(jī)，它們也要靠變頻器和斬波器驅(qū)動并控制。

?飛機(jī)、船舶和電梯都離不開電力電子技術(shù)。21/741.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用◆電力系統(tǒng)?據(jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國家在用戶最終使用的電能中，有60%以上的電能至少經(jīng)過一次以上電力電子變流裝置的處理。

?直流輸電在長距離、大容量輸電時(shí)有很大的優(yōu)勢，其送電端的整流閥和受電端的逆變閥都采用晶閘管變流裝置，而輕型直流輸電則主要采用全控型的IGBT器件。近年發(fā)展起來的柔性交流輸電（FACTS）也是依靠電力電子裝置才得以實(shí)現(xiàn)的。?晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、靜止無功發(fā)生器（SVG）、有源電力濾波器（APF）等電力電子裝置大量用于電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償或諧波抑制。在配電網(wǎng)系統(tǒng)，電力電子裝置還可用于防止電網(wǎng)瞬時(shí)停電、瞬時(shí)電壓跌落、閃變等，以進(jìn)行電能質(zhì)量控制，改善供電質(zhì)量。

?在變電所中，給操作系統(tǒng)提供可靠的交直流操作電源，給蓄電池充電等都需要電力電子裝置。

22/741.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用圖1-5中國南方電網(wǎng)公司安順換流站圖1-6靜止無功發(fā)生器（上）和晶閘管投切電容器（下）23/741.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用◆電子裝置用電源

?各種電子裝置一般都需要不同電壓等級的直流電源供電。通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源以前用晶閘管整流電源，現(xiàn)在已改為采用全控型器件的高頻開關(guān)電源。大型計(jì)算機(jī)所需的工作電源、微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的電源現(xiàn)在也都采用高頻開關(guān)電源。

?在大型計(jì)算機(jī)等場合，常常需要不間斷電源（UninterruptiblePowerSupply__UPS）供電，不間斷電源實(shí)際就是典型的電力電子裝置。24/741.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用◆家用電器

?電力電子照明電源體積小、發(fā)光效率高、可節(jié)省大量能源，正在逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈和日光燈。

?空調(diào)、電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)，不少洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也應(yīng)用了電力電子技術(shù)?！羝渌?/p>

?航天飛行器中的各種電子儀器需要電源，載人航天器也離不開各種電源，這些都必需采用電力電子技術(shù)。?抽水儲能發(fā)電站的大型電動機(jī)需要用電力電子技術(shù)來起動和調(diào)速。超導(dǎo)儲能是未來的一種儲能方式，它需要強(qiáng)大的直流電源供電，這也離不開電力電子技術(shù)。25/741.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用總之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣，其地位也越來越重要。

?新能源、可再生能源發(fā)電比如風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電，需要用電力電子技術(shù)來緩沖能量和改善電能質(zhì)量。當(dāng)需要和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，更離不開電力電子技術(shù)。?核聚變反應(yīng)堆在產(chǎn)生強(qiáng)大磁場和注入能量時(shí)，需要大容量的脈沖電源，這種電源就是電力電子裝置?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)或某些特殊場合，常常需要一些特種電源，這也是電力電子技術(shù)的用武之地。圖1-7風(fēng)場26/21

運(yùn)動控制系統(tǒng)定義：

運(yùn)動控制系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備－－電動機(jī)為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制及其相關(guān)學(xué)科相關(guān)知識：

電機(jī)與拖動基礎(chǔ)、自動控制原理、電力電子技術(shù)等1.5運(yùn)動控制27/7419世紀(jì)80年代以前--僅有直流電氣傳動19世紀(jì)末，出現(xiàn)交流電機(jī)（鼠籠式異步交流電機(jī)）--開始逐步使用交流電氣傳動20世紀(jì)后期交流調(diào)速興起20世紀(jì)30年代起，形成直流調(diào)速，交流不調(diào)速的格局1.5運(yùn)動控制的發(fā)展歷史28/74工業(yè)生產(chǎn):軋鋼造紙機(jī)床傳動交通運(yùn)輸:電力機(jī)車電動汽車軍事:雷達(dá)天線跟蹤設(shè)備家電:CD機(jī)自動洗衣機(jī)1.5運(yùn)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用29/21熄焦車運(yùn)動控制系統(tǒng)①工藝干熄焦系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備熄焦車為大型移動機(jī)械設(shè)備(滿載時(shí)每車均重約為120噸)，由交流電機(jī)驅(qū)動沿軌道運(yùn)行，往返于焦?fàn)t和熄焦塔之間，接收任一指定碳化室的紅焦，并將其運(yùn)往熄焦塔熄焦。30/74②技術(shù)要求

熄焦車可在0～3m/s速度范圍內(nèi)按工藝要求的任意速度行駛，并實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，及軟起動、軟停車。熄焦車完成接焦后，在2分鐘之內(nèi)行駛到提升機(jī)下指定位置，行駛距離為285m，并完成自動定位停車，干熄焦一期工程要求其定位精度達(dá)到±0.1m，二期工程要求其停位精度達(dá)到±0.01m。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)與其它相關(guān)設(shè)備間的聯(lián)鎖控制和各種信息傳輸；能融入整個企業(yè)的管控一體化網(wǎng)絡(luò)。熄焦車運(yùn)動控制系統(tǒng)31/74③難點(diǎn)大慣性負(fù)載、調(diào)速范圍寬、非線性從調(diào)速系統(tǒng)的角度來分析提示結(jié)論0～3m/s速度每車均重約為120噸熄焦車完成接焦后，在2分鐘之內(nèi)行駛到提升機(jī)下指定位置，行駛距離為285m，并完成自動定位停車熄焦車運(yùn)動控制系統(tǒng)32/21從類型上分直流電動機(jī)交流感應(yīng)電動機(jī)（交流異步電動機(jī)）交流同步電動機(jī)。從用途上分用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動電動機(jī)用于伺服系統(tǒng)的伺服電動機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制對象33/74電力電子型功率放大與變換裝置半控型向全控型發(fā)展低頻開關(guān)向高頻開關(guān)發(fā)展分立的器件向具有復(fù)合功能的功率模塊發(fā)展運(yùn)動控制系統(tǒng)的功率放大與變換裝置34/74模擬控制器物理概念清晰、控制信號流向直觀控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路線路復(fù)雜、通用性差控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響并行運(yùn)行，控制器的滯后時(shí)間小以微處理器為核心的數(shù)字控制器硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化程度高控制規(guī)律體現(xiàn)在軟件上，修改靈活方便擁有信息存儲、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等功能串行運(yùn)行方式，其滯后時(shí)間比模擬控制器大得多，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)予以考慮運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制器35/74信號檢測電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置等信號信號轉(zhuǎn)換電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等數(shù)據(jù)處理信號濾波運(yùn)動控制系統(tǒng)的信號檢測與處理36運(yùn)動控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動方程式忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動控制系統(tǒng)的簡化運(yùn)動方程式運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制規(guī)律37/21運(yùn)動控制的根本問題是轉(zhuǎn)矩控制要控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，唯一的途徑就是控制電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速變化率按人們期望的規(guī)律變化。磁鏈控制同樣重要為了有效地控制電磁轉(zhuǎn)矩，充分利用電機(jī)鐵芯，在一定的電流作用下盡可能產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，必須在控制轉(zhuǎn)矩的同時(shí)也控制磁通（或磁鏈）。運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制規(guī)律38/74生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個必然存在的不可控?cái)_動輸入。歸納出幾種典型的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，實(shí)際負(fù)載可能是多個典型負(fù)載的組合，應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載的具體情況加以分析。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

恒功率負(fù)載

風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載

運(yùn)動控制系統(tǒng)的被控對象的負(fù)載特性39/74內(nèi)容40/74自然機(jī)械特性

直流電機(jī)中能量（電能、機(jī)械能）轉(zhuǎn)換的方向是可逆的，可用三個方程來描述：轉(zhuǎn)矩方程式：電勢方程式：電壓平衡方程式：2.1直流電機(jī)的機(jī)械特性他勵電動機(jī)：41/21在額定電壓和額定磁通下，電樞電路內(nèi)不接任何電阻時(shí)的n=f(T)2.1直流電機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)U=UN，Φ=φN時(shí)，n=f(T)是一條直線。通常用(0，n0)和(TN，nN)兩點(diǎn)來作直線42/74

電磁轉(zhuǎn)矩T、負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL、及空載消耗轉(zhuǎn)矩T0相平衡。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，則n、E、I、T將自動進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。例如：當(dāng)TL↑→T＜TL→n↓，當(dāng)Φ不變時(shí)→E↓（E=KeΦn）→Ia=（U-E）/Ra↑→T↑→→T=TL（新的平衡）2.1直流電機(jī)的機(jī)械特性43/21

將直流電機(jī)的電勢方程和轉(zhuǎn)矩方程代入直流電動機(jī)電壓平衡方程式中，并略加整理后，可得他勵直流電機(jī)的機(jī)械特性方程為：當(dāng)時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為理想空載轉(zhuǎn)速。2.1直流電機(jī)的機(jī)械特性44/21人為機(jī)械特性是指供電電壓或磁通不是額定值、電樞電路內(nèi)接有外加電阻Rad時(shí)的機(jī)械特性；電動機(jī)的啟動、調(diào)速、制動的方法就是利用人為機(jī)械特性。2.1直流電機(jī)的機(jī)械特性串聯(lián)電阻R電樞電壓U減弱磁通45/74在電壓、頻率及繞組參數(shù)一定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s之間的關(guān)系可用曲線表示如圖所示。2.2交流異步電機(jī)的機(jī)械特性46/74異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性是指U1=U1N，?1=?1N，定子三相繞組按規(guī)定方式連接，定子和轉(zhuǎn)子電路中不外接任何元件時(shí)測得的機(jī)械特性n=?(T)或T=?(s)曲線。對于同一臺異步電動機(jī)有正轉(zhuǎn)（曲線1）和反轉(zhuǎn)（曲線2）兩條固有機(jī)械特性。2.2交流異步電機(jī)的機(jī)械特性同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)額定運(yùn)行點(diǎn)臨界點(diǎn)啟動點(diǎn)47/74異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性是指人為改變電動機(jī)的電氣參數(shù)而得到的機(jī)械特性。改變定子電壓U1、定子頻率f1、極對數(shù)p、定子回路電阻r1和電抗x1、轉(zhuǎn)子回路電阻r2ˊ和電抗x2ˊ，都可得到不同的人為機(jī)械特性。2.2交流異步電機(jī)的機(jī)械特性改變定子電壓定子回路串入對稱電抗轉(zhuǎn)子回路串入對稱電抗48/74內(nèi)容49/743.1運(yùn)動控制系統(tǒng)—結(jié)構(gòu)50/74控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角（位移）依據(jù)控制結(jié)構(gòu)圖確定并進(jìn)行建模分析給定控制器驅(qū)動裝置被控對象反饋環(huán)節(jié)已學(xué)知識自動控制原理電機(jī)與拖動微機(jī)原理與接口技術(shù)自動化儀表與過程控制（本學(xué)期正在學(xué)）通信系統(tǒng)原理3.1運(yùn)動控制系統(tǒng)—任務(wù)不難！??！51/743.1晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)52/743.1不可逆PWM變換器-直流電動機(jī)系統(tǒng)53/74+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug43.1橋式可逆PWM變換器54/743.1轉(zhuǎn)速閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖55/74轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：

電壓比較環(huán)節(jié)

放大器電力電子變換器調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性測速反饋環(huán)節(jié)

3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各模塊建模56/74

從上述五個關(guān)系式中消去中間變量，整理后，即得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式（1-35）

3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)——閉環(huán)靜特性方程57/74KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++-IdR-UnKs3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖58/74a）只考慮給定作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)b）只考慮擾動作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)U*nKpKs

1/CeUc?UnnUd0Un+-+KpKs

1/Ce-IdRnUd0+-E3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖59/74開環(huán)系統(tǒng)

Id

n例如：在圖1-26中工作點(diǎn)從AA’

閉環(huán)系統(tǒng)Id

nUnUn

nUd0Uc例如：在圖1-26中工作點(diǎn)從AB3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖60/74n0OIdId1Id3Id2Id4ABCA’D閉環(huán)靜特性開環(huán)機(jī)械特性Ud4Ud3Ud2Ud13.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖61/74勵磁變化Id變化電源波動Kp變化電阻變化檢測誤差KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++--

R

3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)——擾動作用與影響62/74反饋控制系統(tǒng)對被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動都有抑制功能。例如：UsUd0nUnUn

nUd0Uc

3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)——抗擾能力63/74但是，如果在反饋通道上的測速反饋系數(shù)受到某種影響而發(fā)生變化，它非但不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。例如：UnUn

Uc

Ud0n

因此，反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)——抗擾能力64/74調(diào)速范圍/靜差率控制結(jié)構(gòu)補(bǔ)償與校正信號檢測與處理快速性啟動與制動經(jīng)濟(jì)成本3.3改進(jìn)65/74內(nèi)容66/744.1諧波和功率因數(shù)■隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，由此帶來的諧波(harmonics)和無功(reactivepower)問題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注?！鰺o功的危害

◆導(dǎo)致設(shè)備容量增加。

◆使設(shè)備和線路的損耗增加?！艟€路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動?！鲋C波的危害◆降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。

◆影響用電設(shè)備的正常工作。◆引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。◆導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作?！魧νㄐ畔到y(tǒng)造成干擾。

67/74■諧波

◆正弦波電壓可表示為

式中U為電壓有效值；u為初相角；為角頻率，=2f=2/T；f為頻率；T為周期?！舴钦译妷簎(t)分解為如下形式的傅里葉級數(shù)

4.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)式中n=1,2,3…68/214.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)或式中，cn、n和an、bn的關(guān)系為◆基波（fundamental）：頻率與工頻相同的分量。

諧波：頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量。

諧波次數(shù)：諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比。◆n次諧波電流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示◆電流諧波總畸變率THDi（TotalHarmonicdistortion）分別定義為（Ih為總諧波電流有效值）(3-58)69/744.1諧波和無功功率分析基礎(chǔ)■功率因數(shù)

◆正弦電路

?有功功率就是其平均功率：

式中U、I分別為電壓