電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)參考

10/10功率放大與變換裝置有：電機(jī)型，電磁型，電力電子型等;電力電子型功率放大與變換裝置進(jìn)展：半控型————全控型;低頻————高頻開(kāi)關(guān)；分立的器件————具有復(fù)合功能的功率模塊無(wú)視阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)掌握系統(tǒng)的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方程式d J mdtddt m

T Te Lm轉(zhuǎn)矩掌握是運(yùn)動(dòng)掌握的根本問(wèn)題。掌握轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，唯一的途徑就是掌握電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速變化率按人們期望的規(guī)律變化生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；恒功率負(fù)載；風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL

常數(shù)a〕位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：由重力產(chǎn)生，具固定大小和方向b)抵抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：大小不變，方向始終與轉(zhuǎn)速反向直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法:1〕轉(zhuǎn)變電樞供電電壓U減弱勵(lì)磁磁通φ轉(zhuǎn)變電樞回路電阻R

nUIRKe在肯定范圍內(nèi)無(wú)機(jī)平滑調(diào)速的系統(tǒng)，以調(diào)整電樞供電電壓的方式為最好。轉(zhuǎn)變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通為無(wú)級(jí)調(diào)速，平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是協(xié)作調(diào)壓。可控直流電源兩大類：a相控整流器對(duì)應(yīng)晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(V-M)bPWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(PWM)V-MUcGT輸出脈沖的相位——VTudUd的數(shù)值晶閘管整流管的特點(diǎn)：用觸發(fā)脈沖的觸發(fā)延遲角a掌握整流電壓的平均值u有源逆變狀態(tài)下，掌握觸發(fā)脈沖延遲角a為π時(shí)，發(fā)生逆變顛覆！抑制電流脈動(dòng)的措施：a.增加整流電路相數(shù)，或承受多重化技術(shù)；b.設(shè)置電感量足夠大的平波電抗器電流脈動(dòng)的影響：增加電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱;產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性：a0.5π處于整流，a0.5π處于逆變；電流連續(xù)區(qū)，機(jī)械特性硬；電流斷續(xù)區(qū)，機(jī)械特性軟；抱負(fù)空載轉(zhuǎn)速翹得很高；分界限23晶閘管觸發(fā)和整流裝置看成是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，滯后作用是由晶閘管整流裝置的失控時(shí)電源頻率和晶閘管整流器的類型有關(guān)。15..晶閘管整流器運(yùn)行中存在的問(wèn)題：晶閘管是單向?qū)щ姷摹＞чl管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的du/dtdi/dt都格外敏感。晶閘管的導(dǎo)通角變小時(shí)會(huì)使得系統(tǒng)的功率因數(shù)也隨之削減，稱之為“電力公害16.PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電路原理圖左邊脈沖電壓; 右邊直流電由整流得到，VD為續(xù)流二極管簡(jiǎn)潔的不行逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電壓和電流波形s當(dāng) tons樞兩端。

g

為正，VT飽和導(dǎo)通，電源電壓U

VT加到直流電動(dòng)機(jī)電g當(dāng) tontT時(shí)，Ug

為負(fù)，VT關(guān)斷，電樞電路中的電流通過(guò)續(xù)流二極管VD續(xù)流，直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓近似等于零。17穩(wěn)態(tài)，指電動(dòng)機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)機(jī)械特性，指平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩〔電流〕的關(guān)系;PWM掌握器與變換器的失控時(shí)間與其開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，為其倒數(shù)分之一，pwm變換器不是一個(gè)線性環(huán)節(jié)，而是具有繼電特性的非線性環(huán)節(jié)。調(diào)速——在肯定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，有級(jí)或無(wú)極調(diào)速；穩(wěn)速——加、減速——頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快；有些機(jī)械設(shè)備不宜經(jīng)受猛烈速度變化，則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)“調(diào)速范圍”“靜差率”稱為調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。1 n 〔1 n max minD表示，即

nnD maxnmina.n a.n max minb.對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速N〔2〕當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由抱負(fù)空載增加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落ΔnNn與抱負(fù)空載轉(zhuǎn)速n0

之比，稱為靜差率s，即

NsnnN0越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性就越高！硬度是機(jī)械特性的斜率！0機(jī)械硬度一樣時(shí)，n越低，S越高，穩(wěn)定性越低。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)的值為準(zhǔn)。20.調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系0n n

n (1s)nsn N n

N

nmin

Nn NsN ss0minDDmaxnmin

min nnNmin

D ns nNNNn〔1-s〕n〔1-1〕NNNN sN對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，Δn值是定值。NsD也越小。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍題〔1〕某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為n=1430r/min，額定速降Δn=115r/min，當(dāng)N Ns≤30%s≤20%，則調(diào)速范圍是多少？10，所能滿足的靜差率是多少？s≤30%時(shí)，允許的調(diào)速范圍為ND nN

s 14300.3 5.3n (1s) 115(10.3)Ns≤20%，則允許的調(diào)速范圍只有D 14300.2115(10.2)

3.1假設(shè)調(diào)速范圍到達(dá)10，則靜差率只能是snN

DnNDnN

10115143010115

0.44644.6%開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性為U RIn d0C d

KU RI s c dC Ce e eU 可以實(shí)現(xiàn)線性平滑調(diào)整故 速也可以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速U c d0機(jī)的平滑調(diào)速！轉(zhuǎn)速降落是由負(fù)載引起的 RIn N Ce它制約了開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍D和轉(zhuǎn)差率S〔2〕某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)承受直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，eN1000r/min，承受V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18ΩC=0.2Vmin/r。假設(shè)要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s≤5%，承受開(kāi)環(huán)調(diào)速能否滿足？假設(shè)要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降Δn最多能有多少？eN解:當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降為I R 3050.18n dN =275r/minN C 0.2e開(kāi)環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為ns NN n N N

275 0.21621.6%1000275如要求D20 s5%n

ns 10000.05 2.63r/minNN D(1s) 20(10.05)N無(wú)法滿足要求！承受反響的緣由：調(diào)速范圍和靜差率是一對(duì)相互制約的性能指標(biāo)，假設(shè)既要提高靜差RI率又要降低轉(zhuǎn)速，唯一的方法就是降低 nN由電動(dòng)機(jī)參數(shù)打算無(wú)法轉(zhuǎn)變

；開(kāi)環(huán)額定速降 nN

太大，而且n dN Ce轉(zhuǎn)速閉環(huán)掌握可削減轉(zhuǎn)速降落，降低靜差率，擴(kuò)大調(diào)速范圍！變化或不變?cè)谪?fù)反響根底上的“檢測(cè)誤差，用以訂正誤差”這一原理組成的系統(tǒng)，其輸出量反響的傳遞途徑構(gòu)成一個(gè)閉合的環(huán)路，因此被稱作閉環(huán)掌握系統(tǒng)N經(jīng)過(guò)測(cè)量元件反響到輸入端參與掌握！閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流〔或轉(zhuǎn)矩〕間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系是運(yùn)動(dòng)方程的穩(wěn)態(tài)解。閉環(huán)靜特性形式上與開(kāi)環(huán)機(jī)械特性形似，但本質(zhì)上有很大不同動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)解。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，從施加給定輸入值的時(shí)刻開(kāi)頭，到輸出到達(dá)穩(wěn)態(tài)值以前，是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，可用穩(wěn)態(tài)解來(lái)描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。比例掌握的直流調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和比例掌握閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多 nn op閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)小得多

clss op

1Kcl 1K假設(shè)所要求的靜差率肯定，則閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍Dcl

(1K)Dop穩(wěn)態(tài)特性肯定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此，需設(shè)置電壓放大器和轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。比例掌握直流調(diào)速系統(tǒng)能夠削減穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)整作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地轉(zhuǎn)變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降的變化.〔3〕某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)承受直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，e1000r/minV-MR=0.18ΩC=0.2Vmin/r。es 在題〔2〕中，龍門刨床要求D=20，s≤5%，K=30,α=0.015Vmin/r，C=0.2Vmin/rs 解:上例中求得開(kāi)環(huán)系統(tǒng)額定速降為nop

275r/min為滿足閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為n

n 275 cl由式〔2-48〕可得K則的

ncl

2.63K K 103.6 46p K/C 300.015/0.2s e即只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46比較掌握的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)三個(gè)根本特征〔反響掌握的根本規(guī)律：比例掌握的反響掌握系統(tǒng)是被調(diào)量有靜差的掌握系統(tǒng)pK＝常數(shù)，開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K≠∞，反響掌握就只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，而不能消退它，這樣的掌握系統(tǒng)叫做有靜差掌握系統(tǒng)，有偏差才有掌握p反響掌握系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng),聽(tīng)從給定上的擾動(dòng)作用，對(duì)于給定作用的變化唯命是從。系統(tǒng)的精度依靠于給定和反響檢測(cè)的精度反響掌握系統(tǒng)不能鑒別給定電壓的波動(dòng)是正常調(diào)整，或者是給定電壓不應(yīng)有的電源波動(dòng)，反響檢測(cè)裝置的誤差也是反響掌握系統(tǒng)無(wú)法抑制的。pK越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小，但是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，還要看系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性！對(duì)于自動(dòng)掌握系統(tǒng)，穩(wěn)定性是正常工作首要條件，必需保證。p題〔4〕在例題〔2〕中，龍門刨床要求D=20，s≤5%，K=30,α=0.015Vmin/r，sC=0.2Vmin/r，承受比例掌握閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足上述要求時(shí)，比例放大器的放大系數(shù)應(yīng)當(dāng)有RR0.18多少？在例題〔3〕中，系統(tǒng)承受的是三相橋式可控整流電路，電樞回路總電阻 電感量為3mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)局部的飛輪慣量GD260Nm2試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性！電磁時(shí)間常數(shù)： TL0.0030.0167sl R 0.18機(jī)電時(shí)間常數(shù)： T GD2R

600.18

0.075sm 375CCe m

3750.2300.2晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為Ts

0.00167s為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：T)T2 0.075(0.01670.00167)0.001672K m l TT

s 49.50.01670.00167ls閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和例題2-3中穩(wěn)態(tài)性能要求 K>103.5是沖突的〔5〕 在上題的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，假設(shè)改用全控型器件的 R 0.1 L 1mH K44 kHz

， ，

，PWM開(kāi)關(guān)頻率為8 。按同樣的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) ，s5，該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？假設(shè)對(duì)靜差率的要求不變，在保證穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)能夠到達(dá)的最大調(diào)速范圍有多少？解：TL0.0010.01sl R 0.1GD2R 600.1T 0.0417 sm 375CCe m

30T 1 0.000125ss 8000T)T2 0.0417(0.010.000125)0.0001252K m l s TT

0.010.000125

339.4ls依據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D 20 s5% 要求n 2.63 r/mincln INR3050.1152.5r/minop Cen

0.2152.5K ncl

1

2.63

157 <339.4PWM調(diào)速系統(tǒng)能夠在滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求下穩(wěn)定運(yùn)行ncl

nop1K

152.51339.4

/minD

nNs 10000.05 117cl ncl

(1s) 0.45(10.05)比例積分掌握的無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)：積分掌握可以使系統(tǒng)在無(wú)靜差的狀況下維持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速！積分掌握規(guī)律和比例掌握規(guī)律的根本區(qū)分：比例調(diào)整器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀全部歷史。積分調(diào)整器到穩(wěn)態(tài)時(shí)ΔUn

=0，只要?dú)v史上有過(guò)ΔUn

，其積分就有肯定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的Uc從無(wú)靜差角度，積分掌握優(yōu)于比例掌握從掌握快速性上，比例掌握優(yōu)于積分掌握產(chǎn)生比例積分調(diào)整器〔PI〕比例局部能快速響應(yīng)掌握作用，積分局部則最終消退穩(wěn)態(tài)偏差轉(zhuǎn)速調(diào)整器用ASR表示，電流調(diào)整器用ACR依據(jù)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中積分環(huán)節(jié)的數(shù)目劃分掌握系統(tǒng)的類型：0積分掌握、比例積分掌握的調(diào)速系統(tǒng)是Ⅰ型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差定義為輸入量和反響量的差值，即U(t)U*(t)U(t)Un n nU衡量系統(tǒng)掌握的準(zhǔn)確度的是系統(tǒng)對(duì)給定輸入*的跟隨力量n衡量系統(tǒng)抑制干擾力量的是系統(tǒng)抑制負(fù)載電流IdL

的抗擾力量階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差：在系統(tǒng)穩(wěn)定的狀況下0型系統(tǒng)對(duì)于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)有差，被稱作有差調(diào)速系統(tǒng)；Ⅰ型系統(tǒng)對(duì)于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)無(wú)差，被稱作無(wú)差調(diào)速系統(tǒng)擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差取決于誤差點(diǎn)與擾動(dòng)參加點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)。調(diào)速系統(tǒng)；0，稱作無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流反響掌握直流調(diào)速系統(tǒng)的組成在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)整器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反響和電流負(fù)反響以調(diào)整轉(zhuǎn)速和電流。把轉(zhuǎn)速調(diào)整器的輸出當(dāng)作電流調(diào)整器的輸入U(xiǎn)PE從閉環(huán)構(gòu)造上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。形成了轉(zhuǎn)速、電流反響掌握直流調(diào)速系統(tǒng)〔簡(jiǎn)稱雙閉環(huán)系統(tǒng)雙閉環(huán)中，只有轉(zhuǎn)速調(diào)整器飽和與不飽和兩種狀況:〔1〕轉(zhuǎn)速調(diào)整器不飽和,此時(shí)兩個(gè)調(diào)整器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí),它們的輸入偏差電壓都是零〔PI〕(2〕轉(zhuǎn)速調(diào)整器飽和nASRnUn

U*輸入反向信號(hào)，輸出小于限幅值，ASRAB段是ASR,ACRI<I,n=nd dm 0BC段是ASR調(diào)整器飽和時(shí)的靜特性，I=I,n<nd dm 0轉(zhuǎn)速、電流反響掌握直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析：轉(zhuǎn)速波形先是緩慢升速，然后以恒加速上升，產(chǎn)生超調(diào)后，到達(dá)給定值*。起動(dòng)過(guò)程分為電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)整三個(gè)階段，轉(zhuǎn)速調(diào)整器在此三個(gè)階段中經(jīng)受了不飽和、飽和以及退飽和三種狀況。43.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：飽和非線性掌握轉(zhuǎn)速超調(diào)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)掌握44.動(dòng)態(tài)抗擾性能分析：調(diào)速系統(tǒng)，最主要的抗擾性能是指抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)性能抗負(fù)載擾動(dòng)負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，只能靠ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反響得到比較準(zhǔn)時(shí)的調(diào)整，使抗擾性能得到改善轉(zhuǎn)速調(diào)整器的作用假設(shè)承受PI對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。其輸出限幅值打算電動(dòng)機(jī)允許的最大電流電流調(diào)整器的作用〔1〕在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)整過(guò)程中，使電流緊緊跟隨其給定電壓〔即外環(huán)調(diào)整器的輸出量〕變化。對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起準(zhǔn)時(shí)抗擾的作用。在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消逝，系統(tǒng)馬上自動(dòng)恢復(fù)正常溝通拖動(dòng)掌握系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域一般性能調(diào)速和節(jié)能調(diào)速高性能的溝通調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)特大容量、極高轉(zhuǎn)速的溝通調(diào)速按轉(zhuǎn)差功率將異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類：轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，代表為轉(zhuǎn)子串電阻和定子降壓調(diào)速轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)，代表為串級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)，代表為變極對(duì)