緒論(電力拖動自動控制系統(tǒng))

第一節(jié)1.觸發(fā)脈沖相位控制2.電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)3.晶閘管整流器-電動機系統(tǒng)的機械特性4.晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)5.晶閘管整流器運行中存在的問題第二節(jié)1.PWM變換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形2.直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的機械特性3.PWM控制器與變換器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型4.直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的電能回饋和泵升電壓第一章www.cmpedu.com第三節(jié)1.調(diào)速范圍2.靜差率3.調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系第四節(jié)1.轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2.轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型www.cmpedu.com

控制理論圖1-1

運動控制及其相關(guān)學(xué)科處理技術(shù)信號檢測與計算機

控制

技術(shù)電力電

子技術(shù)微電子

技術(shù)www.cmpedu.com運動

控制電機學(xué)知識領(lǐng)域:信號檢測與數(shù)據(jù)處理技術(shù)圖1-2運動控制系統(tǒng)及其組成知識領(lǐng)域:電力電子與功率變換技術(shù)知識領(lǐng)域:電機原理與模型知識領(lǐng)域:控制理論+控制器功率放大與變換裝置www.cmped電動機及負載信號處理傳感器①m,nO

T?

O

T?a)b)圖1

-

3

恒轉(zhuǎn)矩負載特性a)

位能性恒轉(zhuǎn)矩負載

b)

反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載www.cmpedu.com0m,n圖1-4

恒功率負載特性O(shè)m,N圖1-5

風(fēng)機、泵類負載特性www.cmpedu.comOm,n3)改變電樞回路電阻R。系統(tǒng)(V-M系統(tǒng))原理圖大

+1.觸發(fā)脈沖相位控制RIa圖2-2V-M系統(tǒng)主電路的等效電路圖十Ewww.cmpedUaoL1.觸發(fā)脈沖相位控制整流電路單相全波三

相

半

波三相橋式(全波)U?！?U√EU√6Um236U0.9U

cosa1.17U,cose2.34U

cose表2-1

不同整流電路的整流電壓波峰值、脈沖數(shù)及平均整流電壓2.電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)1)增加整流電路相數(shù),或采用多重化技術(shù)；2)設(shè)置電感量足夠大的平波電抗器。o-圖2-3帶R-L-E負載單相全控橋式整流電路的輸出電壓和電流波形①t2.電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)www.cmped2.電流脈動及其波形的連續(xù)與斷續(xù)圖2-4V-M系統(tǒng)的電流波形a)

電流連續(xù)

b)電流斷續(xù)Nla圖2-

5電流連續(xù)時V-M

系統(tǒng)的機械特性3.晶閘管整流器-電動機系統(tǒng)的機械特性www.cmped(箭頭方向表示α增大)3.晶閘管整流器-電動機系統(tǒng)的機械特性圖2-7、晶閘管觸發(fā)與整流裝置的

輸入-輸出特性和的

測

定Uc4.晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)圖2-8

晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時間www.cmped整流電路形式最大失控時間T.…/ms平均失控時間T./ms單相半波單相橋式(全波)三相半波三相橋式20106.673.331053.331.674.晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)表2-2

晶閘管整流器的失控時間(f=50Hz)4.晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)b)圖2-9,晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

a)準(zhǔn)確的時滯環(huán)節(jié)

b)近似的

一

階慣性環(huán)節(jié)Uc(s)Ks

e-TssUc(s)7Uao(s)Uao(s)a)1)晶閘管是單向?qū)щ姷?它不允許電流反向,給電動機的可逆運行帶來困難。2)晶閘管對過電壓、過電流和過高的du/dt與di/dt都十分敏感,其中任一指標(biāo)超過允許值都可能在很短的時間內(nèi)損壞晶閘管。3)晶閘管的可控性是基于對其門極的移相觸發(fā)控制,在較低速度運行時,晶閘管的導(dǎo)通角很小,使得系統(tǒng)的功率因數(shù)也隨之減少,在交流側(cè)會產(chǎn)生較大的諧波電流,引起電網(wǎng)電壓的畸變,被稱為“電力公害”。5.晶閘管整流器運行中存在的問題4)若與快速響應(yīng)的電動機配合,則系統(tǒng)頻帶寬,動態(tài)響應(yīng)快,動態(tài)抗擾能力強；5)電力電子開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài),導(dǎo)通損耗小,當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時,開關(guān)損耗也不大,因而裝置效率較高；6)直流電源采用不控整流時,電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。5.晶閘管整流器運行中存在的問題www.cmpedu.com圖2-10簡單的不可逆PWM變換器-直流電動機系統(tǒng)a)電路原理圖b)電壓和電流波形—直流電源電壓,C—濾波電容器,VT—電力電子開關(guān)器件VD—續(xù)流二極管M—直流電動機1.PWM變換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形1.PWM變換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形圖2-11

有制動電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動機系統(tǒng)

a)電路原理圖

b)

一般電動狀態(tài)的電壓、電流波形c)

制動狀態(tài)的電壓、電流波形d)輕載電動狀態(tài)的電流波形www.cmpedu.comu,-d)b)c)期間工作狀態(tài)0～L。L.～T0~t～L1~~T一般電動狀態(tài)導(dǎo)通器件電流回路電流方向VT:1+VD2+制動狀態(tài)導(dǎo)通器件電流回路電流方向VD?4VT:3輕載電動狀態(tài)導(dǎo)通器件電流回路電流方向VD?4VT,VD?VT?31.PWM變換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形表2-3

二象限不可逆PWM變換器在不同工作狀態(tài)下的導(dǎo)通器件和電流回路與方向機械工業(yè)出版社CHINA

MACHINE

PRESSwww.cmpedu.com4-24nknosY=10.75nosγ=0.750.5nosY=0.50.25nosY=0.25〇圖2-12直流PWM調(diào)速系統(tǒng)(電流連續(xù))的機械特性2.直流PWM

調(diào)速系統(tǒng)的機械特性-la,-Te機

械

工

業(yè)

出

版

社CHINA

NACHINE

PRESSla,TePWM控制器圖2-13

PWM控制器與變換器的框圖3.PWM控制器與變換器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型PWM

變換器UgUaUc1)調(diào)速:在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地(有級)或平滑地(無級)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；2)穩(wěn)速:以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；3)加、減速:頻繁起動、制動的設(shè)備要求加速、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起動、制動盡量平穩(wěn)。4.直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的電能回饋和泵升電壓1.調(diào)速范圍生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比稱為調(diào)速范圍,用字母D表示www.cmpedu.com2.靜差率圖2-14

不同轉(zhuǎn)速下的靜差率www.cmped在要求s≤30%時,允許的調(diào)速范圍為1)忽略各種非線性因素,假定系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸入-輸出關(guān)系都是線性的,或者只取其線性工作段；2)忽略控制電源和電位器的內(nèi)阻。3.調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系十(O-Uc

十UPEM圖2-15

開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖在要求s≤30%時,允許的調(diào)速范圍為UdlaR—UaoKs十圖2-16

開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2)忽略控制電源和電位器的內(nèi)阻。www.cmpedUcCcN+Md-O-—十n3+tg圖2-18帶轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖1.轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性la

十AuUPEUe+O-A十十n*—1.轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性Ks

Kp

ac)圖2-19_轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)真流調(diào)速系統(tǒng)