电力拖动复习整理.docx

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电力拖动复习整理

第0篇直流拖动控制系统

1直流拖动控制系统:

1直流调速方法2直流调速电源3直流调速控制

2三种方法调节直流电动机的转速:

（1）调节电枢供电电压；

（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。

三种调速方法的性能与比较：

对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。

改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。

因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。

第1章闭环控制的直流调速系统

1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:

1可控直流电源:

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。

2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。

3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。

2采用简单的单管控制时，称作直流斩波器，后来逐渐发展成采用各种脉冲宽度调制开关的电路，脉宽调制变换器

3.斩波电路三种控制方式:

T不变，变ton—脉冲宽度调制（PWM）；

ton不变，变T—脉冲频率调制（PFM）；

ton和T都可调，改变占空比—混合型。

4PWM系统的优点:

（1）主电路线路简单，需用的功率器件少；

（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:

10000左右；（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；

5直流PWM调速系统:

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。

6PWM变换器的作用是:

：

用PWM调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。

7调速指标:

调速范围：

生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围

8由PD调节器构成的超前校正:

可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性，但稳态精度可能受到影响；

由PI调节器构成的滞后校正:

可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的；

用PID调节器实现的滞后—超前校正则兼有二者的优点，可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。

第2章转速、电流双闭环直流调速系统

1:

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。

2问题的提出:

采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：

要求快速起制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

3转速、电流双闭环直流调速系统的组成:

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。

把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。

从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。

这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器

4双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：

（1） 饱和非线性控制；（2转速超调；（3准时间最优控制。

5.单闭环双闭环对比分析:

1在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。

2双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。

6转速调节器的作用:

（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

电流调节器的作用:

（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。

（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。

一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。

这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

7自动控制系统的动态性能指标包括：

跟随性能指标抗扰性能指标

1.跟随性能指标：

在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。

常用的阶跃响应跟随性能指标有1上升时间2超调量3调节时间

2抗扰性能指标:

抗扰性能指标标志着控制系统抵抗扰动的能力。

常用的抗扰性能指标有1动态降落2恢复时间

一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随性能为主。

8调压与弱磁的配合控制:

在他励直流电动机的调速方法中，前面讨论的调电压方法是从基速（即额定转速nN）向下调速。

如果需要从基速向上调速，则要采用弱磁调速的方法，通过降低励磁电流，以减弱磁通来提高转速。

两种调速方式:

1恒转矩调速方式2.恒功率调速方式

第3章直流调速系统的数字控制

1数字PI调节器算法:

位置式算法算法特点是：

比例部分只与当前的偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。

2衍生出多种改进的PI算法，提高系统的控制性能:

1积分分离算法2分段PI算法3积分量化误差的消除

积分分离算法：

在微机数字控制系统中，把P和I分开。

当偏差大时，只让比例部分起作用，以快速减少偏差；当偏差降低到一定程度后，再将积分作用投入，既可最终消除稳态偏差，又能避免较大的退饱和超调。

3主要的智能控制方法：

1专家系统2模糊控制3神经网络控制智能控制特点：

控制算法不依赖或不完全依赖于对象模型，因而系统具有较强的鲁棒性和对环境的适应性。

第4章可逆调速系统和位置随动系统

1可逆的调速系统:

有许多生产机械要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。

改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变直流电机的旋转方向，这本来是很简单的事。

然而当电机采用电力电子装置供电时，由于电力电子器件的单向导电性，问题就变得复杂起来了，需要专用的可逆电力电子装置和自动控制系统。

2V-M系统的可逆线路可分为两大类：

电枢反接可逆线路——电枢反接反向过程快，但需要较大容量的晶闸管装置；

励磁反接可逆线路——励磁反接反向过程慢，控制相对复杂，但所需晶闸管装置容量小。

3可逆V-M系统中的环流问题:

环流的定义：

采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流.

4危害：

一般地说，这样的环流对负载无益，徒然加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏，因此应该予以抑制或消除。

5利用：

只要合理的对环流进行控制，保证晶闸管的安全工作，可以利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使电动机在空载或轻载时可工作在晶闸管装置的电流连续区，以避免电流断续引起的非线性对系统性能的影响。

6环流的分类:

（1）静态环流——两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：

1）直流平均环流——由晶闸管装置输出的直流平均电压所产生的环流称作直流平均环流。

2）瞬时脉动环流——两组晶闸管输出的直流平均电压差为零，但因电压波形不同，瞬时电压差仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。

2动态环流——仅在可逆V-M系统处于过渡过程中出现的环流。

8根据控制环流方式直流可逆调速系统分为:

1有环流可逆调速系统；2无环流可逆调速系统。

9简单介绍伺服控制系统

答案提示：

广义的伺服系统是指精确地跟踪或复现某个过程的反馈控制系统，也可称作随动系统。

而狹义伺服系统的被控制量（输出量）是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量（输入量）作任意变化时，系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化，又称作位置随动系统。

伺服系统和调速系统一样，都是反馈控制系统，即通过对输出量和给定量的比较，组成闭环控制，两者的控制原理是相同的。

它们的主要区别在于，调速系统的主要作用是保证稳定和抵抗扰动；而伺服系统要求输出量准确跟随给定量的变化，更突出快速响应能力。

交流拖动控制系统

1直流电机具有电刷和换相器因而必须经常检查维修、换向火花使直流电机的应用环境受到限制、以及换向能力限制了直流电机的容量和速度等缺点日益突出起来，用交流可调拖动取代直流可调拖动的呼声越来越强烈，交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要发展方向

2交流拖动控制系统的应用领域:

主要有三个方面：

⏹一般性能的节能调速

⏹高性能的交流调速系统和伺服系统

⏹特大容量、极高转速的交流调速

3交流电机主要分为异步电机（即感应电机）和同步电机两大类，每类电机又有不同类型的调速系统。

4常见的交流调速方法有：

4电压调速；②转差离合器调速；③转子串电阻调速；

④绕线电机串级调速或双馈电机调速；⑤变极对数调速；⑥变压变频调速等等。

第6章笼型异步电机变压变频调速系统

1异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。

由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论是高速还是低速时效率都较高，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美。

因此现在应用面很广，是本篇的重点

2如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。

3几种协调控制方式的比较:

综上所述，在正弦波供电时，按不同规律实现电压－频率协调控制可得不同类型的机械特性。

（1）恒压频比（Us/1=Constant）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。

（2）恒Eg/1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到rm=Constant，从而改善了低速性能。

但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。

（

3）恒Er/1控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通rm恒定进行控制，尽可能保持rm恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。

4从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。

交-直-交变压变频器:

交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流

5变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术:

PWM调制原理:

以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。

按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。

这种调制方法称作正弦波脉宽调制（简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。

1异步电机在次同步电动状态下的双馈系统——串级调速系统:

基本思路:

对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方便的办法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。

这样，就把交流变压变频这一复杂问题，转化为与频率无关的直流变压问题，对问题的分析与工程实现都方便多了。