運動控制系統(tǒng)第1講

1、電力拖動自動控制系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)一一 、教學(xué)目的與教學(xué)要求、教學(xué)目的與教學(xué)要求三三 、教學(xué)時間、教學(xué)時間 2學(xué)時學(xué)時二、二、 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容1.0 運動控制組成及其分析運動控制組成及其分析1.1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源1.2閘管電動機系統(tǒng)的特殊問題閘管電動機系統(tǒng)的特殊問題1 了解運動控制系統(tǒng)課程設(shè)置的目的、教學(xué)要求及學(xué)習(xí)方法了解運動控制系統(tǒng)課程設(shè)置的目的、教學(xué)要求及學(xué)習(xí)方法2 掌握運動控制系統(tǒng)的基本概念及其相關(guān)知識掌握運動控制系統(tǒng)的基本概念及其相關(guān)知識3 掌握直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展歷程掌握直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展歷程4 掌握掌握PW

2、M調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢所在調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢所在 5 掌握晶閘管電動機系統(tǒng)的特殊問題掌握晶閘管電動機系統(tǒng)的特殊問題四四 、教學(xué)思路流程、教學(xué)思路流程生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性分幾類生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性分幾類?討論分析課程的設(shè)置目的、明確學(xué)習(xí)方法及教學(xué)要求討論分析課程的設(shè)置目的、明確學(xué)習(xí)方法及教學(xué)要求運動控制系統(tǒng)的組成部分如何運動控制系統(tǒng)的組成部分如何?運動控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展演變的原因何在運動控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展演變的原因何在?運動控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律是否學(xué)過運動控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律是否學(xué)過?直流電動機有幾種調(diào)速方法？直流電動機有幾種調(diào)速方法？直流電動機調(diào)壓調(diào)速有幾種方法？直流電動機調(diào)壓調(diào)速有幾種方法？運動學(xué)

3、方程與調(diào)速的關(guān)系如何？運動學(xué)方程與調(diào)速的關(guān)系如何？教學(xué)目的與要求課程的設(shè)置目的課程的設(shè)置目的: 融合多門課程知識融合多門課程知識,訓(xùn)練綜合分析及解決問題的能力訓(xùn)練綜合分析及解決問題的能力!學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法教學(xué)要求教學(xué)要求:1 按時出勤、提高課堂效率按時出勤、提高課堂效率;2 獨立完成實驗及課外作業(yè)獨立完成實驗及課外作業(yè);3 成績構(gòu)成成績構(gòu)成:平時平時15%、實驗、實驗15%、期末考試、期末考試70%勤于思考勤于思考,善于總結(jié)，善于總結(jié)， “溫故知新溫故知新”的認知系統(tǒng)結(jié)的認知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、定性分析工作原理；運用自控原理的方構(gòu)組成、定性分析工作原理；運用自控原理的方法定量分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)過程

4、。法定量分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)過程。五、五、 教學(xué)過程教學(xué)過程運動控制系統(tǒng)主要教學(xué)內(nèi)容運動控制系統(tǒng)主要教學(xué)內(nèi)容電電動動機機調(diào)調(diào)速速系系統(tǒng)統(tǒng)直流電動機直流電動機調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)交流電動機交流電動機調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)晶閘管晶閘管+PID控制器控制器開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)多環(huán)系統(tǒng)多環(huán)系統(tǒng)GTO/IGBT+PID控制器構(gòu)成的系統(tǒng)控制器構(gòu)成的系統(tǒng)（相控）（相控）（斬控）（斬控）可可逆逆系系統(tǒng)統(tǒng)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)同步電動機調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)同步電動機調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)串極調(diào)速系統(tǒng)串極調(diào)速系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)涉及的知識范圍運動控制系統(tǒng)涉及的知識范圍電路電路 +電機與拖

5、動電機與拖動+自動控制理論自動控制理論 + 電力電子電路電力電子電路+ 電子電路電子電路主、控電路主、控電路控制原理控制原理控制對象控制對象運運動動控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)模擬模擬運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)數(shù)字數(shù)字運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 現(xiàn)代運動控制技術(shù)涉及現(xiàn)代運動控制技術(shù)涉及 電機學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、電機學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、控制理論、信號檢測與處理技術(shù)等多門學(xué)科相互計算機控制技術(shù)、控制理論、信號檢測與處理技術(shù)等多門學(xué)科相互交叉的綜合性學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科 。1.0 運動控制系統(tǒng)及其組成分析運動控制系統(tǒng)及其組成分析(復(fù)習(xí)補充復(fù)習(xí)補充) 看圖說話看圖說話第一章第一章

6、閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1.0.1電動機是運動控制系統(tǒng)的控制對象電動機是運動控制系統(tǒng)的控制對象電電動機動機按類型可分為：直流電動機、交流感按類型可分為：直流電動機、交流感應(yīng)電動機（交流異步電動機）和交流同步電應(yīng)電動機（交流異步電動機）和交流同步電動機。動機。電動機電動機按用途可分為：用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動按用途可分為：用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動電動機和用于伺服系統(tǒng)的伺服電動機。電動機和用于伺服系統(tǒng)的伺服電動機。電動機的類型電動機的類型如何分類如何分類?1.0.2運動控制系統(tǒng)的功率放大與變換裝置運動控制系統(tǒng)的功率放大與變換裝置電力電子型功率器電力電子型功率器件的發(fā)展?fàn)顩r如何？件的發(fā)展?fàn)顩r

7、如何？半控型向全控型發(fā)展、半控型向全控型發(fā)展、低頻開關(guān)向高頻開關(guān)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)展分立的器件向具有復(fù)合功能的功率模塊發(fā)展1.0.3運動控制系統(tǒng)的控制器運動控制系統(tǒng)的控制器l模擬控制器模擬控制器 物理概念清晰、控制信號流向直觀，控制規(guī)律體現(xiàn)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，并行運行、控制器的滯后時間小。在硬件電路，并行運行、控制器的滯后時間小。 線路復(fù)雜、通用性差、制效果受到器件性能、溫度線路復(fù)雜、通用性差、制效果受到器件性能、溫度等因素的影響。等因素的影響。l數(shù)字控制器數(shù)字控制器硬件電路標準化程度高，控制規(guī)律體現(xiàn)在軟件上，

8、硬件電路標準化程度高，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。功能。 串行運行方式，其滯后時間比模擬控制器大得多，串行運行方式，其滯后時間比模擬控制器大得多，在設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)予以考慮。在設(shè)計系統(tǒng)時應(yīng)予以考慮?？刂破魅缈刂破魅绾畏诸?？何分類？1.0.4運動控制系統(tǒng)的信號檢測與處理運動控制系統(tǒng)的信號檢測與處理l信號檢測：電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置等信號信號檢測：電壓、電流、轉(zhuǎn)速和位置等信號l信號轉(zhuǎn)換：電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等信號轉(zhuǎn)換：電壓匹配、極性轉(zhuǎn)換、脈沖整形等l數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理： 信號濾波信號濾波1.0.5

9、運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展l直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動機的數(shù)學(xué)模型簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制。直流電動機的數(shù)學(xué)模型簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制。換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵磁電流的換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。l交流調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)交流電動機（尤其是籠型感應(yīng)電動機）結(jié)構(gòu)簡單。交流電動機（尤其是籠型感應(yīng)電動機）結(jié)構(gòu)簡單。交流電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線性多變量強耦合交流電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線性多變量強耦合的性質(zhì)，比直流電動機復(fù)雜得多。的性質(zhì)，比直流電動機復(fù)雜得多。 目前，以直流控制為基礎(chǔ)的現(xiàn)代交流調(diào)

10、速系目前，以直流控制為基礎(chǔ)的現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展日趨完善！統(tǒng)發(fā)展日趨完善！電氣傳動運動方程為：電氣傳動運動方程為：Te - TL =GD2375dndt2 2、電氣傳動系統(tǒng)的運動學(xué)方程、電氣傳動系統(tǒng)的運動學(xué)方程1 1、旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)的牛頓第二定律、旋轉(zhuǎn)運動系統(tǒng)的牛頓第二定律Te - TL =ddtJ JddtJ J其中，其中， 為慣性轉(zhuǎn)矩為慣性轉(zhuǎn)矩一般工程上采用飛輪慣量一般工程上采用飛輪慣量GDGD2 2代替代替J J，二者關(guān)系：，二者關(guān)系：GDGD2 2= 4gJ= 4gJ其中，其中，G G為轉(zhuǎn)動慣量、為轉(zhuǎn)動慣量、D D為旋轉(zhuǎn)部分直徑、為旋轉(zhuǎn)部分直徑、g g為重力加速度為重力加速度由于：由于：

11、 = 2n/60 = 2n/60 所以所以 忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運動控制系統(tǒng)的簡化運動方忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運動控制系統(tǒng)的簡化運動方程式為：程式為：1.0.6 運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律運動控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 要產(chǎn)生加速度要產(chǎn)生加速度!Te - TL 03 3、運動方程與調(diào)速的關(guān)系、運動方程與調(diào)速的關(guān)系Te - TL =GD2375dndt電動機加速電動機加速要產(chǎn)生加速度要產(chǎn)生加速度!Te - TL 0電動機減速電動機減速加速度加速度=0Te - TL = = 0電動機恒速電動機恒速調(diào)速調(diào)速 調(diào)速定義：調(diào)速是指在一定負載作用下，通過調(diào)速定義：調(diào)速是指在一定負載作用下，通過改

12、變電動機或電源的參數(shù)使機械特性發(fā)生相應(yīng)改改變電動機或電源的參數(shù)使機械特性發(fā)生相應(yīng)改變，從而使電動機轉(zhuǎn)速變化或保持不變。變，從而使電動機轉(zhuǎn)速變化或保持不變。4、直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方程、直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方程T e = Km Ia 說明：說明： 電樞電流與定子磁通相互作用產(chǎn)生電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩電樞電流與定子磁通相互作用產(chǎn)生電磁力與電磁轉(zhuǎn)矩 電樞電流與定子磁通是相互獨立控制的（電樞電流與定子磁通是相互獨立控制的（ T e是線性可是線性可控的）控的）KmIa直流電機轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)常數(shù)直流電機轉(zhuǎn)矩的結(jié)構(gòu)常數(shù)直流電動機定子磁通直流電動機定子磁通直流電機電樞電流直流電機電樞電流1.0.7 生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特

13、性生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性l生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩是一個必然存在的不生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩是一個必然存在的不可控擾動輸入?？煽財_動輸入。l三種典型生產(chǎn)機械負載轉(zhuǎn)矩特性，實際負三種典型生產(chǎn)機械負載轉(zhuǎn)矩特性，實際負載可能是多個典型負載的組合。載可能是多個典型負載的組合。1、恒轉(zhuǎn)矩負載、恒轉(zhuǎn)矩負載 l負載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負載。負載轉(zhuǎn)矩的大小恒定，稱作恒轉(zhuǎn)矩負載。a）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載）位能性恒轉(zhuǎn)矩負載 ；b) 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載2、恒功率負載、恒功率負載l負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，而功率成反比，而功率為常數(shù)，稱作恒為常數(shù)，稱作恒功率負載功率負載mmLLPT常數(shù)恒功率轉(zhuǎn)矩負載恒功

14、率轉(zhuǎn)矩負載 3、風(fēng)機、泵類負載、風(fēng)機、泵類負載 l負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，稱作平方成正比，稱作風(fēng)機、泵類負載風(fēng)機、泵類負載22mnLT風(fēng)機、泵類負載風(fēng)機、泵類負載看圖說話看圖說話思考：直流調(diào)速的特殊結(jié)構(gòu)組成是什么？思考：直流調(diào)速的特殊結(jié)構(gòu)組成是什么？n = ( U - IaR ) / K e 1 直流電動機的轉(zhuǎn)速特性方程直流電動機的轉(zhuǎn)速特性方程（復(fù)習(xí)）（復(fù)習(xí)）請說明式中各量的物理意義！請說明式中各量的物理意義！U：電樞電壓：電樞電壓K e：電動勢常數(shù)電動勢常數(shù)Ia ：電樞電流：電樞電流R：電樞回路總電阻：電樞回路總電阻：磁通：磁通1.1.1 直流電動機調(diào)速方法分析直流電動機

15、調(diào)速方法分析1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源3、直流電動機的調(diào)速方法、直流電動機的調(diào)速方法n = ( U - IaR ) / K e （1）調(diào)節(jié)電樞電壓）調(diào)節(jié)電樞電壓 當(dāng)磁通當(dāng)磁通和電阻和電阻R一定時，改變電一定時，改變電樞電壓樞電壓U，可以平，可以平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，機，機械特性將上下平移，械特性將上下平移，如圖所示。如圖所示。Ud1Ud2Ud3Unom Ud3Ud1Ud2UnomTnn1n2n3nnomTL 電樞電壓的電樞電壓的變化只能向變化只能向小于小于額定電壓的方向額定電壓的方向變化，所以這種變化，所以這種調(diào)速方式只能在調(diào)速方式只能在電動機額定轉(zhuǎn)速電動

16、機額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速，其轉(zhuǎn)以下調(diào)速，其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的下限受速調(diào)節(jié)的下限受低速時運轉(zhuǎn)不穩(wěn)低速時運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性的限制。定性的限制。Ud1Ud2Ud3Unom Ud3Ud2Ud2UnomTnn1n2n3nnomTL看圖說話！看圖說話！（2）調(diào)節(jié)磁通）調(diào)節(jié)磁通 當(dāng)當(dāng)U和和R不變時不變時，減小激磁磁通（，減小激磁磁通（即改變直流他勵電即改變直流他勵電動機的勵磁電流）動機的勵磁電流），電動機轉(zhuǎn)速將高，電動機轉(zhuǎn)速將高于額定轉(zhuǎn)速，其機于額定轉(zhuǎn)速，其機械特性向上移動，械特性向上移動，如圖所示。如圖所示。 n = ( U - IaR ) / K e Tn123nom nom321TLnnom 減弱磁通調(diào)速，減弱磁通調(diào)速，

17、電動機最高轉(zhuǎn)速受電動機最高轉(zhuǎn)速受換向器和機械強度換向器和機械強度的限制，弱磁調(diào)速的限制，弱磁調(diào)速范圍不大。范圍不大。Ud1Ud2Ud3Unom Ud3Ud1Ud2UnomTn123nom nom321TLnnom 在實際生產(chǎn)中，在實際生產(chǎn)中，往往只是配合調(diào)壓方往往只是配合調(diào)壓方案，在額定轉(zhuǎn)速以上案，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。這作小范圍的升速。這樣，調(diào)壓與調(diào)磁相結(jié)樣，調(diào)壓與調(diào)磁相結(jié)合，可以擴大調(diào)理范合，可以擴大調(diào)理范圍圍 改變電樞回路電改變電樞回路電阻調(diào)速，一般是在阻調(diào)速，一般是在電樞回路中串接附電樞回路中串接附加電阻，損耗較大加電阻，損耗較大，且只能進行有級，且只能進行有級調(diào)速，電動機的機

18、調(diào)速，電動機的機械特性較軟，一般械特性較軟，一般應(yīng)用于少數(shù)小功率應(yīng)用于少數(shù)小功率場合。場合。（3）調(diào)節(jié)電樞電阻調(diào)節(jié)電樞電阻Ra R1R2R3R1R3R2RaTnTLnnom n = ( U - IaR ) / K e （4）調(diào)速方法綜合調(diào)速方法綜合調(diào)壓同屬無級調(diào)速，且能在額定轉(zhuǎn)速之下的一定范圍進調(diào)壓同屬無級調(diào)速，且能在額定轉(zhuǎn)速之下的一定范圍進行調(diào)節(jié)，在實際中廣泛應(yīng)用，是我們研究的重點！行調(diào)節(jié)，在實際中廣泛應(yīng)用，是我們研究的重點！調(diào)節(jié)電樞電阻調(diào)速是有級調(diào)速；調(diào)節(jié)電樞電阻調(diào)速是有級調(diào)速；調(diào)節(jié)磁通調(diào)速雖無級調(diào)速，但是升速調(diào)速；調(diào)節(jié)磁通調(diào)速雖無級調(diào)速，但是升速調(diào)速；1.1.2 調(diào)壓調(diào)速方案分析調(diào)壓調(diào)速

19、方案分析1.1.2.1 旋轉(zhuǎn)變流機組旋轉(zhuǎn)變流機組 交流電動機、直交流電動機、直流發(fā)電機流發(fā)電機G、 勵磁勵磁發(fā)電機發(fā)電機GE、直流、直流電動機電動機 1 系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成：旋轉(zhuǎn)變流機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖旋轉(zhuǎn)變流機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖2 工作原理：工作原理： 由交流電動機拖動直流由交流電動機拖動直流發(fā)電機發(fā)電機G實現(xiàn)變流，發(fā)電實現(xiàn)變流，發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機給需要調(diào)速的直流電動機機M供電。調(diào)節(jié)發(fā)電機的供電。調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵滋電流勵滋電流If可改變其輸出電可改變其輸出電壓壓U，從而調(diào)節(jié)直流電動，從而調(diào)節(jié)直流電動機的轉(zhuǎn)速機的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱為統(tǒng)簡稱為GM系統(tǒng)。系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)

20、變流機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖旋轉(zhuǎn)變流機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖 如果改變?nèi)绻淖僆f的方向，的方向，則則U的極性和的極性和n的轉(zhuǎn)向都跟的轉(zhuǎn)向都跟著改變，所以著改變，所以GM系統(tǒng)系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。的。旋轉(zhuǎn)變流機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖旋轉(zhuǎn)變流機組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖 為了供給直流發(fā)電機和電動機勵磁電流，通常專門為了供給直流發(fā)電機和電動機勵磁電流，通常專門設(shè)置一臺直流勵磁發(fā)電機設(shè)置一臺直流勵磁發(fā)電機GE。因此。因此G-M系統(tǒng)設(shè)備多、系統(tǒng)設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、安裝維護不便、運行有噪聲體積大、費用高、效率低、安裝維護不便、運行有噪聲。3 G-M系統(tǒng)機械特性系統(tǒng)機械特性1

21、.1.2.2 可控整流器調(diào)壓系統(tǒng)可控整流器調(diào)壓系統(tǒng) 20世紀世紀60年代起，出現(xiàn)了晶閘管整流裝置，它年代起，出現(xiàn)了晶閘管整流裝置，它具有效率高、體積小、成本低、無噪聲等優(yōu)點具有效率高、體積小、成本低、無噪聲等優(yōu)點1 可控整流器調(diào)速系統(tǒng)簡稱可控整流器調(diào)速系統(tǒng)簡稱V-M系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 可控整流器調(diào)速系統(tǒng)簡稱可控整流器調(diào)速系統(tǒng)簡稱V-M系統(tǒng)，電動機（系統(tǒng)，電動機（M）是被控對象，轉(zhuǎn)速是被控對象，轉(zhuǎn)速n是被調(diào)量，即輸出量。晶閘管（是被調(diào)量，即輸出量。晶閘管（V）可控整流器可以是單相、相或更多相數(shù)，半波、全波、可控整流器可以是單相、相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型。基本結(jié)構(gòu)（開環(huán)）圖示如下：

22、半控、全控等類型。基本結(jié)構(gòu)（開環(huán)）圖示如下：可控整流器調(diào)速系統(tǒng)（可控整流器調(diào)速系統(tǒng)（V-M）圖示）圖示 控制特點：控制特點： 在控制快速性在控制快速性方面，方面，G-M系統(tǒng)系統(tǒng)是秒級，而是秒級，而V-M系統(tǒng)是毫秒級，系統(tǒng)是毫秒級，這將會大大提高這將會大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。系統(tǒng)的動態(tài)性能。 通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的移相電壓，便可改變整流電通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的移相電壓，便可改變整流電壓壓Ud，實現(xiàn)電動機的平滑調(diào)速控制。，實現(xiàn)電動機的平滑調(diào)速控制。2 工作原理工作原理Ug3 運行特性（看圖說話）運行特性（看圖說話）n nTeTe半控整流電路運行特性半控整流電路運行特性n nTeTe全控整流電路運行特性全控

23、整流電路運行特性n nTeTe正、反兩組全控整流電路正、反兩組全控整流電路運行特性運行特性 * 晶閘管元件對過電壓、過電流以及過高的晶閘管元件對過電壓、過電流以及過高的du/dt和和di/dt都很敏感，因此晶閘管整流電路設(shè)有許多保護環(huán)節(jié)；都很敏感，因此晶閘管整流電路設(shè)有許多保護環(huán)節(jié)；晶閘管整流器相關(guān)的問題：晶閘管整流器相關(guān)的問題： * 當(dāng)系統(tǒng)處在深調(diào)速狀態(tài)時，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使當(dāng)系統(tǒng)處在深調(diào)速狀態(tài)時，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓畸變，殃及附近的用電設(shè)備。若其沒備容量在電網(wǎng)網(wǎng)電壓畸變，殃及附近

24、的用電設(shè)備。若其沒備容量在電網(wǎng)中所占比重較大，必須增設(shè)無功補償和諧波濾波裝置。中所占比重較大，必須增設(shè)無功補償和諧波濾波裝置。 * 晶閘管的單向?qū)щ娦?，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難；晶閘管的單向?qū)щ娦?，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難； 采用半控或全控型電力電子器件控制直流電壓的裝置采用半控或全控型電力電子器件控制直流電壓的裝置稱為直流斬波器（稱為直流斬波器（PWM斬波器），也稱直流調(diào)壓器。斬波器），也稱直流調(diào)壓器?；窘M成框圖與控制原理基本組成框圖與控制原理1.1.2.3 直流斬波器直流斬波器1 1 基本組成及工作原理分析基本組成及工作原理分析2 2 控制策略分析控制策略分析（開關(guān)管的狀態(tài)控制）（開關(guān)管

25、的狀態(tài)控制）（1 1）脈沖寬度控制策略（）脈沖寬度控制策略（PWMPWM）基本組成框圖與控制原理基本組成框圖與控制原理控制原理控制原理：脈沖周期：脈沖周期T T不變，只改不變，只改變開關(guān)管的導(dǎo)通時間變開關(guān)管的導(dǎo)通時間t tONONUdUd=( t=( ton on / T ) U/ T ) Us sU Ut ti ii id dVTVTVDVDt t0n0nT Tt tT=CT=CT=CT=CT=CT=C（2 2）脈沖頻率控制策略（）脈沖頻率控制策略（PFMPFM）基本組成框圖與控制原理基本組成框圖與控制原理控制原理：控制原理：開關(guān)管的導(dǎo)通時間開關(guān)管的導(dǎo)通時間t tONON不不變，只改變開關(guān)動

26、作頻率變，只改變開關(guān)動作頻率f f（改變關(guān)（改變關(guān)斷時間）。斷時間）。UdUd=( t=( ton on / T ) U/ T ) Us sU Ut ti ii id dVTVTVDVDt t0n0nT Tt tt tonon=C=Ct tonon=C=C（3 3）兩點式控制策略）兩點式控制策略控制原理：控制原理：當(dāng)負載或電壓低于某一值時，使開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)負載或電壓低于某一值時，使開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)負載或電壓高于某一值時，使開關(guān)管關(guān)斷。當(dāng)負載或電壓高于某一值時，使開關(guān)管關(guān)斷。t ti ii id di imaxmaxi iminmini imaxmaxi iminmin基本組成框圖與控制原理基本組

27、成框圖與控制原理根據(jù)波形，判斷直流斬波器的控制方式根據(jù)波形，判斷直流斬波器的控制方式a） b） c） c)1.1.2.4 PWMPWM與與V-MV-M系統(tǒng)的比較分析系統(tǒng)的比較分析（P11P11） 1)PWM 1)PWM系統(tǒng)低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬系統(tǒng)低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬 原因在于原因在于PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率高，僅靠電樞電感即可獲得調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率高，僅靠電樞電感即可獲得脈動很小的直流電流，電樞電流連續(xù)。脈動很小的直流電流，電樞電流連續(xù)。 2)PWM 2)PWM系統(tǒng)動態(tài)抗擾能力強、快速響應(yīng)性能好系統(tǒng)動態(tài)抗擾能力強、快速響應(yīng)性能好 原因在于原因在于PWMPWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率高，

28、需配合快速響應(yīng)電動機。調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率高，需配合快速響應(yīng)電動機。 3)PWM 3)PWM系統(tǒng)主電路損耗低、工作效率高系統(tǒng)主電路損耗低、工作效率高 原因在于原因在于PWMPWM系統(tǒng)中，功率器件都工作在開關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)中，功率器件都工作在開關(guān)狀態(tài)。 本課程教學(xué)以本課程教學(xué)以V-M和和PWM系統(tǒng)為主，重點介紹系統(tǒng)為主，重點介紹V-M系統(tǒng)的系統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng) 。第第 2 3 章章 V-M系統(tǒng)系統(tǒng) 、 第第 4 章章 PWM系統(tǒng)。系統(tǒng)。1.2 1.2 晶閘管晶閘管- -電動機（電動機（V-MV-M）系統(tǒng)的特殊問題）系統(tǒng)的特殊問題 V-M V-M系統(tǒng)本質(zhì)上是帶系統(tǒng)本質(zhì)上是帶R R、L L、E E負載的

29、晶閘管可負載的晶閘管可控整流電路。根據(jù)分析調(diào)速系統(tǒng)的需要，重點地控整流電路。根據(jù)分析調(diào)速系統(tǒng)的需要，重點地歸納出歸納出V VM M系統(tǒng)的幾個特殊問題。系統(tǒng)的幾個特殊問題。1.2.1 觸發(fā)脈沖相位控制觸發(fā)脈沖相位控制(電力電子知識電力電子知識) Ug 在在V-M系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)給定系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)給定電壓電壓Ug；即可移動觸發(fā)裝置；即可移動觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而很輸出脈沖的相位，從而很方便地改變整流器的輸出瞬方便地改變整流器的輸出瞬時電壓時電壓ud和平均電壓和平均電壓Ud。V-MV-M系統(tǒng)的等效電路與解析表達式分析系統(tǒng)的等效電路與解析表達式分析E E+ +- -U UdodoR RL LIdI

30、dUgu udodo = = E E+ i+ id dR R + L di+ L did d /d/dt t瞬時電壓平衡方程式瞬時電壓平衡方程式:等效電路等效電路( (電路知識電路知識) )U Udodo = = U Um msin cossin cos 全控整流電壓平均值表達式全控整流電壓平均值表達式:( (電力電子電路知識電力電子電路知識) )m mm m 觸發(fā)脈沖控制角觸發(fā)脈沖控制角U Um m =0=0時的整流電壓峰值時的整流電壓峰值m m 交流電源一周內(nèi)的整流電交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)壓脈波數(shù) 1.2.2 電流脈動的危害與抑制措電流脈動的危害與抑制措施施 1 V-M系統(tǒng)電流脈動

31、的危害作用系統(tǒng)電流脈動的危害作用(電機拖動知識電機拖動知識)（1）脈動的電流產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩，對生產(chǎn)機械有一定的危害作用）脈動的電流產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩，對生產(chǎn)機械有一定的危害作用（2）脈動的電流產(chǎn)生較大的諧波分量，即對電網(wǎng)不利，同時也使）脈動的電流產(chǎn)生較大的諧波分量，即對電網(wǎng)不利，同時也使電動機增加發(fā)熱。電動機增加發(fā)熱。2 V-M系統(tǒng)電流脈動的抑制措施系統(tǒng)電流脈動的抑制措施(電力電子知識電力電子知識)（1）增加整流電路的相數(shù)）增加整流電路的相數(shù)（2）設(shè)置平波電抗器（）設(shè)置平波電抗器（mH）單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 L=2.87UL=2.87U2 2 /I/IdmindminU U2 2 整流變壓器二次額定電壓有效值、整流變壓器二次額定電壓有效值、 I Idmindmin一般取電動機額定電流的一般取電動機額定電流的5-10%5-10%三相半波整流電路三相半波整流電路 L=1.46UL=1.46U2 2 /I/Idmindmin三相橋式整流電路三相橋式整流電路 L=0.693UL=0.693U2 2 /I/Idmindmin 1.2.3 電流波形的連續(xù)與斷續(xù)電流波形的連續(xù)與斷續(xù) 由于由于V-M系統(tǒng)存在電流脈動問題，必然會系統(tǒng)存在電流脈動問題，必然會在一定條件下