电子教案《交直流传动控制系统》(第3版_钱平)ppt tu8.6.3

2 π α
π
2
当控制角α从0到π变化时，输出电压有效值U0从U变到0。
对于反并联的两个晶闸管VT1和VT2 ，通常采用脉冲变压器将 控制极触发电路隔离，脉冲变压器一次侧绝缘耐压应能承受电
源电压。
5
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（2）电感性负载
具有RL负载的单相交流调压电路如图6.2所示。设输入电压
u 2U，siαn为tV，T1并的设控负制载角对，电θ为源V频T率1的的导功通串角因，数则角这三 t个g 1角RL
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6.2.4调压调速系统的组成与特性分析
2．应用举例 成套产品—KJF系列双向晶闸管调压调速装置介绍。 2)工作原理 (1)主电路 (2)控制电路 (3)移相触发电路
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6.3.1 系统的组成和工作原理 电磁转差离合器调速系统见图6.19，由笼
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6.2.4调压调速系统的组成与特性分析
1.转速闭环调压调速系统的组成及静特性
由上式可得：
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式中n1—一异步电动机的同步转速。
根据异步电动机机械特性的实用表达式 T
2T m
Sm S
S Sm
当电动机在额定负载下运行时，转差率s很小，则
式(6.6)可近似为
T 2Tm S
Sm
S ≪ S m ，则
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SSR交流固体继电器按开关方式分为：
电压过零导通型(简称过零型)
随机导通型(简称随机型)；
按输出开关元件分为：
双向可控硅输出型(普通型)
单向可控硅反并联型(增强型)；
按安装方式分为：
印刷线路板上用的针插式(自然冷却，不必带散热器)

改变电枢电阻即在电枢回路串接不同附加电阻， 以调节转速。观察图2.1.2（c）可发现，外接电 阻越大，电阻功耗越大，特性越软， 调电阻调速稳定性越差，为有级调速。此法在实 际中已很少应用。
2.1.3 调速指标
不同的生产机械，其工艺要求电气控制系统具 有不同的调速性能，其指标分为静态和动态调 速指标。
sin
t
E
L
did dt
解上述微分方程得：
（2.1.9）
id
2 L
U
2
cos
t
Et L
C
（2.1.10）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
考虑初始条件
t2
6
时，id 0 ，并经导通角
θ后， id 又降至零。得
E 2 2U 2 sin( ) sin
6
22
（2.1.11）
又由于 E Ken Cen
所以
n E Ce
V-M系统
以静止变流装置-晶闸管变流器（V）替代旋转机 组供电向直流电动机供电（M）。 随着GTO、GTR、P-MOSFET、IGBT等全控式 电力电子器件功率驱动装置的发展，直流脉冲宽 度调制（PWM）型的调速系统的应用越来越广。
2.1.1 调速的定义
所谓调速，是指在某一负载下，通过改变电动 机或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改 变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。
D nN s 1430 0.3 5.3 nN (1 s) 115 (1 0.3)
当要求s=0.2时，最低空载转速为
no min
nN s
115 575 0.2
r/min
最低运行转速为
nmin no min nN 575 115 460 r/min

1.2.1 交流异步电动机发展趋势
全封闭低压笼型三相大功率异步电动机作为动 力机械，在大型工业装备场合存在巨大市场需 求，特别是随着我国大力发展电力建设以及高 效变频调速系统的推广应用，使低压大功率电 动机拥有较大市场需求。
1.2.2 永磁同步电动机发展趋势
由于稀土永磁电动机不需要励磁绕组，结构比 较简单，磁场部分没有发热源，不需要冷却装 置，材料的矫顽力高，气隙长度可以取较大值， 从而使大幅度提高转速成为可能。目前已制造 出每分钟二三万转的电动机，而每分钟几十万 转的电动机也正在研制中。
晶闸管元件的出现使交流电动机调速的发展出
现了一个飞跃，使得采用半导体变流技术的交 流调速得以实现。由于交流电动机调速系统的 控制比较复杂和调速性能差、装置价格高、效 率低、使交流调速先前未能大规模推广。
微处理机出现后，国外在绕线型异步电动机串级
调速、无换向器电动机调速、笼型异步电动机的 矢量控制以及PWM技术方面，获得重大突破， 进入工业应用阶段。目前交流电动机调速系统已 具备了较宽的调速范围、较高的稳态精度、较快 的动态响应、较高的工作效率以及可以四象限运 行等优异性能，其静、动态特性均可以与直流电 动机调速系统相媲美。
1.4.7 一体化和集成化
电动机、反馈、控制、驱动、通信的纵向一体 化已成为当前小功率伺服系统的发展方向。这 种集成了驱动和通信的电动机称智能化电动机 ( Smart Motor) ,集成了运动控制和通信的驱动 器称智能化伺服驱动器。电动机、驱动和控制 的集成，使三者从设计、制造，到运行、维护 更紧密地融为一体。
在高温、高真空度或狭小空间等特殊场合，如
宇航设备、宇宙空间的机械手、原子能设备的 检查机器人等，传统电动机很难满足要求，需 用高温电动机或高真空电动机，而稀土永磁电 动机(钐钴永磁)可耐高温，且体积小，故能满足 这些特殊要求。

步进电机的工作原理和控制方式
要点一
步进电机工作原理
要点二
控制方式
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机 电元件，通过按一定顺序给定子各相绕组输入脉冲信号， 实现转子转动。
通过改变输入脉冲的频率、数量和相序，可以控制步进电 机的转速、方向和位置。
伺服电机的工作原理和控制方式
伺服电机工作原理
启动控制
直流电机的启动控制包括直接启动和降 压启动两种方式，直接启动适用于小容 量电机，降压启动适用于大容量电机， 通过降低启动电流来保护电机。
VS
制动控制
直流电机的制动控制包括能耗制动、反接 制动和回馈制动三种方式，能耗制动通过 在电枢两端反接制动电阻实现，反接制动 通过在电枢两端反接电源实现，回馈制动 则是通过能量回馈实现。
电气传动的发展
随着电力技术的出现，直流电机、交流电机等电气 传动系统逐渐取代了机械传动。
控制理论的引入
随着控制理论的发展，现代的机电传动与控制系统 逐渐形成，并广泛应用于各个领域。
机电传动与控制的重要性和应用领域
80%
工业自动化
机电传动与控制是实现工业自动 化的关键技术之一，能够提高生 产效率和产品质量。
100%
智能制造
在智能制造领域，机电传动与控 制技术能够实现自动化生产线和 智能设备的控制。
80%
新能源领域
在新能源领域，如风能、太阳能 等，机电传动与控制技术能够实 现高效、可靠的能源转换和利用 。
课程的主要内容和学习方法
主要内容
机电传动与控制系统的基本原理、电机及其驱动、控制系统设计 、实践环节等。
程宪平《机电传动与控制（第 三版》课件
目
CONTENCT

交直流传动控制系统的基本控制策略 ，如开环控制、闭环控制、PID控制 、模糊控制等。
实验和实践环节，包括电机性能实验 、控制系统仿真实验、传动系统设计 实践等。
教学方法
01理论讲授
通过课堂讲授、板书推导等方 式，系统介绍交直流传动控制 系统的基本原理和理论知识。
实验教学
开设多个实验项目，让学生在 实践中掌握交直流传动控制系
制、模糊控制等。
熟悉传动控制系统的设计方法 ，包括控制器设计、电机选型
、传动装置设计等。
培养学生解决电气工程领域实 际问题的能力，提高其独立思
考和创新意识。
课程内容
交直流电机的基本原理和性能分析， 包括电机的结构、工作原理、运行特 性等。
传动控制系统的设计方法，涉及控制 器设计、电机选型、传动装置设计等 方面。
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课程总结与展望
课程总结
知识体系完整
本课程全面介绍了交直流传动控制系统的基本原理、控制策略及工 程设计方法，使学生对该领域的知识体系有了完整的认识。
理论结合实际
通过实例分析和实验操作，使学生深入理解了交直流传动控制系统 的实际运行状况，增强了学生理论联系实际的能力。
教学方法多样
采用了讲授、讨论、实验等多种教学方法，激发了学生的学习兴趣 和主动性，提高了教学效果。
节能高效等特点。
发展历程
随着电力电子技术和控制理论的 不断进步，交流传动控制系统从 最初的简单开环控制发展到现在 的复杂闭环控制，性能得到极大
提升。
基本组成
交流传动控制系统主要由交流电 动机、电力电子变换器、控制器
和传感器等部分组成。
交流电动机的控制策略
矢量控制
通过坐标变换将三相交流电动机 的定子电流分解为励磁分量和转 矩分量，分别进行控制，以实现

28
29
8.2.3 生产机械中常用的自动控制方法
自动化生产工艺过程中，工作状态的转换要求自动进行。因此出现了各种 各样的自动控制方法。
❖ 利用电动机主电路的电流来控制 如：交流异步电动机或直流他励电动机中，机械力与负载大小往往与电流成 正比。所以，机床进刀量的控制，机床夹紧机构的夹紧程度等，都可根据 电流来控制。
33
顺序控制 （程序控制）
2.按时间的自动控制
根据反映时间长短的元件的动作来实现控制。 1）时间继电器KT：是一种触点能延时通或断的控制电器。可以实现 从0.05s~几十小时的延时
得电延时型：(延时吸合) 线圈得电后，开始延时 延时时间到，触头动作。
按延时 性质分
失电延时型： （延时释放） 线圈得电时，触头立即动作 线圈失电时，开始延时，延 时到则触头复位。
+
2SB
1SB KM
KM
防止电磁铁线圈过压和触头烧损的控制线路
-
+
KM YA
-
C
KM
R
YAΒιβλιοθήκη +CVD-
KM
R
+ KM YA - + KM
YA -
R
R
电磁离合器的控制线路
启动时，C、R、VD使27电流上升速度加快。 关断时，C对YA反向放电，加快消磁。
• 要求三台电动机按一定顺序工作，1M先启动，2M在1M启动后才能启动，3M在2M启动后 立即自动启动，2M能实现点动工作，停止时同时停止，设计主电路与控制电路。
欠电流继电器
19
2.交流异步电动机正、反转控制线路 实现正、反转的办法：更换电动机供电相序。
正转 KM1
总停
正转按钮

(8.3.15)
开关线是由0B、0C两段曲线组成的，0B段的 方程相当于上式取正号，但 <0；0C段的方 程相当于上式取负号, 但 >0。综合考虑0B、 0C段的要求，可用一个方程来表达：
换器接口芯片组成的测速装置进行转速检测时，
其原理图如图8.2.4所示。
（1）分辨率
设最高转速为 nmax ，A/D转换器的max 2NA 1
（8.2.6）
nmax 一定时，A/D的位数越多 Rn 越小, 分辨能
力越强。nmax 和NA选定后，CPU从A/D转换器
读入的转换值D与转速成正比。所以，测速分
编制程序时，应考虑以下问题： ①KP、KI、KD的大小与e(n) 实际死区的关系； ②系统采样周期T的选择。
4. 双模控制器
双模控制器结构图如图8.3.7所示。 双模控制器将开关控制和线性控制综合成一体。 当系统处于大偏差状态时，采用开关控制即 Bang-Bang控制，以保证系统定位的快速性； 当系统偏差进入很小的范围时，切换成线性控 制，以保证系统的最后定位精度。
是通过相平面上 0 ,0 点的一条曲线AB，如
图8.3.9所示。
相轨迹上的箭头表示随时间的运动方向。
可以证明，利用图8.3.9中通过原点的两个半段 抛物线C0和0B来控制电流极限值 Idm 的切换， 可实现无超调过渡过程。故C0B段相轨迹被称 为系统的最佳开关线。 由于开关线是通过原点的两段抛物线，所以应 满足
8.3.2 数字控制器
1．PID控制器 连续系统中应用广泛的一种调节器。在计算机 控制系统中，通过软件实现PID算法。并根据经 验和实验，在线整定参数，具有很强的灵活性 和适应性。
2. 常规PID控制器
PID控制算法的模拟表达式为：

介绍如何利用Simulink进行故 障仿真和排查，帮助用户快速 定位和排除系统故障。
基于实验平台的交直流传动控制系统实验
实验平台介绍
详细介绍实验平台的组成、功能 和使用方法，包括各种传感器、 执行器、控制器等。
实验内容
介绍各种实验内容，如调速实验 、制动实验、PLC控制实验等， 并详细阐述每个实验的具体操作 步骤和数据记录方法。
元器件选型
根据系统性能要求，选择 合适的元器件，如处理器 、传感器、执行器等。
抗干扰设计
为保证系统稳定运行，需 考虑硬件抗干扰措施，如 电源滤波、信号隔离等。
交直流传动控制系统的软件设计
1 2
软件流程设计
根据系统功能需求，设计合适的软件流程，包 括初始化、数据采集、控制算法实现等。
控制算法实现
根据系统性能要求，选择合适的控制算法，如 PID、模糊控制等，并实现于软件中。
04
交直流传动控制系统的仿真与实验
交直流传动控制系统的MATLAB/Simulink仿真
Simulink模块的 建立
系统分析与仿真
故障仿真与排查
详细介绍Simulink中各种模块 的搭建方法，以及如何通过模 块之间的连接和参数设置来构 建交直流传动控制系统的模型 。
阐述如何利用 MATLAB/Simulink进行系统分 析，如稳定性分析、性能分析 等，并对系统进行仿真测试。
电子教案《交直流传动控制系统 》第版钱平biao
xx年xx月xx日
目 录
• 交直流传动控制系统概述 • 交直流传动系统的组成及工作原理 • 交直流传动控制系统的设计与实现 • 交直流传动控制系统的仿真与实验 • 交直流传动控制系统的应用及案例分析 • 交直流传动控制系统的优化与改进建议

风光互补发电系统由风机、风机整流器、光伏阵 列、联机控制器、并网逆变器、并网控制器等部分组 成，结构框图如图所示。
图8.6.1 风光互补发电系统框图
8.6.2 风光互补并网发电对逆变器的要求
较高的转换效率 输出电流与电网严格同步 较高的可靠性 通过孤岛效应检测
风光互补并网发电系统正朝着小型化、集 成化、智能化、数字化方向发展。
PWMx (高有效)
定时器 （PWM）
周期1
死
死
区
区
பைடு நூலகம்
定时器
（PWM） 周期2
事件管理模块(EVA)的4路PWM驱动信号驱动4个开关管，具体分配 情况见表。
PWM信号
PWM1
EVA
PWM2 PWM3
PWM4
驱动对象 S1 S2 S3 S4
3. 辅助电路设计
（1）电源设计 TMS320F2812数字信号处理芯片采用低功耗的电压
设计，工作时所要求的数字电源分为两部分：的内核电 压和的Flash电压，I/O电压和内核电压是分开供电的， TMS320F2812对电源要求很敏感，所以一般选择电压精 度较高的电源芯片TPS75733和TPS767D301等， TPS767D301一般采用外部输入电压为+5V，芯片正常 工作之后能够产生和两种电压供给CPU。
1. 程序流程图
开始 禁止总中断
系统初始化
检测离网/并网模式
相应模式初始化处理
开中断，开计数器
开始
参数设置
否
用户开机？
是
检测模式功能引脚
离网模式/并网模式
离网模式
并网模式
离网模块程序
并网模块程序
切换为并网程序？