交直流调速控制系统 第2章

交直流调速控制系统教学大纲《交直流调速控制系统》课程教学大纲课程代码：060431009课程英文名称：Ac/Dc speed control system课程总学时：40 讲课：40 实验：00 上机：00适用专业：电气工程及其自动化、自动化大纲编写时间：2017.11课程性质：专业基础必修课学分：5一、大纲使用说明(一)课程的地位及教学目标《交直流调速控制系统》是电气工程及其自动化专业学生必修的一门专业基础课。

是从专业基础课走向专业课学习和工程应用研究的纽带，具有承上启下的作用。

本课程根据工业生产中电力拖动的特点，结合生产工艺要求，以自动控制理论和电力电子技术为基础，以交直流电动机为对象，系统地介绍典型电力拖动自动控制系统的分析、设计和参数整定方法，以及在工业应用中必须注意的有关问题。

通过《交直流调速控制系统》的教学，应使学生全面系统地掌握运动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，树立理论联系实际的观点，培养学生分析和解决有关电机调速控制问题的能力，为以后从事电气传动控制系统领域的调速、新能源风力发电工作奠定必要的基础。

(二) 知识、能力及技能方面的基本要求1．基本知识：掌握《交直流调速控制系统》的基础理论。

2．基本理论和方法：掌握各种常见典型电力拖动自动控制系统的组成、原理、特性、分析、设计。

3．基本技能：掌握各种常见典型电力拖动自动控制系统的应用。

同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。

(三) 实施说明1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用新技术及查找资料的能力。

讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。

2．教学手段：本课程属于专业基础课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。

交直流调速系统简介交直流调速系统是一种广泛应用于电机调速的控制系统。

它通过控制电机输入的电压或电流，实现对电机输出转速的精确控制。

交直流调速系统在工业领域中的应用非常广泛，可以用于机械设备、电梯、风机、泵站等各种场合。

原理交直流调速系统的基本原理是采用电力电子技术，将交流电转换为直流电，并通过控制器对直流电进行调节，再将调节后的直流电供给电机，从而实现对电机的转速控制。

交直流调速系统的核心部件是变频器，它通过改变电压或频率的大小，控制电机的转速。

变频器通常由整流器、滤波器、逆变器和控制器组成。

•整流器：将交流电转换为直流电，通过整流和滤波过程，将交流电的波形变换为平滑的直流电。

•逆变器：将调节后的直流电转换成交流电，逆变器可以改变输出的频率和电压大小，从而实现对电机转速的控制。

•控制器：控制系统的大脑，接收输入的控制信号，根据设定的转速要求对逆变器进行控制。

优势交直流调速系统相比传统的电阻调速和磁阻调速有以下几个优势：1.节能高效：交直流调速系统可以根据负载的需求调节电机的转速，避免了不必要的能耗，提高了能源利用效率。

2.转速范围广：通过控制器的精确调节，交直流调速系统可以实现广范围的转速调节，满足不同应用场景的需求。

3.控制精度高：交直流调速系统具有良好的转速控制性能，可实现对电机的精确控制，提高生产过程的稳定性和产品质量。

4.可靠性强：交直流调速系统采用先进的电力电子技术，具有较高的可靠性和抗干扰能力，可以适应恶劣的工作环境。

5.维护成本低：交直流调速系统的维护成本相对较低，设备运行稳定可靠，减少了维修和更换的频率。

应用领域交直流调速系统广泛应用于各个领域，特别适用于以下场合：1.机械设备：交直流调速系统可以应用于各种机械设备的转速调节，如印刷机、纺织机、切割机等。

2.电梯：交直流调速系统可以实现电梯的平稳起动和停止，提高电梯运行的安全性和舒适性。

3.风机：交直流调速系统可以应用于风机的转速调节，根据风量需求自动调节风机的运行速度，降低能耗。

第2章 直流提升机调速系统计算机控制直流提升机调速系统是对提升机实施电力拖动控制的具体执行系统，它接收来自PLC 控制系统的操作指令和速度参考信号，并根据系统设定的各种运行指标，通过速度和电流双闭环PI 调节控制，最后产生整流器中可控硅的触发信号，使整流器输出直流电压，从而达到控制提升机拖动电机运转的目的。

2．1直流提升机转速、电流双闭环调速系统2．1．1直流提升机常用的晶闸管整流装置及谐波问题 1、三相全控桥三相全控桥是提升机晶闸管电力拖动系统中最基本的组成部分，其电路如图2-1所示。

d~图2-1 三相全控桥供电的直流调速系统（1）主电路三相全控桥主电路由六个晶闸管V 1~V 6组成。

通过每一个器件的电流波形是宽度为1200的方波，如图2-2a 所示。

通过每个器件的电流有效值为d I Iv 577.0= （2-1） 式中 I d — 直流负载电流（A ）。

通过交流侧相电流波形如图2-2b 所示。

交流电流有效值I 2 d I I 816.02= （2-2） 每个晶闸管承受的最大正反向电压为22632U U U km =∙= （2-3） 式中 U 2—交流侧相电压有效值（V ）。

i Vi 2b )图2-2 三相桥桥臂电流i V 和交流侧电流i 2波形（2）保护电路晶闸管的缺点是过载能力很差，瞬时过电压和瞬时过电流都可能使它损坏，所以要设置过电压保护和过电流保护电路。

在图-1中，R b1~R b6，C 1~C 6为器件侧的阻容吸收电路，作用是以致换相过电压。

压敏电阻RV 1~RV 3是用来抑制三相桥交流侧产生的操作过电压。

快熔FU 1~FU 6是对晶闸管起高倍数过载或短路保护作用。

（3）三相整流桥输出电压在负载电流连续时，三相桥的输出电压（空载电压）平均值U d 为 αc o s 34.22U U d = （2-4） 式中， α —触发延迟角（ 0）。

（4）晶闸管—电动机机械特性如图2-3所示。

当电流I d 连续时，n=f （I d ）特性是一条随I d 增大而下垂的直线。

交直流调速控制系统教学设计一、教学目标本教学设计旨在使学生掌握交直流调速控制系统的基本原理、特点及其在工业自动化中的应用；了解各类调速控制器的结构、性能与选型方法；掌握感应电动机、永磁同步电动机和直流电动机的调速方法及应用。

二、教学内容1. 交直流调速控制系统基本概念和原理1.交直流调速控制系统的基本构成和概念2.交直流调速控制系统的工作原理及特点2. 调速控制器的结构和特点1.调速控制器的分类及性能指标2.调速控制器的基本结构和原理3.调速控制器的选型方法3. 电动机调速控制方法1.感应电动机的调速方法及应用2.永磁同步电动机的调速方法及应用3.直流电动机的调速方法及应用4. 实验操作1.交直流调速控制系统的基本操作2.感应电动机、永磁同步电动机和直流电动机的调速实验三、教学方法1.理论讲授2.实验操作四、教学评价1.各章节学习笔记2.实验报告及操作记录3.期末考试五、教学进度安排章节教学内容时间第一章交直流调速控制系统基本概念和原理2学时第二章调速控制器的结构和特点4学时第三章电动机调速控制方法6学时第四章实验操作8学时总计20学时六、教学资源准备1.PPT课件2.实验器材和材料3.相关教材和参考资料七、教学考核标准1.期末考试成绩占60%2.学习笔记和实验报告占30%3.上机操作成绩占10%八、总结本教学设计旨在使学生熟悉交直流调速控制系统的基本原理和工作原理，了解调速控制器的结构、性能与选型方法，掌握感应电动机、永磁同步电动机和直流电动机的调速方法及应用，通过实验操作巩固理论知识，提高学生动手实践能力。

此外，通过学习笔记和实验报告等形式，加强学生对所学内容的掌握和理解。

院系：机械教研室：机电教师：张红莲交直流调速控制系统课程教案表中（）选项请打“∨”绪论2学时要求学生明确课程的性质和任务；了解电力拖动与控制的发展和应用；列举实际工农业生产及诸领域的具体事例，通过幻灯片，使学生深入形象地认识电力拖动及其控制系统的应用。

第一次课（2学时）1．本次课的教学内容：绪论要求学生明确课程的性质和任务；了解电力拖动与控制的发展和应用；●从实际生产应用引出电力拖动控制系统的发展。

●直流拖动系统调速方法和特点。

●交流拖动系统调速方法和特点。

●直流拖动的特点和交流拖动的比较。

2．本次课的教学方式(手段)列举实际工农业生产及诸领域的具体事例，通过幻灯片，使学生深入形象地认识电力拖动及其控制系统的应用。

3. 本次课师生活动设计就电力拖动实例及自动控制系统的发展应用，教师、学生共同讨论。

4. 本次课板书设计(或电子教案)见课件。

5. 本次课的小结（或总结）、作业布置要求学生了解调速系统的发展及现状,掌握直流和交流调速方法及特点。

思考题：直流和交流调速有哪些方法，并比较其及特点第一章闭环控制系统的直流调速系统1．本章教学目标及基本要求①了解直流电动机调速的基本方法及特点，重点理解调压调速。

②掌握单闭环调速系统的性能分析及设计方法。

③比较开环控制和闭环控制的特性。

2．本章各节教学内容及学时分配1.1可控电源 1.2 V-M系统主要问题 1.3直流脉宽调速系统主要问题2学时1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计 2学时1.5单闭环调速系统的动态分析和设计 1.6 无静差调速系统2学时3．本章教学内容的重点和难点及其处理和解析重点：开环和闭环控制的特性比较；单闭环控制的特性分析与计算。

难点：单闭环调速系统的性能分析及其计算处理方法：通过具体实例，使学生了解系统的组成和工作原理及特性，从实际要求出发，分析系统，提出解决问题的方法。

4．本章教学内容的深化和拓展讨论转速反馈的单闭环调速系统时，提出采用电压反馈调速系统，其结果如何，如何改善，几种调速控制方法的比较。

《交直流调速系统》复习辅导大纲《交直流调速》是电气自动化技术专业的主要专业课之一。

本课程教材采用侯崇升主编的《现代调速控制系统》。

本课程的教学内容分为二大部分。

第一部分是以直流电动机为控制对象的直流调速控制系统，主要包括教材中第一章至第三章，介绍直流拖动自动控制系统的基本概念、基本组成环节和基本控制规律。

第二部分是以交流电动机为控制对象的交流调速控制系统，主要包括教材中第四章至第六章，主要对交流调速控制系统中的一些基本理论、基本环节和控制规律进行了分析。

为便于同学们复习，下面给出各章复习要求。

绪论【本章重点】1. 电力拖动控制系统的基本类型：1) 直流电机调速控制系统的基本类型；2) 交流电机调速控制系统的基本类型。

2. 调速控制系统的控制基本要求。

第一章闭环控制的直流调速系统【本章重点】0．直流电动机调速方式：调压调速、串阻调速、弱磁调速1. 转速控制的要求和调速指标：l）调速范围 D ；2）静差率 S3）调速范围、静差率和额定速降之间的关系。

2．闭环调速系统的组成，静特性的含义，转速负反馈闭环调速系统的稳态结构图。

3．开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较。

4．闭环系统能够减少稳态速降的实质。

5．反馈控制规律（转速反馈闭环调速系统的三个基本特性）。

1）只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍有静差2）反馈控制系统的作用是抵抗扰动、服从给定3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度6．反馈控制闭环直流调速系统的稳态参数计算。

7．截流反馈的概念及引入的原因，电流截止负反馈环节的特点，以及带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性。

8．PI 控制规律的结构及作用9．无静差调速系统的含义，积分控制规律的含义、结构。

积分调节器与比例调节器的区别。

比例控制、积分控制和比例积分控制规律的区别。

10．无静差直流调速系统的分析及稳态参数计算。

11．熟悉掌握KZD-Ⅱ型小功率直流调速系统线路图，能够读懂电路。

《交直流调速系统》上篇《直流调速系统》《交直流调速系统》课程介绍一,课程地性质与地位•《交直流调速系统》主要学习交流电动机与直流电动机地调速方法,调速系统地构成和工作原理。

•所谓调速,就是通过改变电源或电机地参数,对电动机实现变速控制或恒速控制。

•调速在工业生产与生活中地应用实例：升旗电机转速地控制;轧钢电机转速控制;龙门刨床工作台驱动电机地控制等。

调速技术广泛应用于各行各业。

•《交直流调速系统》是对《电路基础》《电机与拖动》《变流技术》《自动控制原理》等课程知识地综合应性应用课程,是电气自动化专业必修地专业课程。

《交直流调速系统》课程介绍三,课程地内容•交直流调速包含交流调速与直流调速两部分内容,交流电动机地调速在《变频器应用技术》中讲授。

本课程主要讲授直流电动机地调速,教学内容如下：章节和内容实训项目第1章：直流调速简介开环调速系统地机械特性测试第2章：单闭环调速系统第3章：双闭环调速系统第4章：可逆调速系统第5章：直流脉宽调速系统单闭环调速系统地静特性测试双闭环调速系统地静特性测试逻辑无环流调速系统地安装与调试 PWM调速系统地安装与调试三,课程地内容•学时分配：•理论48学时;实训16学时,共64学时分配如下：理论教学学时实训教学学时第1章：直流调速系统地概述-4学时开环调速-2学时第2章：单闭环调速系统------6学时第3章：双闭环调速系统-----8学时第4章：可逆调速系统--------12学时第5章：直流脉宽调速系统—8学时单闭环调速-2学时双闭环调速-4学时逻辑无环流调速-4学时 PWM调速-4学时四,教学目标通过本课程地学习,应达到以下教学目标：1. 掌握直流调速地一般方法,基本概念。

2. 掌握五种调速系统地构成和特点。

3. 能在实验室完成五个调速系统地安装与调试。

4. 掌握单闭环,双闭环调速系统地稳态性能指标地计算方法。

五,学习指导本课程是一门综合性应用课程,应用知识较多,但只要学习目标明确,方法得当,学习起来并不难：1. 掌握典型调速系统地构成。