电力拖动自动控制系统 第二十六讲

晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的
动态性能。
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• V-M系统的问题
– 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电 流反向，给系统的可逆运行造成困难。
– 晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt 与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在 很短的时间内损坏器件。
– 由谐波与无功功率引起电网电压波形畸 变，殃及附近的用电设备，造成“电力 公害”。
本章提要11直流调速系统用的可控直流电源12晶闸管电动机系统vm系统的主要问题13直流脉宽调速系统的主要问题14反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计15反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计16比例积分控制规律和无静差调速系统11直流调速系统用的可控直流电源根据前面分析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
电力拖动自动控制系统
电气信息学院
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绪论
自动控制系统的几个概念 自动控制系统的分类 自动控制系统的组成 自动控制系统的性能指标 研究自动控制系统的方法 本课程与其它课程的连接本课程的主要内容 计算机控制系统的概念
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一.自动控制系统的几个概念
1.自动控制 Automatic control 在无人直接参与的情况下，利用控制装
例子：计算机控制系统。 数学模型用差分方程描述
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二.自动控制系统的分类
4.按系统有无反馈环节分类 ①开环控制系统 ②闭环控制系统
5.按系统控制对象和方式分类，又可分为 拖动控制系统（电气控制系统、机械控 制系统）和过程控制系统（石油，化工， 制药等）
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这就是说， CA段静特性从理想空载 状态的 Id = 0 一直延续到 Id = Idm ，而 Idm 一般都是大于额定电流 IdN 的。这就是静 特性的运行段，它是水平的特性。
（2） 转速调节器饱和
这时，ASR输出达到限幅值U*im ，转速外环呈 开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双
闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节
反馈系数计算
鉴于这一特点，双闭环调速系统的稳态参 数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是 和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调 节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：
转速反馈系数
α
=
U
* nm
(2-6)
n max
电流反馈系数
β
=
U
* im
(2-7)
I dm
两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设 计者选定，设计原则如下：
上述关系表明，在稳态工作点上，
转速 n 是由给定电压U*n决定的； ASR的输出量U*i是由负载电流 IdL 决定的； 控制电压 Uc 的大小则同时取决于 n 和 Id， 或者说，同时取决于U*n 和 IdL。
这些关系反映了PI调节器不同于P调 节器的特点。比例环节的输出量总是正 比于其输入量，而PI调节器则不然，其 输出量的稳态值与输入无关，而是由它 后面环节的需要决定的。后面需要PI调 节器提供多么大的输出值，它就能提供 多少，直到饱和为止。
n
Ks
1/Ce
- Un
α
图2-4 双闭环直流调速系统的稳态结构图
α—转速反馈系数; β —电流反馈系数
2. 限幅作用
存在两种状况：
饱和——输出达到限幅值 当调节器饱和时，输出为恒值，输入

b)
( )
根据功率相等原则： T FV
（2）运动质量m的折算
根据动能相等原则，系统储存的动能相等。
例，把电机轴的旋转动能折算为直线运动动能后，两者相等： 得直线运动质量为：
mM J M ( ) 2 V
1 1 2 J M mM V 2 2 2
总拖动质量m是电动汽车总质量加上旋转部分的折算值 总拖动质量为：
1.2 电力拖动系统的机械特性
1.2.1 机械特性
1. 机械特性是指转速与转矩之间的关系曲线，即 n f (T ) 负载机械特性 n f (Tl ) 机械特性 固有机械特性 电动机机械特性 n f (T ) 人为机械特性
转速n 、转矩T都有正、负值 ,要选定参考正方向。
2. 运行状态： 电动：转矩与转速的方向一致 制动：转矩与转速的方向相反 3. 四象限运行：
的实用形式为
GD2 dn T T 375 dt
375具有加速度量纲
GD2 4gJ 称为飞轮矩 ( N m2 )
1.1.4 速度控制的本质是对转矩的控制
一、由运动方程式 J
d dt
可知：
当 T=Tl 时， dΩ/dt=0，电力拖动系统处在匀速旋转（含静止不动）的稳态中。 当 T>Tl 时，dΩ/dt>0，电力拖动系统处在加速（或反向减速）状态 。
电力拖动控制系统
华中科技大学电气学院电机及控制系 • 讲课教师：黄声华，王双红 87542626转8103（O） • 办公地点：电机楼－前楼103 • Email： Shhuang51@wshs.hust.edcn 上课时间：周二7-8，周四5-6 • 上课地点：西十二S210
M
负载
T1

• 工程设计时以最低速特性所对应的静差率为依据。 ➢ 此时为电动机最困难的工作条件； ➢ 在低速时的静差率能满足要求，在高速时的静差率也能满足要求。
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• 调速范围和静差率两项指标并不是孤立的，必须同时考虑才有意义。
➢一个调速系统的调速范围是指在最低转速时（额 定负载下）还能满足静差率要求的转速可调范围；
测量值
A1 A2 … A3
B1 B2 … B3
综合自动化电力拖动系统
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七 调速的分类和指标
基本概念 • 调速——按照一定的工艺要求，调节电动机的
转速。 • 稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，
在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保 产品质量； • 加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减 速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变 化的机械则要求起制动尽量平稳。
❖ 全面、深入； ❖ 交直流并重； ❖ 以控制规律为主线，由简入繁。
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四 学习重点
•理 论 技 能 直流调速系统（第1、2章） 交流调速系统（第5、6、7章） •实 验 技 能 双闭环直流调速系统的调试与机械特性的测试
*应用自动控制理论解决电力拖动系统的分析和设计问题， 以控制规律为主线，由简入繁，讨论拖动系统的动、静态性能。
• 以节能为目的的改恒速为调速 • 以少维护、安全为目的取代直流调速系统 • 直流调速难以实现的领域
➢大电流（电机本体的限制） ➢高转速（电机本体的限制） ➢恶劣环境（电机本体的限制） ➢要求长期运转（电机本体的限制）
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六 电力拖动系统的构成和分类
• 组成 电力拖动系统一般由电源、控制装置、电动机、传动机械和生产机械五部分组成。 （开环结构）