《电力拖动控制系统》PPT课件

L 0.003
Tl
R
0.18
0.0167s
Tm
GD 2 R 375CeCm
60 0.18 375 0.2 30 0.2
0.075s
• 晶闸管装置的滞后时间常数为
Ts 0.00167s
• 为保证系统稳定，应满足的稳定条件：
K Tm (Tl Ts ) Ts2 0.075 (0.0167 0.00167) 0.001672 49.5
TmTlTs s3 Tm (Tl Ts ) s2 Tm Ts s 1 0
1 K
1 K
1 K
(3-21)
• 根据三阶系统的劳斯-古尔维茨判据，系统 稳定的充分必要条件是
Tm (Tl Ts ) Tm Ts TmTlTs 0 1 K 1 K 1 K
• K Tm (Tl Ts ) Ts2
Tl
L R
——电枢回路电磁时间常数(s)
Tm
GD 2 R 375CeCm
——电力拖动系统机电时间常数(s)
• 整理后得
Ud0
E
R(Id
Tl
dI d dt
)
(3-13)
Id
I dL
Tm R
dE dt
(3-14)
式中，
I dL
TL Cm
——负载电流（A）。
• 在零初始条件下，取拉氏变换，得电压与 电流间的传递函数

④第四代过程控制体系（DCS，Distributed Control System分布式控制系统）
⑤第五代过程控制体系（FCS，Fieldbus Control System现场总线控制系统）：
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电力拖动自动控制系统
第1 篇
直流拖动控制系统
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内容提要
直流调速方法 直流调速电源 直流调速控制
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自动控制领域的发展过程
①第一代过程控制体系（气动控制系统PCS， Pneumatic Control System）
②第二代过程控制体系（模拟式或ACS,Analog Control System）
③第三代过程控制体系（CCS，Computer Control System）
③程序控制系统
特点：若系统的输入量不为常值，但其 变化规律是预先知道和确定的，要求输 出量与给定量的变化规律相同，此类系 统称为程序控制系统。、
例子：热处理炉温度控制系统的升温、 保温、 降温过程都是按照预先设定的规
律进行控制。数控机床的工作台移动系 统、自动生产线等都属程序控制系统。
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性
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五.研究自动控制系统的方法
定性分析 建立数学模型 定量分析 对系统校正 工程实践
定性分析 建立数学模型

其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制 等方法，形成了一系列可以和直流调速系统媲美 的高性能交流调速系统和交流伺服系统。
电力拖运动控自制动控系制统系统
10
3. 特大容量、极高转速的交流调速
直流电机的换向能力限制了它的容量转速 积不超过106 kW ·r /min，超过这一数值时， 其设计与制造就非常困难了。
为此，对于恒转矩性质的负载，要求调速范 围大于D=2时，往往采用带转速反馈的闭环 控制系统。
电力拖运动控自制动控系制统系统
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1. 系统组成
~
+
U*n +
GT ASR Uc
Un
M 3~
n
T-G-
a)原理图
图5-6 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统
电力拖运动控自制动控系制统系统
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按照反馈2控. 制系规统静特性
C1
1
Rs j1Lls j1Lm
1
Lls Lm
电力拖运动控自制动控系制统系统
33
在一般情况下，LmLls，则，C1 1 这
相当于将上述假定条件的第3)条改为忽略 铁损和励磁电流。这样，电流公式可简化 成
Is
I
' r
Us
Rs
Rr' s
2
12
Lls
L'lr

05
电力拖动系统的维护与 故障排除
维护与保养
定期检查
对电力拖动系统进行定期检查 ，确保各部件正常运转，预防
潜在故障。
清洁保养
保持设备清洁，防止灰尘、杂 物影响系统运行，对易损件进 行定期更换。
润滑保养
定期对设备进行润滑保养，减 少磨损，延长设备使用寿命。
预防性维护
根据设备运行状况，制定合理 的维护计划，预防设备故障。
控制电路的类型与特点
类型
控制电路可分为手动控制电路和自动控制电路两类，其中自 动控制电路又可以分为单向控制电路和多向控制电路。
特点
手动控制电路结构简单，操作方便，但劳动强度大；自动控 制电路可以实现自动化生产，提高生产效率，但结构复杂， 成本较高。
控制电路的设计与实现
设计步骤
首先根据生产工艺要求确定电动机的型号和规格，然后设计控制电路的原理图， 选择合适的电器元件，最后进行电路的布线和安装。
应确保所选电动机符合安全标准，并具有 必要的安全保护功能。
03
电力拖动系统的控制电 路
控制电路的组成与原理
组成
控制电路主要由控制电器、保护电器和测量仪表组成，用于实现对电动机的启 动、调速、制动和反向等控制操作。
原理
通过控制电路中的电器元件，实现对电动机的电源通断、调速和转向的控制， 从而达到生产工艺的要求。

1.1 电力拖动系统的运动方程
1.1.1 电力拖动系统的构成
用各种原动机带动生产或工作机械（负载）
一、“电力拖动 ”的概念 1. 拖动： 产生运动，以完成一定的任务。
2. 电力拖动： 用各种电动机作为原动机的拖动方式。
二、电力拖动系统的构成
（电气传动）
电源
控制 装置
电动 机
反馈
（ 负载 ）
机械 传动 机构
交点处满足
，所以
d 0
dt
n 条件2. 且在交点处满足
d d
dn dn
n0
Tl A 稳定点
判别方法：
B不稳定点 T
0
1.3 他励直流电动机的起动、调速与制动
1.3.1他励直流电动机的人工机械特性
他励直流电动机方程
固有机械特性
人为机械特性
n
Ra R1 R2 R3
n0 n1
Ra
n2
R1
n3
n
B
n0
A RRa
C0
D
Tl
T
P1
P2
n0
R Ra Rj
pCu
D
a)
b)
a）机械特性图
n n0
Tl
A
b）能量传递简图
1
2
0
T
P1
P2
n1

后，转速再降低，特性就折回来了。而且 频率越低时最大转矩值越小，可参看第5章 式（5-5），对式（5-5）稍加整理后可得
Te m a x
3np 2
2
Us
1
Rs
1
1
2
Rs
1
(Lls L'lr )2
（6-10）
可见最大转矩 Temax 是随着的 1 降低而
减小的。频率很低时，Temax太小将限制电 机的带载能力，采用定子压降补偿，适当
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示 于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
f1
图6-1 恒压频比控制特性
2. 基频以上调速
在基频以上调速时，频率应该从 f1N 向上升高，但定子电压Us 却不可能超过 额定电压UsN ，最多只能保持Us = UsN ， 这将迫使磁通与频率成反比地降低，相 当于直流电机弱磁升速的情况。
动势 Eg 对应于气隙磁通幅值 m ，那么， 转子全磁通的感应电动势 Er 就应该对应于 转子全磁通幅值 rm ：
Er 4.44 f1NskNsΦrm
（6-19）
由此可见，只要能够按照转子全磁通幅
值 rm = Constant 进 行控制，就可以获得

锁电路，SB2为点动操作按钮。 ③ 中间继电器KA控制：按动SB2、KA通电自锁，KM线圈通电，此状态为长动；
按动SB3、KM线圈通电，但无自锁电路，为点动操作。
2、多地控制
定义： 多地控制电路设置多套起、停按钮，
分别安装在设备的多个操作位置，故 称多地控制。 特点：
起动按钮的常开触点并联，停止按 钮的常闭触点串联。 操作：
停止按钮SB2，用于切断KM线圈电流并 打开自锁电路，使主回路的电动机M定子 绕组断电停止工作。
起停控制电路的保护分析
过载保护：
热继电器FR用于电动机过载时，其在控制电路的常闭触点打 开，接触器KM线圈断电，使电动机M停止工作。排除过载故障后， 手动使其复位，控制电路可以重新工作。
短路保护：
理的图纸，分为电气原理图和电气安装接线图。 电气原理图的分类：
主：强电流通过部分 辅：控制、照明、指示
电气原理图的绘制规则：
主：粗实线 辅：细实线
电气符号画法：
一般垂直放置，也可以逆时针转动90水平放置。 图中电器元件的状态为常态（未压动、未通电……）
1.1.2 电气原理的读图方法
主电路：
三相电源经QS、FU1、KM的主触点，FR 的热元件到电动机三相定子绕组。
控制电路：
用两个控制按钮，控制接触器KM线图 的通、断电，从而控制电动机（M）启动 和停止。

五、电力拖动系统的应用案例
1 电梯控制系统
解释电梯控制系统如何应 用电力拖动和自动控制， 提高安全性和效率。
2 机床加工中心
讨论机床加工中心如何使 用电力拖动实现高精度和 高效率的自动化加工。
3 输送机及自动化生产
线
探讨输送机和自动化生产 线如何利用电力拖动提高 物料输送和生产效率。
六、电力拖动自动控制的未来展望
详细说明速度控制和位置控制的原理和实现方法，以及它们在不同应用中的应用。
3
电力拖动的其他控制方法
介绍其他常用的电力拖动控制方法，如扭矩控制和力矩控制。
四、控制器的设计和实现
控制器的功能和结构
探讨控制器的基本功能和结构，包括输入输出接口 和信号处理。
控制器的算法和调试
介绍控制器的算法设计和调试方法，确保系统稳定 和可靠。
《电力拖动自动控制》 PPT课件
欢迎大家参加《电力拖动自动控制》课程，本课程将介绍电力拖动的ຫໍສະໝຸດ Baidu景、 原理、控制方法、应用案例和未来发展趋势。
一、背景
电力拖动的概念和应用领域
介绍电力拖动的定义和广泛应用的领域，如工 业生产和交通运输。
电力拖动自动控制的需求和意义
讨论为什么自动控制对电力拖动系统至关重要， 以及自动控制的优势和好处。
2 电力拖动技术的发展前景
回顾电力拖动技术的发展历程，并展望其未 来在工业领域的发展前景。

1.2 运动控制系统的历史与发展
直流调速系统
直流电动机的数学模型简单，转 矩易于控制。 换向器与电刷的位置保证了电枢 电流与励磁电流的解耦，使转矩与 电枢电流成正比。
1.2 运动控制系统的历史与发展
交流调速系统
交流电动机（尤其是笼型感应电 动机）结构简单 交流电动机动态数学模型具有非 线性多变量强耦合的性质，比直流电 动机复杂得多。
3.运动控制系统的功率放大与变换装置技术
电力电子型功率放大与变换装置
半控型向全控型发展 低频开关向高频开关发展 分立的器件向具有复合功能的功率 模块发展
4.运动控制系统的控制器技术

由模拟控制器向数字控制器发展 模拟控制器物理概念清晰、控制信号流 向直观 控制规律体现在硬件电路 线路复杂、通用性差 控制效果受到器件性能、温度等因素的 影响
TL 常 数
图1-3 恒转矩负载
2.恒功率负载

负载转矩与转 速成反比，而 功率为常数， 称作恒功率负 载
TL PL
m

常数
m
图1-4 恒功率转矩负载
3.风机、泵类负载

负载转矩与转速 的平方成正比， 称作风机、泵类 负载
TL
2 m
n
2
图1-5 风机、泵类负载
交流调速系统
基于稳态模型的交流调速系统

随定子电压的减小而成平方比地下 降
6.2.2 异步电动机调压调速 的机械特性
图6-5 异步电动机调压调速的机械特性
6.2.2 异步电动机调压调速 的机械特性
带恒转矩负载时，普通笼型异步电动机降 压调速时的稳定工作范围为
0 s sm
调速范围有限，图中A、B、C为恒转矩负载 在不同电压时的稳定工作点。 带风机类负载运行，调速范围可以稍大一 些，图中D、E、F为风机类负载在不同电压 时的稳定工作点。
按照反馈控制规律，将稳定工作点连接起 来便是闭环系统的静特性。
6.2.3 闭环控制的调压调速系统
静特性左右 两边都有极
U sN
限，它们是 Us min
额定电压下
的机械特性
和最小输出
电压下的机
械特性。
图6-8 转速闭环控制的交流
调压调速系统静特性
*6.2.4降压控制应用
三相异步电动机直接接电网起动时，起动 电流比较大，而起动转矩并不大。
差功率、减小输出功率来换取转速的降低。
增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，
这就是转差功率消耗型的由来。
6.2.2 异步电动机调压调速 的机械特性
增加转子电阻值， 临界转差率加大， 可以扩大恒转矩负 载下的调速范围， 这种高转子电阻电 动机又称作交流力 矩电动机。
缺点是机械特性
较软。
图6-6 高转子电阻电动机（交流力矩 电动机）在不同电压下的机械特性

建立系统动态数学模型的基本步骤如下： （1）根据系统中各环节的物理规律，列出 描述该环节动态过程的微分方程； （2）求出各环节的传递函数； （3）组成系统的动态结构图并求出系统的 传递函数。
1. 电力电子器件的传递函数
构成系统的主要环节是电力电子变换器和直 流电动机。不同电力电子变换器的传递函数， 它们的表达式是相同的，都是
d I d U E R ( I T ) d 0 d l d t
T E md Id Id L Rd t
式中 I dL
TL 为负载电流。 Cm
(1-50)
(1-51)

传递函数
在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电 压与电流间的传递函数 1 Id(s) R (1-52) Ud0(s) E(s) T s 1 l
4. 闭环调速系统的动态结构图
IdL (s) R (Tl s+1) U * n ( s)
+
Uct (s) U n ( s)
KP
Ks
Ud0 (s) +
1/Ce TmTl s2+Tms+1
n(s)
Tss+1

图1-36 反馈控制闭环调速系统的动态结构图
5. 调速系统的开环传递函数
由图可见，反馈控制闭环直流调速系统的开环 传递函数是

动态结构图的变换和简化

故障诊断与容错控制
针对电力拖动系统中的常见故障，研究有效的故障诊断和容错控制策略，提高系统的可 靠性和安全性。
节能与环保要求对系统设计的影响
能效优化
在满足系统性能要求的前提下，通过优化设 计降低电力拖动系统的能耗，提高能源利用 效率。
环保设计
遵循绿色制造理念，采用环保材料和工艺， 降低电力拖动系统对环境的影响，促进可持
02
电力拖动系统基础知识
电机种类与特性
01
02
03
04
直流电机
具有较好的调速性能和启动性 能，但维护相对复杂。
交流电机
结构简单，价格低廉，但调速 性能较差。
步进电机
通过控制脉冲数实现精确位置 控制，但低速时易出现共振。
伺服电机
快速响应，精度高，但价格较 高。
电力电子器件
晶体管
用于信号放大和开关控 制，具有低噪声、高线
续发展。
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电力拖动自动控制系 统课件
目录
• 电力拖动自动控制系统概述 • 电力拖动系统基础知识 • 电力拖动自动控制系统设计 • 电力拖动自动控制系统应用 • 电力拖动自动控制系统发展趋势与挑战
01
电力拖动自动控制系统概述
定义与特点
定义
电力拖动自动控制系统是一种利 用电动机作为动力装置，通过自 动化控制技术实现机械设备按照 预定要求进行运动的系统。