交直流调速复习资料

电力拖动自动控制系统——运动控制系统第1章闭环控制的直流调速系统1变压调速是直流调速系统的主要方法.可控直流电源种类：1)旋转变流机组2）静止式可控整流器3）直流斩波器或脉宽调制变换器2G-M系统是可以在允许转矩范围之内四象限运行的系统3晶闸管优点：1）晶闸管整流装置不仅在经济性喝可靠性上都有很大提高，而且U在技术性能上也显示出较大的优越性2）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在10000以上3）在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，儿晶闸管整流器是毫秒级缺点：1）由于其单向导电性，故可逆运行困难2）对过电压，过电流和过高的与十分敏感3）引起电网电压波形畸变4直流斩波器，电动机得到的平均电压Ud=TtonUs=Us可逆脉宽调速系统，电动机电枢端电压平均值Ud=（2-1）Us5用触发脉冲的相位角控制整流电压的平均值Ud0是晶闸管整流器的特点602，Ud00，晶闸管装置处于整流状态；2max,Ud00处于有源逆变状态7一直电流脉动的措施：1）增加整流电路相数，或采用多重化技术2）设置平波电抗器8总电感量的计算公式：单相桥式全控整流电路：L=2.87min2dIU2U=32lU=3220VmindI=1000NI三相半波：L=1.46min2dIU三相桥式：L=0.693min2dIU9eC——电机在额定磁通下的电动势系数eC=eKN10sK——晶闸管触发和整流装置的放大系数sK=UcUd11在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节12表1-2P1013晶闸管装置的传递函数W(s)=)()(0sUsUcd=sKsTsesTKss114直流PWM调速系统的优越性：1）主电路简单，需用的电力电子器件少2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较少3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强5）电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率高6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高15双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：1）电流一定连续2）可使电动机在四象限运行3）电动机停止时有微震电流，能起感触静摩擦死区4）低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000左右5）低速时，每个开关器件的驱动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通16双极式控制方式的不足之处：在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上，下桥臂直通的事故，为了防止上，下直通，在上，下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时17转速控制的要求：调速，稳速，加减速性能指标：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速maxn和最低转速minn之比叫做调速范围D=minmaxnn静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Nn，与理想空载转速0n之比，称作静差率s，即s=0nnN18调速系统的静差率指标应以最低转速时所能达到的数值为准19直流变压调速系统中调速范围，静差率和额定速降之间的关系：D=)1(snsnNN20对静差率要求越严，即要求s值越小时，系统能够允许的调速范围也越小一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围21当电流连续时，V—M系统的额定速降为：Nn=edNCRI22转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式：n=)1(*KCeUKKnsp-)1(KCeRIdK=CeKkpS称作闭环系统的开环放大系数23结论：1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬的多cln=Knop12）闭环系统的静差率要比开环系统小得多当opn0=cln0时，cls=Ksop13）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。若最高转速都是Nn，而对最低速静差率要求相同,则opD=)1(snsnopNclD=)1(snsnclNclD=(1+K)opD4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置24反馈控制系统所能一直的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。反馈控制规律：1）只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定3）系统的精度依赖与给定和反馈检测的精度25电动机的电动势系数Ce=NaNNnRIU26Cm——额定励磁下电动机的转矩系数(Nm/A)Cm=30CeTl——电枢回路电磁时间常数(s)Tl=RLTm——电力拖动系统机电时间常数(S)Tm=CeCmRGD3752Ke=CeKm=Cm27反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件KTlTsTsTsTlTm2)(28在伯德图上，用来衡量最小相位系统稳定裕度的指标是：相角裕度和以分贝表示的增益裕度GM一般要求=030~060,GM6dB29比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史30比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差31采用比例积分调节器以实现无静差第2章转速，电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法1电流环——内环转速环——外环2转速和电流调节器一般都采用PI调节器3实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和的，因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况4p调节器的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器则不然，其输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的5转速反馈系数=max*nUnm电流反馈系数=dmimIU*6双闭环直流调速系统启动过程：1）电流上升阶段2）恒流升速阶段（此为主要阶段）3）转速调解阶段7电流内环是一个电流随动子系统8双闭环直流调速系统的启动过程有以下三个特点：1）饱和非线性控制2）转速超调3）准时间最优控制9先设计电流环，再设计转速环，即由内向外设计10对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动11开环传递函数:典型Ⅰ型系统W(s)=)1(TssK典型Ⅱ型系统W(s)=)1()1(2TsssK比T大得越多，则系统的稳定裕度越大121）跟随性能指标：上升时间rt超调量：=CCCmax*10000峰值时间：pt调节时间：st2）抗扰性能指标:动态降落:maxC常用maxC/C或maxC/bC表示恢复时间:vt13一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主而随动系统的动态指标以跟随性能为主14表2-2P6515Ⅱ型中频宽h=T=12wwK=2221Thh16如果系统主要要求有良好的跟随性能，可按典型Ⅰ型系统设计；如果主要要求有良好的抗扰性能，则应首选典型Ⅱ型系统17表2-82-9P7318传递函数的近似处理1）高频小惯性环节的近似处理2）高阶系统的降阶近似处理3）低频段大惯性环节的近似处理第6章笼型异步电动机变压变频调速系统(VVVF系统)——转差功率不变型调速系统1变压变频调速的基本控制方式：基频以下调速，基频以上调速1fUs=常值，这是恒压频比的控制方式2在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”3基频以下电压——频率协调控制时的机械特性：1）恒压频比控制（Us/1w=恒值）2）恒Eg/1w控制恒Eg/1w控制的稳态性能是由于恒Us/1w控制的，它正是恒Us/1w控制中补偿定子压降所追求的目标3）恒Er/1w控制4恒Er/1w控制的稳态性能最好，可以获得和直流电动机一样的线性机械特性5基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速6电力电子变压变频器的主要类型：交——直——交和交——叫变压变频器7交——直——交变压变频器又称为见解是的变压变频器当前应用最广的是有二极管组成不控整流器和有全控型功率开关器件组成的脉宽调制逆变器，简称PWM变压变频器8PWM变压变频器的优点：1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变单元是可控的，通过它同时调节电压和频率，结构十分简单，采用全控型的功率开关器件，通过驱动电压脉冲进行控制，驱动电路简单，效率高2）输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于才用了恰当的PWM控制技术，正弦基波的比重较大，影响电动机运行的低次谐波收到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能3）逆变器同时实现调压和调频，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，是动态性能得以提高4）采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因数较高，且不受逆变器输出电压大小的影响9交——交变压变频器又称直接式变压变频器，有时为了突出其变频功能，也称作周波变换器10在交——直——交变压变频器中，按照中间环节直流电源性质的不同，逆变器可以分成电压源型和电流源型两类，实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器1）直流环节采用大电容滤波~电压源型逆变器2）直流环节采用大电感滤波~电流源型逆变器11两类逆变器在性能上的差异，主要表现在：1）无功能量的缓冲2）能量的回馈电流源型易实现能量的回馈3）动态响应正由于交——直——交电流源型变压变频调速系统的直流电压记性可以迅速改变，所以动态响应比较快，电压源型差一些4）应用场合电压源型逆变器适于做多台电动机同步运行时的供电电源，或单台电动机调速但不要求快速起制动和快速减速的场合，用电流源型逆变器的系统则相反，不适用于多电动机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求12在三相桥式逆变器中，有0180导通型和0120导通型两种换相方式1）同一桥臂上，下两管之间换相的逆变器称作0180导通型逆变器2）0120导通型逆变器的换相是在同一排不同桥臂的左，右两管之间进行的131）对于0180导通型，必须防止同一桥臂的上，下两管同时导通，否则将造成直流电源短路，称为“直通”。为此，在换相时，必须采取“先断后通”的原则2）先给应该关断的器件发出关断信号，待其关断后留有一定的时间裕量，叫做“死区时间”，再给应该导通的期间发出开通信号3）设置死区时间是非常必要的，但它会造成输出电压波形的畸变141）0180导通型，除换相期间外，每一时刻总有个开关器件同时导通，每个开关器件子啊一个周期内导通的区间是0180，其他各相亦均如此2）0120导通型，在同一时刻只有两个期间导通，每个开关器件一次连续导通0120，如果负载电机绕组是Y联结，则只有两相导电，另一相悬空15正弦波脉宽调制（SPWM）技术：1）正弦波~期望波形2）频率比期望波高得多的等腰三角波~载波3）频率和期望波相同的正弦波~调制波特点：得到在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波16SPWM控制技术：单极性控制，双极性控制三相桥式PWM逆变器一般都采用双极性控制方式17磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的，所以又称“电压空间矢量PWM控制”~磁链跟踪控制18空间矢量的定义：交流电动机绕组的电压，电流，磁链等物理量都是随时间变化的，分析时常用时间相量来表示，但考虑到它们所在绕组的空间位置，也可以定义为空间矢量19三相定子电压矢量相加的合成空间矢量Us是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是每相电压值的3/2倍20当磁链幅值一定时，Us的大小与1w（或供电电压频率1f）成正比，其方向则与磁链矢量s正交，即磁链圆的切线方向21由电压空间矢量运动所形成的正六边形轨迹也可以看作是异步电动机定子磁链矢量端点的运动轨迹22开关状态的顺序原则：每次切换开关状态时，只切换一个功率开关器件，以满足最小开关损耗23磁链跟踪控制（SVPWM）特点：1）逆变器的一个工作周期分成6个扇区2）在每个小区间内，虽有多次开关状态的切换，但每次切换都只涉及一个功率开关器件，因而开关损耗较小3）每个小区间均