電力拖動技術(shù)第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日緒論

本課程在電氣學(xué)科中的位置本課程與先修課程的關(guān)系電力拖動控制系統(tǒng)的發(fā)展動向教材、參考教材本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容教學(xué)安排第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.本課程在電氣學(xué)科中的位置本課程在電氣學(xué)科中的位置電能的“生產(chǎn)、變換、傳輸、分配和使用”的示意圖電能主要用于電力拖動系統(tǒng)——電動機希望對電力拖動系統(tǒng)有更多的干預(yù)和控制——電機調(diào)速系統(tǒng)第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日2.本課程與先修課程的關(guān)系典型的電力拖動控制系統(tǒng)

先修課程:電機學(xué)電力電子學(xué)自動控制理論檢測技術(shù)電子技術(shù)基礎(chǔ)微機及其接口技術(shù)綜合性強，涉及面廣第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日3.電力拖動控制系統(tǒng)的發(fā)展動向20世紀60年代以前，調(diào)速系統(tǒng)是以直流機組為主，20世紀60年代，開始有晶閘管構(gòu)成的直流V-M系統(tǒng)。20世紀70年代開始，研究交流調(diào)速系統(tǒng)。20世紀80年代之后，交流調(diào)速系統(tǒng)已成為調(diào)速系統(tǒng)的主流。交流調(diào)速系統(tǒng)仍在不斷的發(fā)展和完善中，目前主要的發(fā)展有如下一些動向：(1)新型調(diào)速電機。(2)新型變流裝置和變流技術(shù)。(3)新的控制策略。(4)無速度（位置）檢測器的速度（位置）檢測技術(shù)。(5)全數(shù)字化控制及集成化技術(shù)。電力拖動控制系統(tǒng)的發(fā)展極為迅速：第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日4.教材、參考教材參考教材：《電力拖動自動控制系統(tǒng)》第3版，陳伯時主編;《電機及拖動基礎(chǔ)》，顧繩谷主編;

其它有關(guān)直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)的書；教材：《電力拖動控制系統(tǒng)》，馬志源編著，科學(xué)出版社，2004年第1版第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日5.本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容

交流調(diào)速系統(tǒng)

◆交流調(diào)壓調(diào)速

第5章

◆串級調(diào)速

第6章

◆交流變頻調(diào)速

他控式第7、8章

自控式第9章

矢量控制第10、11章電力拖動基礎(chǔ)第1章直流調(diào)速系統(tǒng)第2、3、4章第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日6.教學(xué)安排講課:48學(xué)時 共11章，實驗:8學(xué)時分2次：1.直流調(diào)速系統(tǒng)2.交流PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)

考試：閉卷成績：平時（含點名）15分＋實驗15分＋考試70分＝100分第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日第1章電力拖動基礎(chǔ)1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程

1.2電力拖動系統(tǒng)的機械特性

1.3他勵直流電動機的起動、調(diào)速與制動

1.4異步電動機的起動、調(diào)速與制動第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日用各種原動機帶動生產(chǎn)或工作機械（負載）產(chǎn)生運動，以完成一定的任務(wù)。1.1.1電力拖動系統(tǒng)的構(gòu)成1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程

一、“電力拖動”的概念1.拖動：用各種電動機作為原動機的拖動方式。電力拖動控制系統(tǒng)：1.電機及負載2.電力電子變換器（主電路）3.控制器4.檢測、反饋裝置電力拖動系統(tǒng),四個組成部分：1.電動機2.電機控制裝置3.機械傳動機構(gòu)4.工作機械二、電力拖動系統(tǒng)的構(gòu)成三、電力拖動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.電力拖動：第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.1.2機械傳動機構(gòu)與工作機械的折算

物理量：轉(zhuǎn)矩（力）、轉(zhuǎn)速（速度）、轉(zhuǎn)動慣量（質(zhì)量）單位：Nm（N）、rad/s（m/s)、kg/m2(kg)1．折算的概念及折算原則1）折算的概念：折算——把一個多軸系統(tǒng)用一個單軸系統(tǒng)或單拖動（推動）系統(tǒng)來取代。

a）保持折算前后兩個系統(tǒng)傳送的功率相同

b）保持折算前后兩個系統(tǒng)儲存的動能相同

2）折算原則：3）折算的物理量：折算多軸系統(tǒng)單軸系統(tǒng)能量守恒第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日例，負載軸的動能在折算前后相等，有：

2.折算到電機旋轉(zhuǎn)軸上（1）負載轉(zhuǎn)矩Tl

的折算Ⅰ.電動機工作在電動狀態(tài)時Ⅱ.電動機工作在發(fā)電制動狀態(tài)時根據(jù)功率相等原則：傳動損耗由電動機承擔(dān)，傳動損耗功率由工作機構(gòu)承擔(dān)傳動效率η得負載轉(zhuǎn)矩折算式為：得負載轉(zhuǎn)矩折算式為：式中，速比（2）轉(zhuǎn)動慣量J的折算根據(jù)動能相等原則，系統(tǒng)儲存的動能相等?？傓D(zhuǎn)動慣量是J為：得：第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日例，把電機軸的旋轉(zhuǎn)動能折算為直線運動動能后，兩者相等：3.折算到直線運動的工作機構(gòu)上以電動汽車為例，把旋轉(zhuǎn)的量折算到工作機械方。（1）拖動力F的折算（2）運動質(zhì)量m的折算有：根據(jù)功率相等原則：根據(jù)動能相等原則，系統(tǒng)儲存的動能相等。得電機軸的直線運動質(zhì)量為：總拖動質(zhì)量為：

總拖動質(zhì)量m是電動汽車總質(zhì)量加上旋轉(zhuǎn)部分的折算值第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.1.3電力拖動系統(tǒng)的運動方程對直線運動，運動方程為對旋轉(zhuǎn)運動，運動方程為式中：G——重量（N）；g——重力加速度，g=9.81m/s2

；

D——慣性直徑（m）；——慣性半徑（m）的實用形式為稱為飛輪矩式中的三項都是有方向的工程上，習(xí)慣使用工程單位：轉(zhuǎn)速為n(r/min)，轉(zhuǎn)動慣量用飛輪矩GD2(Nm2)。375具有加速度量綱第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.1.4速度控制的本質(zhì)是對轉(zhuǎn)矩的控制一、由運動方程式可知：當(dāng)T=Tl時，dΩ/dt=0，電力拖動系統(tǒng)處在勻速旋轉(zhuǎn)（含靜止不動）的穩(wěn)態(tài)中。，當(dāng)T>Tl時，dΩ/dt>0，電力拖動系統(tǒng)處在加速（或反向減速）狀態(tài)

。當(dāng)T<Tl時，dΩ/dt<0，電力拖動系統(tǒng)處在減速（或反向加速）狀態(tài)

。二、電力拖動自動控制系統(tǒng)（調(diào)速系統(tǒng)）控制的目標是速度要想使系統(tǒng)穩(wěn)定運行在某一個轉(zhuǎn)速n1時，必須在n1轉(zhuǎn)速下使T=Tl。若要使系統(tǒng)穩(wěn)定在一個更高的轉(zhuǎn)速時，則首先在原轉(zhuǎn)速下使T>Tl

，電機加速。當(dāng)?shù)竭_新轉(zhuǎn)速后，再使T=Tl

，則電機就在新的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。三、重要結(jié)論：電動機速度控制的本質(zhì)是對其輸出轉(zhuǎn)矩的控制。四、例：他勵直流電動機調(diào)壓調(diào)速的物理過程原狀態(tài)：新狀態(tài)：負載轉(zhuǎn)矩Tl恒定第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.2電力拖動系統(tǒng)的機械特性1.2.1機械特性1.機械特性是指轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即機械特性負載機械特性電動機機械特性固有機械特性人為機械特性2.運行狀態(tài)：轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩T都有正、負值,要選定參考正方向。電動：轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向一致制動：轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反3.四象限運行：第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.2.2負載的機械特性a)反抗性b）位能性c）粘滯摩擦力d）流體阻力e）恒功率阻力

例：實際風(fēng)機的負載機械特性：

實際的機械裝置則是多種性質(zhì)的負載轉(zhuǎn)矩的組合第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.2.3電動機的固有機械特性a）他勵直流電動機b）異步電動機e）同步電動機

第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.2.4電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行條件條件1.電機機械特性曲線及負載機械特性曲線的交點條件2.且在交點處滿足穩(wěn)定點不穩(wěn)定點交點處滿足，所以判別方法：第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.3他勵直流電動機的起動、調(diào)速與制動他勵直流電動機的人工機械特性

他勵直流電動機方程

固有機械特性方程（額定參數(shù)時）

人為機械特性固有機械特性

1.3.2他勵直流電動機的調(diào)速1．調(diào)速方法①電樞回路串電阻調(diào)速；②改變電樞端電壓調(diào)速；③弱磁調(diào)速。

分別改變則得到三組不同的人為機械特性曲線族第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日所允許的最大輸出轉(zhuǎn)矩

1.3.2他勵直流電動機的調(diào)速2．調(diào)速時的轉(zhuǎn)矩與功率圖1-11調(diào)速時轉(zhuǎn)矩與功率曲線

所允許的最大輸出功率

電機允許流過的最大電流受制于電機的散熱條件，一般為額定電流IaN。

自然冷卻，自扇冷式，他扇冷式，水外冷，水內(nèi)冷，蒸發(fā)冷卻，超導(dǎo)，等不變下降不變

與轉(zhuǎn)速成正比在n<nN的區(qū)域，磁通Φ不變，IaN不變，Tmax不變，稱恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)域。

在n>nN的區(qū)域，磁通Φ減小，…

，

Pmax不變，稱恒功率調(diào)速區(qū)域。

電機的冷卻方式：1．調(diào)速方法第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.3.3他勵直流電動機的起動常用的起動方法有：2.降壓起動3.電樞回路串電阻起動1.直接全壓起動只能用于小容量電機圖1-13分二級電阻起動的起動過程a）機械特性曲線b）轉(zhuǎn)速變化曲線c）電流變化曲線第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.3.4他勵直流電動機的制動1．能耗制動

a）原理電路圖

b）機械特性圖制停過程（是一個動態(tài)過程）c）能量傳遞簡圖最終的穩(wěn)態(tài)工作點：（1）反抗性負載，C點（2）位能性負載，D點制動最常用的地方有二：1.快速停車或快速降速2.限制（或控制）工作機械產(chǎn)生過高的速度直流電機制動方法有四：第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日2．回饋制動（再生發(fā)電制動）c）能量傳遞簡圖a）原理電路圖

b）機械特性圖回饋制動實際中常常出現(xiàn)于：回饋制動發(fā)生條件：電機轉(zhuǎn)速n>n0，即電機反電勢。位能性負載拖動電動機轉(zhuǎn)動時，在調(diào)壓調(diào)速中突然降低端電壓以及弱磁調(diào)速中突然增加磁通時。突然降壓產(chǎn)生回饋制動分析：動態(tài)制動電動第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日3．反接制動4．倒拉反轉(zhuǎn)制動b）能量傳遞簡圖a）機械特性圖條件：電樞電壓反向串入Rj的目的電機最終的穩(wěn)態(tài)運行點制動停車用時切斷電源方法條件：1）電樞正電壓；

2）位能性負載；

3）電機反轉(zhuǎn)；

4）串電阻；制動停車過程為動態(tài)過程倒拉反轉(zhuǎn)制動是穩(wěn)態(tài)運行第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.4異步電動機的起動、調(diào)速與制動1.4.1異步電動機的機械特性1．固有機械特性轉(zhuǎn)矩的物理表達式轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式（額定參數(shù)時即為固有機械特性表達式）第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日2．人工機械特性

a)改變輸入電壓

b)繞線式轉(zhuǎn)子回路串電阻c)改變電源頻率d)改變極對數(shù)1.4.2異步電動機的起動a)降壓起動b)轉(zhuǎn)子回路串電阻起動c)變頻起動d)其它1.4.3異步電動機的調(diào)速

a)調(diào)壓調(diào)速

b)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速c)定子回路串電抗調(diào)速1。變頻調(diào)速2。變轉(zhuǎn)差調(diào)速3。變極調(diào)速第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.4.4異步電動機的制動1．回饋制動a)負載帶動電機發(fā)電b)變頻調(diào)速時的回饋制動d)能量傳遞簡圖發(fā)生條件：

1）接交流電源

2）回饋（發(fā)電）原理發(fā)生的場合：a）位能負載帶動電機發(fā)電

b)變頻調(diào)速時降低變頻器的輸出頻率

c)變極調(diào)速時的回饋制動機械特性曲線圖能量傳遞簡圖c