《电力拖动自动控制系统》教学要点总结(第五章)

第一篇：《电力拖动自动控制系统》教学要点总结(第五章)

《电力拖动自动控制系统》交流部分课程教学要点

第五章 交流调速的基本类型和交流变压调速系统

1、交流调速系统的特点，交流调速的六种方法是什么，从转差功率的角度将异步电动机调速系统分成3类，并举例说明。

2、异步电动机改变电压时的机械特性

（1）、固有机械特性，存在问题

（2）、不同电压下的机械特性，尤其是高转子电阻交流电动机的不同电压下的机械特性

3、闭环控制变压调速系统的静特性

（1）、交流力矩电动机机械特性的缺点（虽然调速范围大，但是特性软）

（2）、闭环静特性的特点（特性硬，采用PI后，可以实现无静差，但有极限）

（3）、异步电动机闭环调压系统与直流电动机闭环调压系统的不同之处

(4)根据转差功率损耗分析，调压调速的异步电动机带恒转矩负载时为什么不适宜在低速下长期工作？掌握结论即可。

3、软起动器

异步电机常用启动方法，为什么降压启动？软起动器的作用及特点是什么？

思考题根据对转差功率处理方式不同，交流电动机调速系统分为哪几类？并举例说明。2 晶闸管交流电动机调压调速系统中，为了扩大调速范围，通常使用什么种类的异步电动机？画出其机械特性曲线？画出转速闭环交流异步电动机调压调速系统原理图和静特性。其最大转矩和最小转矩受哪个因素限制？说明你在调压调速实验中，调压装置的最小控制角是如何确定的？理论上应与哪个参数相等？结合调压调速实验，说明转速负反馈交流调压调速系统原理。画出高阻转子电动机的闭环静特性。根据转差功率损耗分析，交流变压调速系统最适合哪一类负载？该负载下的最大转差功率损耗系数为多大？对应得转差率是多少？普通交流电动机带恒转矩负载进行调压调速，能否低速长期运行？为什么？说明交流电动机轻载降压节能原理。轻载时是否电压越低越好？为什么？

第二篇：《电力拖动自动控制系统》学习心得

《电力拖动自动控制系统》学习心得

进入到大四我们接触到了一门新的课程叫《电力拖动自动控制系统》,几次课上下来发现这门课包含的内容实在是太多了，涉及到了自动控制原理、电机拖动、电力电子和高数等多门学科的知识，让我觉得学起来有点吃力。但经过老师的细细梳理，使我慢慢对这门课程有了新的认识，电力拖动是以电动机作为原动机拖动机械设备运动的一种拖动方式。电力拖动装置由电动机及其自动控制装置组成。自动控制装置通过对电动机起动、制动的控制，对电动机转速调节的控制，对电动机转矩的控制以及对某些物理参量按一定规律变化的控制等，可实现对机械设备的自动化控制。

现代运动控制已成为电机学，电力电子技术，微电子技术，计算机控制技术，控制理论，信号检测与处理技术等多门学科相互交叉的综合性学科。课上老师简单介绍了运动控制及其相关学科的关系，随着其他相关学科的不断发展，运动控制系统也在不断发展，不断提高系统的安全性，可靠性，在课上跟随老师的思路，使我对运动控制系统有了更深刻的理解。

运动控制系统的任务是通过对电动机电压，电流，频率等输入电量的控制,来改变工作机械的转矩，速度，位移等机械量，使各种机械按人们期望的要求运行,以满足生产工艺及其他应用的需要。工业生产和科学技术的发展对运动控制系统提出了日益复杂的要求，同时也为研制和生产各类新型的控制装置提供了可能。在前期课程控制理论、计算机技术、数据处理、电力电子等课程的基础上，学习以电动机为被控对象的控制系统，培养学生的系统观念、运动控制系统的基本理论和方法、初步的工程设计能力和研发同类系统的能力。

课堂上老师全面、系统、深入地介绍了运动控制系统的基本控制原理、系统组成和结构特点、分析和设计方法。

运动控制内容主要包括直流调速、交流调速和伺服系统三部分。直流调速部分主要介绍单闭环、双闭环直流调速系统和以全控型功率器件为主的直流脉宽调速系统等内容；交流调速部分主要包括基于异步电动机稳态模型的调速系统、基于异步电动机动态模型的高性能调速系统以及串级调速系统；随动系统部分介绍直、交流随动系统的性能分析与动态校正等内容。此外，书中还介绍了近几年发展起来的多电平逆变技术和数字控制技术等内容。《运动控制系统》既注重理论基础，又注重工程应用，体现了理论性与实用性相统一的特点。书中结合大量的工程实例，给出了其仿真分析、图形或实验数据，具有形象直观、简明易懂的特点。

第一部分中主要介绍直流调速系统，调节直流电动机的转速有三种方法：改变电枢回路电阻调速阀，减弱磁通调速法，调节电枢电压调速法。

变压调速是是直流调速系统的主要方法，系统的硬件结构至少包含了两部分：能够调节直流电动机电枢电压的直流电源和产生被调节转速的直流电动机。随着电力电子技术的发展，可控直流电源主要有两大类，一类是相控整流器，它把交流电源直接转换成可控直流电源；另一类是直流脉宽变换器，它先把交流电整流成不可控的直流电，然后用PWM方式调节输出直流电压。本章说明了两类直流电源的特性和数学模型。当用可控直流电源和直流电动机组成一个直流调速系统时，它们所表现车来的性能指标和人们的期望值必然存在一个不小的差距，并做出了分析。开环控制系统无法满足人们期望的性能指标，本章就闭环控制的直流调速系统展开分析和讨论。论述哦了转速单闭环直流调速系统的控制规律，分析了系统的静差率，介绍了PI调节器和P调节器的控制作用。转速单闭环直流调速系统能够提高调速系统的稳态性能，但动态性能仍不理想，转速，电流双闭环直流调速系统是静动态性能良好，应用最广的直流调速系统；还介绍了转速，电流双闭环系统的组成及其静特性，数学模型，并对双闭环直流调速系统的动态特性进行了详细分析。

第二部分主要介绍交流调速系统。交流调速系统有异步电动机和同步电动机两大类。异步电动机调速系统分为3类：转差功率消耗型调速系统，转差功率馈送型调速系统，转差功率不变型调速系统。同步电动机的转差率恒为零，同步电动机调速只能通过改变同步转速来实现，由于同步电动机极对数是固定的，只能采用变压变频调速。

本章介绍了基于等效电路的异步电动机稳态模型，讨论异步电动机变压变频调速的基本原理和基频以下的电流补偿控制。首先介绍了交流PWM变频器的主电路，然后讨论正选PWM（SPWM），电流跟踪PWM（CFPWM）和电压空间矢量PWM(SVPWM)三种控制方式，讨论了电压矢量与定子磁链的关系，最后介绍了PWM变频器在异步电动机调速系统中应用的特殊问题。并讨论了转速开环电压频率协调控制的变压变频调速系统和通用变频器。详细讨论了转速闭环转差频率控制系统的工作原理和控制规律，并介绍了变频调速在恒压供水系统中的应用实例。

矢量控制和直接转矩控制是两种基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统，矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电机模型，然后按照直流电动机模型设计控制系统；直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符号，根据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制。两种交流电动机调速系统都能实现优良的静，动态性能，各有所长，也各有不足之处。

作为一个即将踏入社会的毕业生，这学期的学习又让我充实了不少，也给自己奠定了基础，非常感谢吕庭老师对我们的帮助，以后进入到工作岗位一定会做到学以致用。

第三篇：电机拖动自动控制系统--实验总结

电力拖动自动控制系统实验总结

专业：电气工程及其自动化

姓名：常宇 学号：Z011142228

不得不说，这次的实验给我的感觉和上学期的电力电子实验挺像的，必须要用心去做才能学到东西，实验本身才会显得有意义，否则只会是消磨时间。

电力拖动自动控制系统的实验已经结束，在4次实验中，我们做了晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验、单闭环不可逆直流调速系统实验、双闭环可逆直流脉宽调速系统实验和三相SPWM、马鞍波、SVPWM变频调速系统实验。

电力拖动自动控制系统这门课程知识的实用性很强，因此实验就显得非常重要。

不得不说，在这四次实验中，让我印象深刻的是单闭环不可逆直流调速系统实验。这个实验可以说是我所花时间最多、个人认为最难的一次实验。第一次的实验没能成功是因为实验台的DJK04电机调速控制实验I模块损坏，第二次实验也是费尽千辛万苦才把实验顺利完成。虽然这个实验比较难、耗时长，但我却从中学习到了许多。我们第一次实验线路连接好但电机并不能转动，我们也正是利用老师传授的方法判断出了实验模块不能正常工作。即使没有成功做出实验预期的结果，我们依然收获了，我们通过自己的判断可以正确的分析线路的故障、排除故障。我感觉这比稀里糊涂的完成实验更有意义。

在这三次实验中，我们离不开丁老师的帮助。我十分赞成丁老师的这种教学方法，让同学们自己通过实验指导书自己做实验、自己发现问题、分析问题和解决问题，我认为这样才能真正的达到实验的目的，这样才能提高学生的操作动手能力、独立思考的能力。丁老师也能处处为学生着想，最后一次实验中老师就说过学校能为老师办公室安装空调，却不能为实验室装空调，让学生大热天的做实验。老师听完这一番话，我们真的非常感动。像丁老师这样能为学生着想的老师真的很少很少，我们在实验课后都统一认为丁老师是位好老师，是能处处为学生着想的老师。

非常感谢丁老师在实验过程中给予我们的帮助，悉心的教导和耐心的解答，使我们在实验过程中不断地学习到新的东西，这样的实验做起来才比较有意思，才不会让学生觉得无聊或者是应付了事，才能培养和提高我们专业的学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力。

第四篇：电力拖动总结

电力拖动总结

上个学期期末，电力拖动考试不是很好所以我总结自己，并不是我不努力。我天天总是每当线路做好以后，还是多多练习线路的工艺，怎么样能更加美观更加好看？现在的我虽然算不上很好，但是也不是做差，老师对不起！辜负你对我的期望，实在不好意思。

兴趣小组是学生的榜样，但是，我实在太不认真了，期末考试的时候，没有仔细的习题就画错了线路，导致我实在没法安心做线路，当初我实在是很后悔的，但是，一切都已经成了定局了。不会改变的，只有努力，才会有成功的希望。不努力永远不会成功，这是从古至今的古言。

在实训过程中出现了很多的故障，都是由我的粗心大意造成的，老师我向你保证在这个学期我会付出100陪得努力来弥补今天的失误，你们常说：“失败没有借口”只能怪自己没用，明明知道现实生活的会出现许许多多的偶然性，而我却犯种错误。

老师我会在这个学期证明给你看的。。。

1010

周寿斌

第五篇：电力拖动自动控制系统运动控制系统习题解答第6、7章

第6章习题解答

6-1

一台三相笼型异步电动机铭牌数据为：额定电压，额定转速，额定频率，定子绕组Y联接。由实验测得定子电阻，定子漏感，定子绕组产生气隙主磁通的等效电感，转子电阻，转子漏感，转子参数已折合到定子侧，忽略铁心损耗。

（1）．画出异步电动机T型等效电路和简化等效电路；（2）．额定运行时的转差率，定子额定电流和额定电磁转矩；（3）．定子电压和频率均为额定值时，理想空载时的励磁电流；（4）．定子电压和频率均为额定值时，临界转差率和临界转矩，画出异步电动机的机械特性。

解：（1）．异步电动机T型等效电路和简化等效电路

（2）．额定运行时的转差率

根据简化等效电路，定子额定电流

额定电磁转矩，其中，（3）．定子电压和频率均为额定值时，理想空载时的励磁电流

（4）．定子电压和频率均为额定值时，临界转差率

和临界转矩

异步电动机的机械特性

6-2

异步电动机参数如6-1题所示，画出调压调速在和时的机械特性，计算临界转差率和临界转矩，分析气隙磁通的变化，在额定电流下的电磁转矩，分析在恒转矩负载和风机类负载两种情况下，调压调速的稳定运行范围。

解：调压调速在和时的机械特性

临界转差率

时，临界转矩

气隙磁通

时，临界转矩

气隙磁通

带恒转矩负载工作时，稳定工作范围为，带风机类负载运行，调速范围。

6-3异步电动机参数如6-1题所示，若定子每相绕组匝数，定子基波绕组系数，定子电压和频率均为额定值。求：（1）．忽略定子漏阻抗，每极气隙磁通量和气隙磁通在定子每相中异步电动势的有效值；（2）．考虑定子漏阻抗，在理想空载和额定负载时的和；（3）．比较上述三种情况下，和的差异，并说明原因。

解：（1）．忽略定子漏阻抗，（2）．考虑定子漏阻抗，在理想空载时同（1）

额定负载时，根据简化等效电路，定子额定电流；

（3）．忽略定子漏阻抗时，不考虑定子漏阻抗压降，理想空载时，定子漏阻抗压降等于零，两者相同。考虑定子漏阻抗时，定子漏阻抗压降使得和减小。

6-4

接上题，（1）．计算在理想空载和额定负载时的定子磁通和定子每相绕组感应电动势；（2）．转子磁通和转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）；（3）．分析与比较在额定负载时，、和的差异，、和的差异，并说明原因。

解：（1）．定子磁通和定子每相绕组感应电动势

理想空载时，忽略励磁电流（下同），额定负载时，根据简化等效电路，定子额定电流；

理想空载和额定负载时的（2）．转子磁通和转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）；

理想空载时，，额定负载时，根据简化等效电路，定子额定电流；

（3）．额定负载时，，离电机输入端远的反电势小。

6-5

按基频以下和基频以上，分析电压频率协调的控制方式，画出（1）恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性；（2）基频以下电压-频率协调控制时异步电动机的机械特性；（3）基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性；（4）画出电压频率特性曲线。

解：（1）恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性；（2）基频以下电压-频率协调控制时异步电动机的机械特性；（3）基频以上恒压变频控制时异步电动机的机械特性；

（4）电压频率特性曲线

6-6

异步电动机参数同6-1题，逆变器输出频率等于额定频率时，输出电压等于额定电压。考虑低频补偿，当频率，输出电压。（1）求出基频以下，电压频率特性曲线的表达式，并画出特性曲线；（2）当时，比较补偿与不补偿的机械特性曲线，两种情况下的临界转矩。

解：（1）基频以下，电压频率特性曲线

（2）补偿与不补偿的机械特性曲线，两种情况下的临界转矩

当时，补偿后电压

临界转矩

不补偿

临界转矩

6-7

异步电动机基频下调速时，气隙磁通、定子磁通和转子磁通受负载的变换而变化，要保持恒定需采用电流补偿控制。写出保持三种磁通恒定的电流补偿控制的相量表达式，若仅采用幅值补偿是否可行，比较两者的差异。

解：（1）．定子磁通恒定的电流补偿控制的相量表达式

（2）．气隙磁通恒定的电流补偿控制的相量表达式

（3）．转子磁通恒定的电流补偿控制的相量表达式

精确的补偿应该是幅值补偿和相位补偿，考虑实现方便的原因，也可仅采用幅值补偿。

6-8

两电平PWM逆变器主回路，采用双极性调制时，用“1”表示上桥臂开通，“0”表示上桥臂关断，共有几种开关状态，写出其开关函数。根据开关状态写出其电压空间矢量表达式，画出空间电压矢量图。

解：两电平PWM逆变器主回路：

采用双极性调制时，忽略死区时间影响，用“1”表示上桥臂开通，“0”表示下桥臂开通，逆变器输出端电压：，以直流电源中点为参考点

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

空间电压矢量图：

6-9

当三相电压分别为、、，如何定义三相定子电压空间矢量、、和合成矢量，写出他们的表达式。

解：A,B,C为定子三相绕组的轴线，定义三相电压空间矢量：

合成矢量：

6-10

忽略定子电阻的影响，讨论定子电压空间矢量与定子磁链的关系，当三相电压、、为正弦对称时，写出电压空间矢量与定子磁链的表达式，画出各自的运动轨迹。

解：用合成空间矢量表示的定子电压方程式：

忽略定子电阻的影响，即电压空间矢量的积分为定子磁链的增量。

当三相电压为正弦对称时，定子磁链旋转矢量

电压空间矢量：

6-11

采用电压空间矢量PWM调制方法，若直流电压恒定，如何协调输出电压与输出频率的关系。

解：直流电压恒定则六个基本电压空间矢量的幅值一定，零矢量作用时间增加，所以插入零矢量可以协调输出电压与输出频率的关系。

6-12

两电平PWM逆变器主回路的输出电压矢量是有限的，若期望输出电压矢量的幅值小于直流电压，空间角度任意，如何用有限的PWM逆变器输出电压矢量来逼近期望的输出电压矢量。

解：两电平PWM逆变器有六个基本空间电压矢量，这六个基本空间电压矢量将电压空间矢量分成六个扇区，根据空间角度确定所在的扇区，然后用扇区所在的两个基本空间电压矢量分别作用一段时间等效合成期望的输出电压矢量。

6-13

在转速开环变压变频调速系统中需要给定积分环节，论述给定积分环节的原理与作用。

解：由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，因此，频率设定必须通过给定积分算法产生平缓的升速或降速信号，6-14

论述转速闭环转差频率控制系统的控制规律，实现方法以及系统的优缺点。

解：转差频率控制的规律为：

（1）在的范围内，转矩基本上与成正比，条件是气隙磁通不变。

（2）在不同的定子电流值时，按图5-43的函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。

转差频率控制系统的优点是：转差角频率与实测转速相加后得到定子频率，在调速过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或下降，加、减速平滑而且稳定。同时，由于在动态过程中转速调节器ASR饱和，系统以对应于的最大转矩起、制动，并限制了最大电流，保证了在允许条件下的快速性。

转差频率控制系统的缺点是：转差频率控制系统是基于异步电动机稳态模型的，函数关系中只抓住了定子电流的幅值，转速检测信号不准确或存在干扰都以正反馈的形式传递到频率控制信号上来。

6-15

用题6.1参数计算，转差频率控制系统的临界转差频率，假定系统最大的允许转差频率，试计算起动时定子电流。

解：转差频率控制系统的临界转差频率

起动时定子电流，其中

第7章习题解答

7-1

按磁动势等效、功率相等的原则，三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵为

现有三相正弦对称电流，，求变换后两相静止坐标系中的电流和，分析两相电流的基本特征与三相电流的关系。

解：两相静止坐标系中的电流

其中，两相电流与三相电流的的频率相同，两相电流的幅值是三相电流的的倍，两相电流的相位差。

7-2

两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换阵为

将上题中的两相静止坐标系中的电流和变换到两相旋转坐标系中的电流和，坐标系旋转速度。分析当时，和的基本特征，电流矢量幅值与三相电流幅值的关系，其中是三相电源角频率。

解：两相静止坐标系中的电流

两相旋转坐标系中的电流

当时，两相旋转坐标系中的电流

电流矢量幅值

7-3

按转子磁链定向同步旋转坐标系中状态方程为

坐标系的旋转角速度为

假定电流闭环控制性能足够好，电流闭环控制的等效传递函数为惯性环节，为等效惯性时间常数，画出电流闭环控制后系统的动态结构图，输入为和，输出为和，讨论系统的稳定性。

解：电流闭环控制后系统的动态结构图

转子磁链子系统稳定，而转速子系统不稳定。

7-4笼型异步电动机铭牌数据为：额定功率，额定电压，额定电流，额定转速，额定频率，定子绕组Y联接。由实验测得定子电阻，转子电阻，定子自感，转子自感，定、转子互感，转子参数已折合到定子侧，系统的转动惯量，电机稳定运行在额定工作状态，假定电流闭环控制性能足够好。试求：转子磁链和按转子磁链定向的定子电流两个分量、。

解：由异步电动机稳态模型得额定转差率

额定转差

电流矢量幅值

由按转子磁链定向的动态模型得

稳定运行时，故，解得

转子磁链

7-5

根据题7-3得到电流闭环控制后系统的动态结构图，电流闭环控制等效惯性时间常数，设计矢量控制系统转速调节器ASR和磁链调节器，其中，ASR按典型II型系统设计，按典型I型系统设计，调节器的限幅按2倍过流计算，电机参数同题7-4。

解：忽略转子磁链的交叉耦合，电流闭环控制后系统的动态结构图

（1）

磁链调节器设计

转子磁链的等效传递函数，选用PI调节器，校正后系统的开环传递函数，令，则校正后系统的开环传递函数，等效开环传系函数，惯性时间常数，按设计。

（2）转速调节器ASR设计

忽略负载转矩及转子磁链的变化率，即，则转速的等效传递函数，校正后系统的开环传递函数，等效开环传系函数，中频段宽度按设计。

7-6

用MATLAB仿真软件，建立异步电动机的仿真模型，分析起动、加载电动机的过渡过程，电动机参数同题7-4。

7-7

对异步电动机矢量控制系统进行仿真，分析仿真结果，观察在不同坐标系中的电流曲线，转速调节器ASR和磁链调节器参数变化对系统的影响。

7-8用MATLAB仿真软件，对直接转矩控制系统进行仿真，分析仿真结果，观察转矩与磁链双位式控制器环宽对系统性能的影响。

7-9

根据仿真结果，对矢量控制系统直接转矩控制系统作分析与比较。

习题7-6至7-9由读者自行仿真，并分析比较。