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电力拖动自动控制知识点整理
1、电力拖动实现了电能与机械能之间的能量转变。
2、电力拖动自动
控制系统运
动控制系统的任务是什么?
通过控制电动机电压、电流、频率等输入量,来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量,是各种工作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。
3、运动控制系统及其组成
运动控制系统由电动机及负载、功率放大与变换装置、控制器及相应
传感器构成
4、控制器分模拟控制器和数字控制器两类,现在更多采用全数字控制器
5、信号转换
电压匹配、极性转换、脉冲整形等
6、交流调速系统和直流调速系统的区别。
直流电动机的数学模型简单,转矩易于控制。
交流电动机具有结构简单等诸多优点,但动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质。
7、同步电动机的转速和电源频率严格保持同步
8、转矩控制是运动控制的根本问题。
磁链控制与转矩控制同样重要。
9、几种典型的生产机械负载转矩特性。
恒转矩负载特
性:
■«I
t|~r~r-扌5“I点
un
Tl常数
恒功率负载特
性:
g■•级
Tl
Pl
常数
m
m
风机、泵类负载
特性:
调速系统是电力拖动控制系统中最基本的系统
11、调节直流电动
机转速的方法
(1)调节电枢供
电电压;
(2)减弱励磁磁
通;
(3)改变电枢回
路电阻。
自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。
13、晶闸管整流器
-电动机调速系
统(系统)原理
图
是晶闸管整流器,
的输出电压和电
通过调节触发装
流波形
置的控制电压来
由于电压波形的
移动触发脉冲的
脉动,造成了电流
相位,改变可控整
波形的脉动。
流器平均输出直
17、V」M系统主电
流电压,事先平滑
路如何出现电流
调速。
连续和断续两种
14、系统有点
情况。
门极电流可以直
当系统主电路有
接用电子控制;有
足够大的电感量,
快速的控制作用;
而且电动机负载
效率咼
电流也足够大时,
15、触发装置的作
整流电流有连续
用
脉动波形。
把控制电压转换
当电感较小或电
成触发脉冲的触
动机的负载电流
发延迟角a,用以
较轻时,瞬时电流
控制整流电压,达
上升阶段储能不
到变压调速的目
大;等到下降时,
的。
能量释放,下相
16、带负载单相全
未被触发之前,已
控桥式整流电路
衰减到零,所以断
续。
与整流装置看成
18、抑制电流脉动
一个纯滞后环节。
的措施
21、失控时间
增加整流电路相
滞后作用是由晶
数,或采用多重化
闸管整流装置的
技术;设置电感量
失控时间引起的。
足够大的平波电
失控时间是个随
抗器。
机值。
19、系统机械特性
最大失控时间是
在电流连续区,显
两个相邻自然换
示出较硬的机械
相点之间的时间,
特性
它与交流电源频
在电流断续区,机率和晶闸管整流
k
卜申叭*****
器的类型有关。
最大失控时间:
Tsmax-
mf
22、依据工程近似
处理的原则,可忽
械特性很软,呈非
略高次项,把整流
线性上翘,使理想
装置近似看作一
空载转速很高
阶惯性环节
20、动态过程中,
23、晶闸管整流器
可把晶闸管触发运行中存在的问
题。
稳速精度咼,调速
压大小,以调节电
晶闸管是单项导
范围宽
动机转速。
电的,给电动机的
4)若与快速响应
26、的机械特性方
可逆运行带来困
的电动机配合,则
程
难;
系统频带宽,动态
nUsRTenoRTe
晶闸管对过电压
响应快,动态抗扰
CeCeCmCeCm
28、对于调速系统
过电流敏感;
能力强
转速控制的要求:
在低速运行时,
5)器件工作在开
(1)调速在
晶闸管的导通角
关状态,装置效率
一定的最高转速
很小,使系统的功
高。
和最低转速范围
率因数也随之减
6)直流电源采用
内调节转速;
小。
不控整流时,电网
(2)稳速以
24、与相比,直流
功率因数比相控
一定的精度在所
调速系统的优越
整流器高。
需转速上稳定运
性。
24、变换器的作
行,在各种干扰下
1)主电路简单,
用。
不允许有过大的
需要的电力电子
用脉冲宽度调制
转速波动;
器件少
的方法,把恒定的
(3)加、减速
2)开关频率咼,
直流电源电压调
频繁起、制动的设
电流容易连续,谐
制成频率一定、宽
备要求加、减速尽
波少,电动机损耗
度可变的脉冲电
量快;不宜经受剧
及发热都较少。
压序列,从而可以
烈速度变化的机
3)低速性能好,
改变平均输出电
械则要求起、制动
尽量平稳。
29、调速范围和静差率合称为稳态性能指标
(调速范围:
在额定负载时的最高最低转速比)
(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△与理想空载转速n0之比)
30、调速范围、静差率和额定速降之间的关系
对于同一个调速系统,△值是定值。
要求s值越小时,系统能够允许的
调速范围D也越小。
前提:
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。
31、开环调速系统
的原理图
32、电动机在额定
电压和额定励磁
下的机械特性称为电动机固有机
械特性
CeC
的机械特性
34、开环调速系统
稳态结构图
35、采用反馈控制技术构成转速闭环的控制系统。
转速闭环控制可以减小转速降落,降低静差率,扩大调速范围
36、反馈控制的基本作用。
根据自动控制原理,将系统的被调节量作为反馈量引入系统,与给定量进行比较,用比较后的偏差值对系统进行控制,可以有效地抑制甚至消除扰动造成的影响,而维持被调节量很少变化或不变,这就是反馈控制的基本作用。
37、在负反馈基础上的“检测误差,用以纠正误差”这一原理组成的系统,其输出量反馈的传递途径构成一个闭合的环路,因此被称作闭环控制系统。
在直流调速系统中,被调节量是转速,所构成的是转速反馈控制的直流调速系统。
38、带转速负反馈的闭环直流调速
I.]严f|I*J
系统原理框图
I-1__J1-
39、闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流(或转矩)间的稳态关系。
40、转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图
(a)闭环调速系
42、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系
比例控制的直流调速系统可以获得比开环调速系统硬的多的稳态特性,从而在保证一定静差率的要求下,能够提高调速范围,为此,需设置电压放大器
和转速监测装置。
42、反馈控制规律
(基本特征)它能减少转速稳态误差的实质是什么?
(1)比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统
(2)反馈控制系统的作用是:
抵抗扰动,服从给定
(3)系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度实质:
它具有自动调节作用,能随负载的变化而相应改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降的变化。
43、对于自动控制
Tm(TTs)T2
系统来说,稳定性
分部分则最终消
在扰动引起的稳
是他是否正常工
除稳态偏差。
态误差,称作有静
作的首要条件。
47、什么是有差、
差调速系统。
无差调速系统?
50、什么是无静差
44、积分控制可以
在系统稳定的情
调速系统?
使系统在无静差
况下,0型系统对
积分控制或比例
的情况下保持恒
于阶跃给定输入
积分控制的调速
速运行,实现无静
稳态有差,被称作
系统,该传递函数
差调速。
有差调速系统;1
具有积分环节,所
45、比例调节器的
型系统对于阶跃
以由阶跃扰动引
输出只取决于输
给定输入稳态无
起的稳态误差为
入偏差量的现状,
差,被称作无差调
0,称作无静差调
而积分调节器的
速系统。
速系统。
输出则包含了输
48、由扰动引起的
51、什么是测速误
入偏差量的全部
稳态误差取决于
差率
历史。
误差点与扰动加
转速实际值和测
46、控制综合了比
入点之间的传递
量值之1差%与实际
例控制和积分控
函数。
值之比定义为测
制两种规律的优
49、什么疋有静差
速误差率
点,又克服了各自
调速系统?
的缺点。
比例控制的调速
52、测速法原理:
比例部分能迅速
系统,该传递函数
(1)M法测速(测
响应控制作用。
积
无积分环节,故存
高速段)
记取一个采样周期内旋转编码器发n出的0M脉冲耐个数来算出转速的方法称为M法测速,又称频率法测速。
(2)T法测速(测低速段)
T法测速是测出旋转编码o器两f个输
nZTtZM2
出脉冲之间的间隔时间来计算转速,又被称为周期法测速。
54、什么是电流截止负反馈
当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈,叫做电流截止负反馈。
55、应小于电动机允许的最大电流,
一般为=(1.5~2)截止电流应大于电动机的额定电流,取(1.1〜1.2)
56、无静差直流调速系统稳态结构框图(v)
57、转速反馈系数
Unmax
nmax
58、转速、电流反馈控制直流调速系统
在起动(或制动)过渡过程中,希望始终保持电流(电磁转矩)为允许的最大值,使调速系统以最大的加
(减)速度运行。
当到达稳态转速时,最好使电流立即降下来,使电磁转矩与负载转矩相平衡,从而迅速转入稳态运行。
59、双闭环直流调速系统的稳态结构图(会画)
a――转速反馈系数B——电流反馈系数
4*1-
60、转速调节器的
静态特性
当调节器饱和时,输出达到限幅值,输入量的变化不再影响输出,除非有反向的输入信号使调节器退出饱和;
当调节器不饱和
时,调节器工作在线性调节状态,其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。
对于静特性来说,
只有转速调节器饱和与不饱和两种情况,电流调节器不进入饱和状
61、转速调节器三
个阶段:
第I阶段:
电流上
升阶段(01)(不饱和)
第H阶段:
恒流升速阶段(112)(饱和)
第山阶段:
转速调
节阶段(12以后)
(退饱和)
63、调速系统,最主要的抗扰性能
是指抗负载扰动
电流调节器作用:
作用;
计方法所遵循的
和抗电网电压扰
1)转速调节器是
在转速动态过程
原则:
动性能
调速系统的主导
中,保证获得电机
1)概念清楚、易
1)、负载扰动作用
调节器,它使转速
允许的最大电流;
懂
负载扰动作用在
很快地跟随给定
当电动机过载甚
2)计算公式明确、
电流环之后,只能
电压变化,如果
至堵转时,限制电
好记
靠转速调节器来
米用调节器,则可
枢电流的最大值,
3)不仅给出参数
产生抗负载扰动
实现无静差。
起快速的自动保
计算公式,而且指
的作用。
在设计
对负载变化起抗
护作用。
一旦故障
明参数调整的方
时,要求有较好的
扰作用。
消失,系统立即自
向。
抗扰性能指标。
其输出限幅值决
动恢复正常。
4)能考虑饱和非
2)、电网电压扰动
定电动机允许的
65、控制系统的动
线性控制的情况,
电压波动可以通
最大电流。
态性能指标:
跟随
同样给出简单的
过电流反馈得到
2)电流调节器的
性能指标、抗扰性
计算公式。
比较及时的调节,
作用
能指标。
5)适用于各种可
使抗扰性能得到
在转速外环的调
1)跟随性能指标:
以简化成典型系
改善。
节过程中,使电流
超调量c、上升时
统的反馈控制系
在双闭环系统中,
紧紧跟随其给定
间、峰值时间、调
统。
由电网电压波动
电压(即外环调节
节时间
67、典型I型系统
引起的转速变化
器的输出量)变
2)抗扰性能指标:
作为典型的1型系
K
会比单闭环系统
化;
动态降落和恢复
W(s)
统,其开环传递函
小得多。
对电网电压的波
时间。
数选择为
64、转速调节器和
动起及时抗扰的
66、调节器工程设
68、典型H型系统
典型□型系统的
W(s)°
开环传递T函数表
性环节的近似处
理
靠导通。
不足:
在工作过程
主要通过增大直
流侧电容的容量
示为
(2)高阶系统的
中,四个开关器件
来限制泵升电压。
69、设计选择典型
降阶近似处理
可能都处于开关
73、可逆直流调速
系统的依据是什
(3)低频段大惯
状态,开关损耗
系统中的环流问
么?
性环节的近似处
大,而且在切换时
题
典型1型系统和典
理
可能发生上下桥
两组晶闸管整流
型H型系统在稳
71、双极式控制的
臂直通事故。
装置同时工作时,
态误差上有区别。
桥式可逆变换器
72、直流的泵升电
便会产生不流过
典型1型系统在跟
有以下有点:
压。
有何影响?
如
负载而直接在两
随性能上可以做
1)电流一定连续
何抑制?
组晶闸管之间流
到超调小,但抗扰
2)可使电动机四
由于二极管整流
通的短路电流,称
性能稍差。
象限运行
器导电的单向性,
作环流。
典型□型系统的
3)电动机停止时
电能不可能通过
般地说,环流对
超调量相对较大,
有微振电流,可以
整流器送回交流
系统无益,徒然加
抗扰性能却比较
消除静摩擦死区。
电网,只能向滤波
重晶闸管和变压
好。
4)低速平稳性好,
电容充电,使电容
器的负担,消耗功
这些是设计时选
系统的调速范围
两端电压升高,称
率,环流太大时会
择典型系统的重
大。
作泵升电压。
导致晶闸管损坏,
要依据。
5)低速时,每个
过高的泵升电压
因此必须予以抑
70、控制对象的工
开关器件的驱动
将超过器件的耐
制或消除。
程近似处理方法
脉冲仍较宽,有利
压值造成期间损
74、因为瞬时电压
(1)高频段小惯
于开关器件的可
坏。
差而产生的环流
成为瞬时脉动环
器,叫做环流电抗
c)恒气隙磁通控
低速性能。
但机械
流。
器,或称均衡电抗
制d)恒转子磁通
特性还是非线性
75、直流平均环流
器。
控制
的,仍受到临界转
和瞬时脉动环流
78、固有特性或自
比较
矩的限制。
都属于静态环流,
然特性
恒压频比控制最
恒转子磁通控制
是两组可逆线路
异步电动机由额
容易实现,它的变
方式可以获得和
在一定控制角下
定电压、额定频率
频机械特性基本
直流他励电动机
稳态工作时出现
供电,且无外加电
上是平行下移,硬
一样的线性机械
的环流。
阻和电抗时的机
度也较好,能够满
特性,性能最佳
还有一种动态环
械特性方程式,称
足一般的调速要
81、转差频率控制
流,仅在可逆系统
作固有特性或自
求,低速时需适当
的基本思想
处于过渡过程中
然特性。
提高定子电压,以
在保持气隙磁通
可能出现
79、异步电动机能
近似补偿定子阻
不变的前提下,可
76、直流平均环流
够改变的参数可
抗压降。
以通过控制转差
可以用配合控制
分为3类:
恒定子磁通、恒气
角频率来控制转
消除,而瞬时脉动
电动机参数、电源
隙磁通和恒转子
矩,这就是转差频
环流却是自然存
电压和电源频率
磁通的控制方式
率控制的基本思
在的。
(或角频率)。
均需要定子电压
想。
77、环流电抗器或
80、不同控制方式
补偿,控制要复杂
82、转差频率控制
均衡电抗器
下的机械特性
一些。
—\O
的基本规律
为了抑制瞬时脉
a)恒压频比控制
恒定子磁通和恒
用转差频率来控
动环流,可在环流
b)恒定子磁通控
气隙磁通的控制
制转矩,是转差频
回路中串入电抗
制
方式虽然改善了
率控制的基本规
律之一
83、必须米用定子电压补偿控制,以抵消定子电阻和漏抗的压降。
84、转差频率控制的规律
转矩基本上与转差频率成正比,条件是气隙磁通不变,且
在不同的定子电流值时,按定子电压补偿控制的电压-频率特性关系控制定子电压和频率,就能保持气隙磁通恒定。
85、异步电动机动态数学模型的性质
电磁耦合是机电能量转换的必要条件,电流与磁通的乘积产生转矩,转速与磁通的乘积得到感应电动势。
无论是直流电动机,还是交流电动机均如此。
交、直流电动机结构和工作原理的不同,其表达式差异很大。
86、异步电动机动态数学模型的性质
异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
87、坐标变换的基本思路
三相绕组可以用相互独立的两相正交对称绕组等效代替,等效的原
则是产生的磁动
势相等
88、三相坐标系变
换到两相1正交坐
G/2222
标系的变换矩阵
89、旋转正交变换
idcossinii
C/2r.
iqsincosii
1、异步交流电机
的调速方法:
(1)电压调速
(2)转子串电阻
调速
(3)变极对数调
速
(4)变压变频调
速
(5)转差离合器
调速
(6)绕线电机串级调速或双馈电机调速。
2、调速系统的稳态指标和动态指标:
稳态指标:
调速范
围、静差率
动态指标:
抗扰性、跟随性
3、在转速负反馈直流调速系统中,当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时会引起转速变化。
4、变频调速矢量控制系统
(1)变频调速矢量的目的:
等效成直流电机的控制模式。
(2)不同坐标下矢量变换的等效原则:
在不同坐标下所产生的磁动势完全一致(3)变频调速矢量控制坐标变换:
三相对称的静止绕组AB、S两相静止绕组a、B-旋转的直流绕组M、T
5、转速、电流双闭环直流拖动系统起动过程的三个特点,为什么转速调节器采用调节器时(无转速微分负反馈),转速超调是必然的?
(1)饱和非线性;转速超调;准时间最优
(2)出现超调后,速度调节器退出饱和,系统进入转速的无静差调节。
6、转差频率控制规律:
(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,按函数关系=f(W,控制定子电压和频率,就能保持气隙磁通恒定。
7、直流可逆拖动系统中什么是配合控制?
采用什么方法抑制可逆系统直流环流?
(1)正反并联的
两组变流器的控制角满足a(正)=3(反)
(2)采用配合控制可以克服直流平均环流,加均衡电抗器抑制直流脉动环流。
8、转速、电流上闭环调速系统稳态运行时,两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少?
两个调节器的输入偏差电压都为0。
输出3,9、限幅作用:
转速调节器的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值。
电流调节器的输出限幅电压限制电力电子变换器的最大输出电压。
10、异步电机变频调速压频协调分析
(1)异步电机变频调速时为何要压频协调控制?
只要控制好和f1,便可达到控制磁通的目的。
(2)在整个调速范围内,保持电压恒定是否可行?
不。
基频以上调速,保持。
(3)为何在基频以下时采用恒压频比控制,而在基频以上保持电压恒定?
基频以下调速,采用恒值电动势
频率比的控制方式:
〜,恒压频比的控制方式:
基频以上调速,保持。
低频时需要人为地把电压抬高一些,以便近似的补偿定子压降。
基频以上调速,
定子电压却不可能超过额定电压,最多只能保持,弱磁升速,是一种弱磁调速。
11、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系
(1)闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多
(2)闭环系统的
静差率要比开环系统小得多
(3)如果所要求的静差率一定,闭环系统可以大大提咼调速范围
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