第一篇 直流拖動控制系統(tǒng) 電力拖動 自動控制系統(tǒng) 學(xué)時(shí)： 32 劉劍慰 一 .概述 1.與各學(xué)科關(guān)系 自動控制原理 前修課程 電機(jī)拖動 以電力拖動系統(tǒng)中采用最廣泛的 電機(jī)及電力拖動為重點(diǎn)。本課程 強(qiáng)調(diào)基本理論、突出實(shí)用性，為 學(xué)習(xí) 自動控制系統(tǒng) 等專業(yè)打下堅(jiān) 實(shí)基礎(chǔ)。 03202210 03100510 掌握自動控制的經(jīng)典理論，具備 對簡單系統(tǒng)進(jìn)行定性分析、定量 估算和初步校正的能力，初步具 備對系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究和仿真研 究的技能，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)及工 作實(shí)踐中的實(shí)際應(yīng)用奠定必要的 基礎(chǔ)。 1.與各學(xué)科關(guān)系 本課程主要以工程實(shí)踐為背景，講述電力 拖動自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用中的 思想和 方法 。包括自動控制系統(tǒng)的概論、半導(dǎo)體 變流技術(shù)基礎(chǔ)知識、直流和交流調(diào)速系統(tǒng) 以及位置隨動系統(tǒng)的組成、分析和工程設(shè) 計(jì)等。 自動控制系統(tǒng) 03100910 一 .概述 自動控制原理 電機(jī)拖動 03202210 03100510 2.發(fā)展近況 一 .概述 四、五十年代經(jīng)典控制理論發(fā)展成熟 60年代隨計(jì)算機(jī)發(fā)展，出現(xiàn)現(xiàn)代控制理論 70年代以來，在系統(tǒng)理論、信息論、 計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)和人工智能基礎(chǔ)上， 廣度上向 大系統(tǒng) 理論發(fā)展 深度上向 智能控制 理論發(fā)展 自動控制裝置 被控對象 3.自動控制系統(tǒng)的定義 一 .概述 控 制 器 對 象 比 較 測 量 輸 出 期 望 輸 出 1.自控系統(tǒng)分類 生產(chǎn)過程中，從控制對象工藝過程的角度 電動機(jī) 速度控制：調(diào)速系統(tǒng) 位置控制：隨動（伺服）系統(tǒng) 張力控制 二、控制系統(tǒng)一般概念 電力拖動 自動控制系統(tǒng) 控 制 裝 置 被 控 對 象 1.自控系統(tǒng)分類 生產(chǎn)過程，控制對象工藝過程的角度 自動化儀表 溫度 壓力 流量 液位 二、控制系統(tǒng)一般概念 電力拖動 自動控制系統(tǒng) 過程控制系統(tǒng) 控 制 裝 置 被 控 對 象 2.對自動控制系統(tǒng)的要求 穩(wěn) 準(zhǔn) 快 穩(wěn)定性 穩(wěn)態(tài)誤差 動態(tài)性能 二、控制系統(tǒng)一般概念 tp ts ess % 3.設(shè)計(jì)步驟 1.分析任務(wù) 數(shù)學(xué)模型 初步方案 2.數(shù)學(xué)仿真，調(diào)整修改參數(shù) (MATLAB) 3.原理圖 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?原理實(shí)驗(yàn) 4.樣機(jī)生產(chǎn) 二、控制系統(tǒng)一般概念 第一章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng) e dd K RIU n n轉(zhuǎn)速 U電樞電壓 I電樞電流 R電樞回路 總 電阻 勵(lì)磁磁通 Ke電動勢常量 M + - U d + - n M I d + - U d I f + - E L 1-1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源 1.旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組 交流電動機(jī) 直流發(fā)動機(jī)：得到直流電 2.靜止可控整流器 晶閘管： 交流 直流 3.直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器 直流 直流 一 .旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組 1-1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源 交流電動機(jī) 直流發(fā)動機(jī) ： 得到直流電 M - U d + - n I f M G U i f 控 制 裝 置 被 控 對 象 1. 三極管 B E C 用基極電流控 制 E,C導(dǎo)通 2. 二極管 正 極 負(fù) 級 K A G 3.晶閘管 二 .靜止可控整流器 1-1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源 單向?qū)?陽極 A，陰極 K,門級 G 1. 三極管 2. 二極管 K A G 1.當(dāng)晶閘管承受 反向陽極 電壓， 不論門 級 承受何種電壓，晶閘管處于 關(guān)斷 狀態(tài) 2.承受 正向陽極 電壓， 僅在 門 級承受 正 向 電壓情況下 導(dǎo)通 3.導(dǎo)通 情況下，只要仍有一定 正 向 陽 極電 壓， 不論 門 級電壓如何，晶閘管仍保持 導(dǎo) 通 ，即晶閘管導(dǎo)通后，門級失去控制 陽極 A 陰極 K 門級 G 1-1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源 3.晶閘管 一 .單相可控整流電路 + - 1U+ - 2U+ -U k + - dU 1-1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源 t 一 .單相可控整流電路 + - 1U+ - 2U+ -U k + - dU 控制角 ： 晶閘管從開始承受正向電壓到開 始導(dǎo)通的這段時(shí)間對應(yīng)的角度 導(dǎo)通角 ： 晶閘管導(dǎo)通的電角度 1-1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源 t 2 一 .單相可控整流電路 1-1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源 + - 1U+ - 2U+ -U k + - dU 2 1 450 2 2 1 2 2 c o s U. )t(tds i nUU d t 2 課堂習(xí)題 單項(xiàng)半波可控整流電路，電阻性負(fù)載，電阻 R 7.5 ，變壓器二次電壓的有效值為 U2=150V,在 60 時(shí)給出觸發(fā)脈沖，則輸出平均電流 Id為 多少？ 答案： V.c o s.c o sU.U d 625502 60115045021450 2 ARUI dd 75.65.7 6 2 5.50 晶閘管 -電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 圖 1-3 晶閘管 -電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖 晶閘管觸發(fā)整流裝置 M + - U d + - n I f cu + - V T G T 控 制 裝 置 被 控 對 象 三 .直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器 強(qiáng) 迫 關(guān) 斷 電 路 M + - U s L V D V T ss on d UUT tU T晶閘管的開關(guān)周期 ton VT開通時(shí)間 ton/T=tonf占空比 f開關(guān)頻率 1-1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源 + - U s t u + - U s t o n T t u U d 課堂習(xí)題 1.2斬波器 :Us=20V,Ud=15V,求占空比 若 ,f=300Hz,求開通時(shí)間 ton mss f to n U U s d 5.2105.2 3 0 0 75.0 75.0 3 答案 : + - U s t o n T t u T t o n T = 常 值 t i 晶閘管發(fā)明人 獲首屆國際能源獎(jiǎng) 尼克 奧隆尼亞克 來自美國伊利諾伊大學(xué)。 “全球能源獎(jiǎng)”評選委員會決定將該獎(jiǎng)項(xiàng)授 予他以表彰其在節(jié)能研究方面作出的突出貢 獻(xiàn)。他發(fā)明的晶閘管可以將直流電和交流電 進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，從而可以進(jìn)行能源儲存，并 大大降低能源消耗。目前世界上 30 的電能 通過晶閘管進(jìn)行轉(zhuǎn)換。他還發(fā)明了半導(dǎo)體光 輻射二極管，與傳統(tǒng)的白熾燈相比，其使用 壽命更長，不久后有望取代傳統(tǒng)的照明方式。 新華網(wǎng) 2003-04-27 14:52:45 水銀整流代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組 1948年 6月 1日，大同電化廠用 200安的 W型電解槽和 60千瓦 直流發(fā)電機(jī) 生產(chǎn)燒 堿，年生產(chǎn)能力 30噸 ，聯(lián)產(chǎn)漂白粉，作 坊式生產(chǎn)。后停產(chǎn)， 1949年 8月修復(fù)生 產(chǎn)。 1958年年產(chǎn)量 765噸。 1965年 3月 實(shí)現(xiàn)了用 水銀整流器 代替 用電動機(jī)拖動 直流發(fā)電機(jī) 的落后工藝，用虎克 8型石 墨電解槽取代 200安的 W型電解槽，用 60平方米雙效蒸發(fā)器取代底火敞開蒸發(fā) 鍋，年生產(chǎn)能力 3500噸。