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电力传动与自动控制系统 研究以电动机作为执行机构的,将电能转换为机械能的自动控制系统 综述 系统的组成 综 述 1.发展状况 电动机设计与制造技术 电力电子技术 微处理器技术 电机控制理论与技术(交流电机) 2.应用 民用:交通,家用电器,机械 国防:航空,航天,雷达,武器装备 综述 3.基础 电机学(电动机):直流电动机,异步电动机,同步电动机,其他 电力电子技术:晶闸管,功率MOSFET, IGBT,GTR,GTO等应用与控制 自动控制原理:闭环控制,稳定性,快速性 微处理器:单片机,数字信号处理器(DSP) 综述 4.电气传动的新技术 （交流调速系统） (1)航空电力传动系统 性能目标：体积,重量,效率,可靠性,快速性 电机的特点：高速化(10000~100000r/min)， 稀土永磁电机，开关磁阻电机 综述 4.电气传动的新技术 （交流调速系统） (2)大功率牵引系统(交通) 性能目标：大功率，高速，效率，安全 电机的特点：电动，磁悬浮，直线电机 课程内容 1.电力传动基础：电动机的外特性，电机学的补充 2. 直流调速系统(主体)：直流电动机构成的调速系统，静特性、动态特性、单闭环、双闭环、系统工程设计方法 3.交流调速系统：交流电动机构成的调速系统，变频器、变频调速、矢量控制、无刷直流电动机 4.计算机控制系统：系统数字化控制。 课程要求 教材：电力传动与自动控制系统，范正翘主编 参考书：电力拖动自动控制系统，陈伯时主编 考核方式： (1) 卷面考试，开卷到教科书，80% (2) 参加教学实验，2次，10% (3) 完成所有习题，10% 第一篇电力传动基础第1章电力传动系统动力学 1.1运动方程式 第一篇电力传动基础第1章电力传动系统动力学 1.1运动方程式 第1章电力传动系统动力学 第1章电力传动系统动力学 1.2 负载转矩和飞轮矩的折算 生产机械运动的多样性： 旋转运动，平移运动，升降运动 折算的原则 TL：折算前后的功率不变 GD2：折算前后的动能不变 1.2负载转矩和飞轮矩的折算 一、旋转运动 传动机构：减速器，减速比 i= n/ng1 1.2负载转矩和飞轮矩的折算 1.负载转矩的折算 已知Tg，求TL 1.2负载转矩和飞轮矩的折算 一、旋转运动 传动机构：减速器，减速比 i= n/ng1 1.2负载转矩和飞轮矩的折算 1.2负载转矩和飞轮矩的折算 2.飞轮矩的折算 已知GD1,GD2,GD3,GD4,GDg，求GDL 1.2负载转矩和飞轮矩的折算 二、平移运动 1.负载转矩的折算 已知阻力Fg，求TL 1.2负载转矩和飞轮矩的折算 三、升降运动 1.负载转矩的折算 (1)提升运动：已知重力F，求TL 1.2负载转矩和飞轮矩的折算 三、升降运动 1.负载转矩的折算 * 1.电力(电气)传动：电动机，将电能转换为机械能，电力驱动机械 2.自动控制系统：实现闭环控制，以满足系统性能指标要求 电动机 电力电子 装置 控制器 机械装置 命令 电源 反馈信号 电机的结构基本不变，转速与输出机械功率成正比 Te：电动机产生的电磁转矩，TL：负载转矩，J：转动惯量， Ω：角速度(rad/s),n：转速(r/min) 国际单位制 工程单位制 电机转速n的控制→转矩Te的控制 转矩Te的控制→电机转速n的控制 当Te TL 则 dn/dt 0, 电机转速n上升 当Te TL 则 dn/dt 0, 电机转速n下降 当Te =TL 则 dn/dt =0, 电机转速n不变 动态 稳态 运动方程式中的重要参数，影响系统的动态性能 负载转矩 飞轮矩 电动机 传动机构 工作机构 二级减速 已知Tg，求TL Tg→TL：折算前后的功率不变 Tg→TL：折算前后的功率不变 只要i足够大有 电动机很小的力矩就能够带动很大的机械负载 二级减速 已知GDg,GD1,GD2,GD3,GD4 求GDL GDg→GDL：折算前后的动能不变 GDg→GDL：折算前后的动能不变 惯量很大的机械折合到电动机轴上变得很小 GD1的转速为n，不需要折合 GD2和GD3的转速为n/I1,动能减小i平方倍 GD4和GDg的转速为n/i1i2,动能减小i1i2的平方倍。 GDg→GDL：折算前后的动能不变 惯量很大的机械折合到电动机轴上变得很小 Fg→TL：折算前后的功率不变 2.飞轮矩的折算 mg→GDL：折算前后的动能不变 提升运动：电动机克服机械摩擦带动重物运动 *