運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

G-M系統(tǒng)：交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G實(shí)現(xiàn)變流，由直流發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)M供電，調(diào)節(jié)G的勵(lì)磁電流及改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：在允許轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)四象限運(yùn)行。缺點(diǎn)：設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低，有噪音，維護(hù)不方便。V-M系統(tǒng)：品閘管，工作在相位控制狀態(tài)，由品閘管可控整流器V給需要調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)M供電，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流器V的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性和可靠性提高，無需另加功率放大裝置?？焖傩院?，動(dòng)態(tài)性能提高。缺點(diǎn)：只允許單向運(yùn)行；元件對過電壓、過電流、過高的du/dt和di/dt十分敏感；低速時(shí)易產(chǎn)生電力公害：系統(tǒng)功率因數(shù)低，諧波電流大。PWM：脈沖寬度調(diào)制（PWM），品閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，品閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上；品閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開；這樣通過改變品閘管的導(dǎo)通時(shí)間（即調(diào)占空比ton）就可以調(diào)節(jié)電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。PWM調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬；電動(dòng)機(jī)損耗和發(fā)熱較??；系統(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；器件工作早開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率較高。PWM調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用：中、小功率系統(tǒng)PFM脈沖頻率調(diào)制（PFM），品閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，品閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上；品閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開；品閘管的導(dǎo)通時(shí)間不變，只改變開關(guān)頻率f或開關(guān)周期T（即調(diào)節(jié)品閘管的關(guān)斷時(shí)間％ff）就可以調(diào)節(jié)電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。DTC（DirectTorqueControl）或DSC（DirectSelfControl）：直接轉(zhuǎn)矩控制，通過改變電機(jī)磁場對轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)轉(zhuǎn)差速率，以直接控制異步機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增加率，獲得電機(jī)的快速響應(yīng)。SPWM:正弦波脈寬調(diào)制，將正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖來替代。三角波載波信號Ut與一組三相對稱的正弦參考電壓信號Ura、Urb、Urc比較后，產(chǎn)生的SPWM脈沖序列波Uda、Udb、Udc作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制信號。逆變器輸出電壓的基波正是調(diào)制時(shí)所要求的正弦波，調(diào)節(jié)正弦波參考信號的幅值和頻率就可以調(diào)節(jié)SPWM逆變器輸出電壓的幅值和頻率。環(huán)流旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組軟啟動(dòng)CHBPWMSHEPWM配合控制DTCVCS原型電動(dòng)機(jī)：（兩相電動(dòng)機(jī)），它具有兩個(gè)集中繞組，即d軸繞組（直軸繞組）和q軸繞組（交軸繞組），兩個(gè)繞組互相垂直，可以對轉(zhuǎn)矩和磁通進(jìn)行獨(dú)立控制其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與直流電動(dòng)機(jī)一樣，有樞和換向器等。雙饋調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法基本上可分為：轉(zhuǎn)子繞組串電阻啟動(dòng)和利用現(xiàn)成的交-交變頻器啟動(dòng)。串級調(diào)速系統(tǒng)常用起動(dòng)方法有間接起動(dòng)和直接起動(dòng)。從原理上講，雙饋調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)既是電動(dòng)機(jī)，又是無功功率補(bǔ)償器，合理地選擇轉(zhuǎn)子電流，使雙饋調(diào)速系統(tǒng)獲得最優(yōu)的能量指標(biāo)。通常有三種實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的工作方式：全補(bǔ)償工作方式（全部補(bǔ)償定子側(cè)的無功功率X最小損失工作方式、轉(zhuǎn)子電流最小工作方式（可減小變頻器容量）。交流串級調(diào)速裝置指的是串級調(diào)速系統(tǒng)中的整流裝置、平波電抗器、逆變器與逆變變壓器常見的串級調(diào)速系統(tǒng)有電氣串級調(diào)速系統(tǒng)（靜止式串級調(diào)速系統(tǒng)）（功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)）、三相零式電氣串級調(diào)速系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組電氣串級調(diào)速系統(tǒng)、機(jī)械串級調(diào)速系統(tǒng)（Kramer系統(tǒng)），其中靜止式串級調(diào)速系統(tǒng)是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)，機(jī)械串級調(diào)速系統(tǒng)是恒功率調(diào)速系統(tǒng)。串級調(diào)速是在繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，以達(dá)到調(diào)速目的，見基本原理是先將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的轉(zhuǎn)差頻率的交流電流，用半導(dǎo)體整流器整流為直流，再經(jīng)過可控硅逆變器把直流變?yōu)榻涣?，送回到交流電網(wǎng)中去，這時(shí)逆變器的電壓便相當(dāng)于加到轉(zhuǎn)子回路中的電勢，控制逆變器的逆變角可改變逆變器的電壓，也即改變加到轉(zhuǎn)子回路中的電勢。其特點(diǎn)是大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢所吸收，并返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用，效率高，為80%?90%，無級。但是品閘管串級調(diào)速功率因數(shù)偏低，為0.35?0.75，諧波影響較大，正是由于這一方面的原因，串級調(diào)速在火力發(fā)電廠中沒能得到推廣。簡述直接轉(zhuǎn)矩控制的工作原理，并比較它與矢量控制的異同點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)利用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)下計(jì)算和控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，它采用定子磁場定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)（Band-Band控制）產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型的簡化處理，沒有通常的PWM信號發(fā)生器，它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制手段直接，信號處理的物理結(jié)構(gòu)明確。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)。且無超調(diào)，是一種具有高性能的交流調(diào)速方法。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同點(diǎn)是：兩者都要對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同異點(diǎn)如下：直接轉(zhuǎn)矩控制只利用定子側(cè)參數(shù)，而矢量變換控制是利用轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)，這些參數(shù)容易受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的影響；直接轉(zhuǎn)矩控制在靜止的坐標(biāo)系中進(jìn)行，控制運(yùn)算比矢量變換控制簡單；直接轉(zhuǎn)矩控制對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行閉環(huán)控制，準(zhǔn)確性高，動(dòng)態(tài)性好，而矢量控制則過分要求圓磁磁鏈和正弦波電流；直接轉(zhuǎn)矩控制和直接磁鏈控制采用滯環(huán)，參數(shù)選擇適當(dāng)可彌補(bǔ)由直接轉(zhuǎn)矩控制引起的速度下降。直接轉(zhuǎn)矩控制利用相電壓矢量的概念，對逆變器的功率開關(guān)進(jìn)行綜合控制，開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗少。請說明雙饋調(diào)速的五種情況的功率流動(dòng)情況轉(zhuǎn)子運(yùn)行于次同步電動(dòng)狀態(tài)（1＞S、＞0）電磁功率＞0，從電源流向負(fù)載；機(jī)械功率＞0，從電機(jī)輸給機(jī)械負(fù)載；轉(zhuǎn)差功率V0，回饋給轉(zhuǎn)子外接電源，屬于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子運(yùn)行于次同步速的定子回饋制動(dòng)狀態(tài)（1＞S'＞0）電磁功率V0，從電機(jī)回饋給定子電源；機(jī)械功率V0，從原動(dòng)機(jī)輸給電機(jī)；轉(zhuǎn)差功率＞0，轉(zhuǎn)子外接電源輸給電機(jī)，屬于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子運(yùn)行于超同步電動(dòng)狀態(tài)（S'V0電磁功率＞0，從定子電源輸向電機(jī)；機(jī)械功率＞0，從電機(jī)輸給機(jī)械負(fù)載；轉(zhuǎn)差功率＞0，轉(zhuǎn)子外接電源輸給電機(jī)，屬于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子運(yùn)行于超同步速的定子回饋制動(dòng)狀態(tài)（S'V0電磁功率V0，從電機(jī)回饋給定子電源；機(jī)械功率V0，從原動(dòng)機(jī)輸給電機(jī)；轉(zhuǎn)差功率V0，回饋給轉(zhuǎn)子外接電源，屬于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子運(yùn)行于倒拉反轉(zhuǎn)的電動(dòng)狀態(tài)（S'＞1）電磁功率＞0，從定子電源輸給電機(jī)；機(jī)械功率V0，從原動(dòng)機(jī)輸給電機(jī)；轉(zhuǎn)差功率V0，由電動(dòng)機(jī)回饋給轉(zhuǎn)子外接電源，屬于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。串級調(diào)速系統(tǒng)通常有哪兩種起動(dòng)方式？請分別簡述其起動(dòng)過程。串級調(diào)速系統(tǒng)常用起動(dòng)方法有間接起動(dòng)和直接起動(dòng)。原則：起動(dòng)時(shí)逆變器先于電機(jī)而接上電網(wǎng)，停車時(shí)后于電機(jī)脫離電網(wǎng)，以防止逆變器交流側(cè)斷電。①直接起動(dòng)：起動(dòng)控制時(shí)，除了讓逆變器先于電動(dòng)機(jī)接到交流電網(wǎng)外，還應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的先與交流電網(wǎng)接通（此時(shí)轉(zhuǎn)子呈開路狀態(tài)），以防止因電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的合閘過電壓通過轉(zhuǎn)子回路損壞整流裝置，然后再使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路與轉(zhuǎn)子整流器接通.用于全范圍調(diào)速的串級調(diào)速系統(tǒng)。②間接起動(dòng)：為了降低串級調(diào)速裝置的容量，同時(shí)不受過電壓損壞，往往采用轉(zhuǎn)子串電阻或串頻敏變阻器起動(dòng)方式，待起動(dòng)到串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最大轉(zhuǎn)差率時(shí)，才把串級調(diào)速裝置投入運(yùn)行.用于小范圍調(diào)速、不經(jīng)常起動(dòng)的串級調(diào)速系統(tǒng)。什么是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速?在轉(zhuǎn)差率s很小的范圍內(nèi)，只要能夠維持氣隙磁通中m不變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率3s成正比，即在異步電機(jī)中，控制轉(zhuǎn)差率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。雙閉環(huán)控制的啟動(dòng)過程分析：第一階段，是電流上升階段，在此階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出偏差電壓較大，其輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電樞電流迅速上升。第二階段恒流升速階段，是啟動(dòng)過程的主要階段，在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，保持電流Id恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。第三階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入偏差減小到0，，但積分作用仍然在維持，所以電動(dòng)機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)，超調(diào)后，ASR輸入電壓偏差變負(fù)，使得開始退出飽和狀態(tài)。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)解階段內(nèi)，調(diào)節(jié)階段內(nèi)ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)10.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速很快跟隨給點(diǎn)電壓的變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減少轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器則可實(shí)現(xiàn)無靜差。2對負(fù)載變化起阻抗作用3.其輸出限幅值得決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流11.電流調(diào)節(jié)器的作用：1.使電流緊緊跟隨給定電壓變化2.對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)的抗擾的作用3.在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程4.當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起加快自動(dòng)保護(hù)作用。一旦系統(tǒng)故障消失，立即自動(dòng)恢復(fù)正常。雙極式控制的橋式可逆PWM變換器的優(yōu)勢：1.電流一定續(xù)流2.可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行3.電動(dòng)機(jī)在停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)4.低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍寬5.低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。其不足：在工作時(shí)，四個(gè)開關(guān)器件都可能處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能出現(xiàn)上下橋臂直通的事故.微機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的工作原理：u主電路——由二極管整流器UR、PWM逆變器UI和中間直流電路三部分組成，一般都是電壓源型的，采用大電容C濾波，同時(shí)兼有無功功率交換的作用。限流電阻：為了避免大電容C在通電瞬間產(chǎn)生過大的充電電流，在整流器和濾波電容間的直流回路上串入限流電阻（或電抗），通上電源時(shí)，先限制充電電流，再延時(shí)用開關(guān)K將短路，以免長期接入時(shí)影響變頻器的正常工作，并產(chǎn)生附加損耗。泵升限制電路一一由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的再生制動(dòng)提供反向電流的通路，所以除特殊情況外，通用變頻器一般都用電阻吸收制動(dòng)能量。減速制動(dòng)時(shí)，異步電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，首先通過逆變器的續(xù)流二極管向電容C充電，當(dāng)中間直流回路的電壓（通稱泵升電壓）升高到一定的限制值時(shí)，通過泵升限制電路使開關(guān)器件導(dǎo)通，將電機(jī)釋放的動(dòng)能消耗在制動(dòng)電阻上。進(jìn)線電抗器一一二極管整流器雖然是全波整流裝置，但由于其輸出端有濾波電容存在，因此輸入電流呈脈沖波形，如圖6-38所示。這樣的電流波形具有較大的諧波分量，使電源受到污染。為了抑制諧波電流，對于容量較大的PWM變頻器，都應(yīng)在輸入端設(shè)有進(jìn)線電抗器，有時(shí)也可以在整流器和電容器之間串接直流電抗器。還可用來抑制電源電壓不平衡對變頻器的影響。u控制電路——現(xiàn)代PWM變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數(shù)字電路，其功能主要是接受各種設(shè)定信息和指令，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆