《第09章直流电机的动态分析与运动控制.ppt

第二篇 电机的动态分析与控制 第二篇 电机的动态分析与控制?引言 1.电机动态分析的基本概念 前几章分析了多种电机的工作原理和稳态运行性能。电机在运行过程中不可避免地要经历运行状态的变化，如负载改变、起动、励磁调节、转速调节等，也可能遭遇突然发生的不正常运行情况，如突然短路等，使电机从一种稳定运行状态过渡到另一种稳定运行状态，这个过程称为“瞬态”或“动态”，它是电磁场储能和转子动能随时间而变化的一种状态，稳态分析方法已不再适用。 本篇将讨论电机的动态分析方法。 第二篇 电机的动态分析与控制?引言 2.本篇的主要内容 各种旋转电机的动态数学模型（含动态分析举例）与运动控制。 动态数学模型 要分析电机的动态行为和特性，首先应列出电机的动态方程，即建立电机的动态数学模型，然后根据具体情况采用适当的方法进行求解 。 运动控制 是指使被控机械运动装置实现精确的位置控制、速度控制、加速度控制、转矩和力的控制，以及这些被控机械量的综合控制。 第二篇 电机的动态分析与控制?引言 3.电机的动态分析的步骤 建立物理模型：物理模型是从具体电机结构出发，经过抽象和合理简化后所得到的能反映电机内部电磁和机电关系的一种电机模型，电机动态分析中最常用的是“动态耦合电路模型”，这种模型把旋转电机看成是一组具有电磁耦合关系和相对运动的多绕组电路。 建立数学模型：根据物理模型，经过一些合理的假设，利用电磁学和力学的基本定律可以建立模型外部输入、输出与模型内部的电磁及机电量关系的数学方程式，即电机的动态方程。动态过程中，电机内部的各物理量是随时间变化的，所以各量都用瞬时值表示。电机的动态方程通常以微分方程的形式表达，这是动态分析的一个特点。 第二篇 电机的动态分析与控制?引言 求解动态方程： 1）对于常系数线性微分方程：可以用拉氏变换或其它方法求出其解析解，此时研究线性定常系统的整套方法在不同场合下都可以发挥作用。 2）对于时变系数的线性微分方程：常常可以通过坐标变换把它变换成为常系数微分方程，从而得到解析解。也可以仿照求解非线性微分方程的办法，用计算机求出具体问题的数值解。 3）对于非线性微分方程：可以在该工作点附近进行线性化，使增量方程变成线性微分方程来求解。对于大范围的动态过程或者整体的非线性，则必须用数值法和计算机来求解。 第二篇 电机的动态分析与控制?引言 结果分析：通过对动态方程求解结果的分析，可以得到各主要变量随时间的变化规律及其相互关系，进一步还应设法找出所需的指标，如力能指标、稳定性、过电压、过电流等，从而得出一些有用的结论。 第九章 直流电机的动态分析与运动控制 第一节 直流电机的动态方程 一、他励直流电机的动态方程 从电路角度看，他励直流电机有两套独立的绕组：励磁绕组和电枢绕组，两者之间没有电的联系，当电刷位于几何中性线上时，两套绕组轴线相互正交，彼此不在对方产生互感电动势（变压器电势）。因此，在动态过程中，励磁绕组只产生自感引起的变压器电势；而旋转的电枢绕组中，除了绕组自感引起的变压器电势外，还会产生旋转电动势ea，由第三章可知 第一节 直流电机的动态方程 考虑到各绕组的电动势以及电阻压降，按照电动机惯例，他励直流电机的电压方程为 第一节 直流电机的动态方程 式（9-3）、（9-6）即为他励直流电机的动态方程。与稳态运行相比，动态分析时电压方程中出现了自感电动势项，转矩方程中出现了惯性转矩项。此外，动态方程中的电压、电流、转矩、转速均为瞬时值。 第一节 直流电机的动态方程 三、串励直流电机的动态方程 将他励直流电机动态方程中励磁绕组各量的下标“f”换成“s”，并加上串励时的约束条件，即可得到串励电机的动态方程。串励时的约束条件为 第二节 他励直流电动机的框图和传递函数 在电机动态分析中可将系统的动态关系用框图表示，框图可以是频域内的，也可以是时域内的。对于式（9-3）、式（9-6）所示的他励直流电机，在一般情况下，由于存在机电耦合项，动态方程是非线性的，它的框图只能在时域内画出，但在特定情况下，方程可以简化成线性的。 若系统的动态方程为常系数线性微分方程，且初始条件为零，则将各个方程进行拉氏变换，可得到复频域内的框图和传递函数，并可由此求解动态方程，得到系统的动态性能。 第二节 他励直流电动机的框图和传递函数 一、时域内的框图 根据式（9-3）、（9-6），他励直流电动机的动态方程为 第二节 他励直流电动机的框图和传递函数 二、枢控时的框图和传递函数