和我一起学习电力拖动自动控制系统

   关于电力拖动自动控制系统这门专业，我觉得对于从事电气自动化的人员非常重要。特别是处理关于传动这块有非常大的帮助。个人认为是处理所有驱动器的宝典（包括直流调速器，变频器，伺服驱动器等）

   这段时间没空，逛论坛也没啥可看帖，索性分享一下自己重温这块。将自己对它的学习理解稍微整理下，分享给同样喜欢这个方面知识的朋友。权当看看我自己的学习笔记吧，不具备指导意义哈，也没资格谈上指导，权当笔记分享.


   如有偏差，或者对我个人所理解的内家有不认同，还请海涵，也欢迎一起讨论。

   第一篇：一个极其重要的公式

 
   
  这个公式作为整个专业的开篇，自然有它极其重要的道理。理解了这个公式，就理解了传动控制的基础。

  式中，电机的转速n，我们要清楚的知道，它和电压u,励磁磁通Φ有关，依公式就可以得出，电压越大，速度越快，电压越小，速度越小。
  励磁降低，速度越快，励磁增大，速度越小。


  所以我们可以知道，电机的调速方式可以采用下列两种（第三种串电阻调速不常用，此处不讨论）
  1.调压调速，电机通过给定电压的升高或降低实现转速的调节
  2.弱磁调速，电机通过磁场减弱来实现转速的调节
  我们现在基本采用的是上述两种方式的结合来实现电机的宽范围的调速.

  搞懂几个问题：
  1.为什么要采用两种方式结合调速？
  2.交流电机+变频器控制是否也采用了上述两种方式的结合？
  3.变频器驱动额定转速1500转的电机工作在速度为1750转时是什么状态？

  1.由于弱磁调速基本用于升速，而在基准速度以下，采用调压调速，普通的变频器VF控制，就是这种模式。但是如果电压升到电机额定电压时，如果希望继续升高电机转速，不可能再施加更高的电压来。此时需要结合弱磁方式，由于电压恒定，励磁减弱，电机速度继续上升，但注意不能无限的减弱磁场，根据公式可以看出，弱磁无限小时，电机的速度就无限大，这将导致飞车。所以不能一直减弱励磁。

 2.由于弱磁在直流调速上常见，而交流电机+变频器不像直流电机控制有明显的励磁接线，但实际上理论都是一样的，在额定频率以下，采用调压调速，额定频率以上，采用弱磁调速，只不过它的弱磁采用了空间换算折算到输出电机上。

 
 3.此时工作在弱磁调速状态，因为基速以下是调压调速，基速以上是弱磁调速。同时要注意的是，由于磁场减弱，电机工作在恒功率范围，所以在一些控制场合需要注意的是，假如系统需要弱磁调速，需要考虑电机的转矩是否满足。基准速度以下电机是恒转矩范围，而基准速度以上电机是恒功率范围。有些场合因为没有注意这些，导致升速时转矩又不够的情况，不能找到根本原因，其实就是出在这里。

  第二篇：你知道电机工作在第几象限吗？

  曾有几次面试工程师的时候，我询问了一种电机工作情况并请对方说明此时电机工作在第几象限，对方表示没有听过所谓“第几象限”这个说法。 当然我这样面试并不是存心显摆或者刁难他人，我也没有将这个回答结果作为重点评价之一。但也发现确实很多人不知道这个概念。
  相信很多搞传动的应该都会了解对电机工作象限的解和分析是有助于日常的调试工作或者问题的解决的。

  我们先上一张图：
 
  现在我们一起了解这篇内容，电机工作象限
  从上图可以看出，电机是有四个象限的，电机什么时候工作在哪个象限呢？
  在第一象限时，电机的转速和转矩都是正的，此时工作在正转电动状态
  在第二象限时，电机的转速是正的，转矩都是负的，此时工作在正转发电状态
  在第三象限时，电机的转速和转矩都是负的，此时工作在反转电动状态
  在第四象限时，电机的转速是负的，转矩都是正的，此时工作在反转发电状态

  了解了这些有什么用呢？
  首先，某些电机工作的场合，变频器选型是否适合
  1.如某设备电机，长期处于第二，四象限，那么我们普通的二象限变频器是否能满足工况？如果不能满足，如何解决？
  2.当电机在正转时进行制动，此时电机工作在第几象限，驱动电机的变频器经常出现报警，如直流母线电压过高，如何解决？


  所以对于电机工作于第几象限的分析，有助于我们更好的进行电气控制设计，提前解决可能面临的问题。
  由于有些电机长期处于第二，四象限工作，所以在设计制造变频器时，提供了两种类型供电气设计人员选择，一种是大家常用的两象限变频器，一种就是能够反馈电能的四象限变频器，如西门子PM250.如果面对这种工况，基于对上述知识的了解，我们才会明白原来需要选择四象限变频器才可以应对。
  而在非常多的场合，由于电机在制动过程中，电机处于发电状态，此时电机相当于一个发电机，电能反馈到变频器，到达直流母线两端，根本变频器的基本原因，此时直流电线上的电容开始充电，但一旦电容消耗不了，反馈电压高于母线阀值，此时变频器就会报警，直流母线电压过高，如何解决呢，此时我们可以通过增加制动电阻，通过其做功来消耗，这就是为什么有些场合需要增加制动电阻的目的。

 关于电机工作象限的分析，深入进去能够找到很多问题的解决办法，如行吊，起重，卷扬机等这类设备如果不进行分析，会导致重大安全问题等。我发现很多同行遇到很多问题，就是由于忽视了电机在某个时候处于某个象限而导致出现问题不知所措的情况，这个里面有兴趣的朋友可以再百度多了解电机在不同工作象限时的状态分析相关理论知识。

可以不用，因为四象限变频器本身就具备了电能回馈功能

 第三篇：让我们了解这几个元件

 1.续流二极管
 

 上图中VD表示的就是一个续流二极管，它的方向与电源方向相反，当VT开关闭合时，它不导通，电源给电机供电，当VT断开时，由于电机是感性负载，突然断开导致加在电机两端的电能继续由电机的正极（图中上端）到负极流动但如果没有续流二极管，无法形成回路消耗这种电能，而此时电路中的VD刚好与电机形成回路，让电流得以继续流动。这个续流二极管在很多电路中常见，在实际工作中也会经常用到。
 如某个电机的刹车是由电磁抱闸由上端的一个中间继电器的常开触点吸合断开控制，现场反馈的现象老是一断开就继电器的触点打火，经常损坏。经建议在此回路中并联一个续流二级管，问题得以解决。

 2.平波电抗器




图中L就是平波电抗器，它的作用是抵抗电流的变化，当电流小时，它负责补偿，当电流大时，它负责扼制，这是通俗的理解。从前面一个图可以看出，由于VT开关的导通断开，电流是断续的，开关频率越低，这种断续现象越明显，这就是脉动现象，而平波电抗器就是来弥补这种现象
在关断时，它可以延续电流。

 第四篇：调速系统的反馈控制

 开环调速系统就是当我们给定多少电压，调速器就控制电机相对应的转速，但是这个速度是否达到我们的要求不能控制。于是需要一套闭环调速系统，并引入负反馈控制理论，即我们需要控制某个变量，则对这个变量的实际偏差进行控制,就需要引入它的负反馈，如需要控制速度，则需要引入实际速度反馈值。

 我们普通的接触器热继电器控制电机的电路，也是一个简单的电流截止负反馈，一旦热继检测到了电流超过保护值，立即断开回路。而调速驱动器的反馈控制就更复杂，为了控制电流和速度，需要同时引入这两个分量的负反馈。


 从上图可以看出，用户给定电压(速度)和实际反馈电压(速度)的差值，进入速度环调节器Kp,速度调节器的输出作为电流环调节器Ks的给定，同时与电流负反馈进行比较。最后输出给外部负载。这就是整个调速系统的基本反馈控制。

 那么如何保证消除静差，实现无静差控制，达到实际反馈值与设定值偏差接近于0的状态呢。这就需要速度环和电流环引入PID调节器，形成两个闭环调节器，这就是双闭环调速系统，如下图：



从闭环结构看，速度环作为外环，电流环作为内环，同时进行系统调节，获得了良好的静，动态性能。这种架构基本适用于所有的驱动器，如直流调速器，交流的变频器等。

 后面我们将从双闭环调速系统，展开深入，详细的探究它的工作原理，以及如何去运用双闭环调速系统达到各种现场控制的目的。