哈爾濱工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育知識更新2013電氣工程專業(yè)作業(yè)

1、省專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)教育知識更新培訓(xùn)電氣工程專業(yè)2013年作業(yè)一填空：1、常見的交流調(diào)速方法有：（ 降電壓調(diào)速 ）（ 轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速 ）（ 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）（ 繞線轉(zhuǎn)子電動機串級調(diào)速和雙饋電動機調(diào)速 ）（變極對數(shù)調(diào)速）（ 變壓變頻調(diào)速 ）。2、按照交流異步電機的原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分成兩部分：一部分是（拖動負(fù)載的有效功率），稱作（ 機械功率）；另一部分是（ 傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率 ）。3、從能量轉(zhuǎn)換的角度上看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，可以把異步電機的調(diào)速系統(tǒng)分成三類 ：（ 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)）；（ 轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)）；（轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) ）。4、轉(zhuǎn)差

2、功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成（熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中）。在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，該調(diào)速系統(tǒng)是以增加（轉(zhuǎn)差功率）的消耗來換?。ㄞD(zhuǎn)速）降低的。屬于這一類的三種調(diào)速方法有：（降電壓調(diào)速）（轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速）（轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）。5、在轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通過（變流裝置）饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，（能饋送的功率越多）；屬于這一類的調(diào)速方法是（繞線轉(zhuǎn)子電動機串級調(diào)速和雙饋電動機調(diào)速）。6、在轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有（轉(zhuǎn)子銅損），而且無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率（基本不變），因此效率(更高);屬于此類的調(diào)速方法有（變極對數(shù)調(diào)速）和（變壓變頻調(diào)速）這兩種。二：問題

3、答1、對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為什么調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍不大？電動機機械特性越軟，調(diào)速范圍越大嗎？答：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時，普通籠型異步電動機降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為0<s<sm，sm本來就不大，因此調(diào)速范圍也不大。降壓調(diào)速時，機械特性變軟，但sm不變，故調(diào)速范圍不變。2、異步電動機變頻調(diào)速時，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是否可行？為何在基頻以下時，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？答：因為定子電壓頻率變化時，將導(dǎo)致氣隙磁通變化，影響電動機工作。 在整個調(diào)速范圍內(nèi)，若保持電壓恒定，則在基頻以上時，氣隙磁通將減少，電動機將出力不足；而在基頻以下時，氣隙磁通將增加

4、，由于磁路飽和，勵磁電流將過大，電動機將遭到破壞。因此保持電壓恒定不可行。 在基頻以下時，若保持電壓不變，則氣隙磁通增加，由于磁路飽和，將使勵磁電流過大，破壞電動機，故應(yīng)保持氣隙磁通不變，即保持壓頻比不變，即采用恒壓頻比控制；而在基頻以上時，受繞組絕緣耐壓和磁路飽和的限制，電壓不能隨之升高，故保持電壓恒定。3、異步電動機變頻調(diào)速時，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功率還是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式？為什么？所謂恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，是否指輸出功率或轉(zhuǎn)矩恒定？若不是，那么恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？答：在基頻以下調(diào)速，采用恒壓頻比控制，則磁通保持恒定，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩恒定，因此屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速

5、方式。 在基頻以下調(diào)速，采用恒電壓控制，則在基頻以上隨轉(zhuǎn)速的升高，磁通將減少，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩減小，因此允許輸出功率基本保持不變，屬于恒功率調(diào)速方式。 恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式并不是指輸出功率或輸出轉(zhuǎn)矩恒定，而是額定電流下允許輸出的功率或允許輸出的轉(zhuǎn)矩恒定。4、分析電流滯環(huán)跟蹤PWM控制中，環(huán)寬h對電流波動與開關(guān)頻率的影響。答：電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)境有關(guān)，當(dāng)環(huán)境選得較大時可降低開關(guān)頻率，但電流波形失真較多，諧波分量高，如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻使開關(guān)頻率增大了，這是一對矛盾的因素，實用中應(yīng)在充分利用器件開關(guān)頻率的前提下，正確地選擇盡可能小的環(huán)寬。5、按基頻以下和基頻

6、以上分析電壓頻率協(xié)調(diào)的控制方式，畫出：（1） 恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性。（2） 基頻以下電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時異步電動機的機械特性。（3） 基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性。（4） 電壓頻率特性曲線 答：1、恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性。 2、基頻以下電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時異步電動機的機械特性。 3、基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性。4、 電壓頻率特性曲線 6、在轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中需要給定積分環(huán)節(jié)，論述給定積分環(huán)節(jié)的原理和作用。答：轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速是依據(jù)交流電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，按照電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式來保持氣隙磁通恒定，需要電動機運行滿足

7、穩(wěn)態(tài)條件要求，不能快速變化，所以要用給定積分器限制起動和制動的速率。7、結(jié)合異步電動機三相原始動態(tài)模型，討論異步電動機非線性、強耦合和多變量的性質(zhì)，并說明具體體現(xiàn)在哪些方面？答：異步電動機具有非線性、強耦合和多變量的性質(zhì)，要獲得良好的調(diào)速性能，必須從動態(tài)模型出發(fā)，分析異步電動機的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律，研究高性能 異步電動機的調(diào)速方案。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是兩種基于動態(tài)模型的高性能交流電動機調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制系統(tǒng)通過矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，得到等效直流電動機模型，然后按照直流電動機模型設(shè)計控制系統(tǒng)；直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)矩偏差和定子磁鏈幅值偏差的符號，根據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢茫苯舆x取合

8、適的定子電壓矢量，實施電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制。8、旋轉(zhuǎn)變換的等效原則是什么？當(dāng)磁動勢矢量幅值恒定、勻速旋轉(zhuǎn)時，在靜止繞組中通入正弦對稱的交流電流，而在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流為什么是直流電流？如果坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度大于或小于磁動勢矢量的旋轉(zhuǎn)速度時，繞組中的電流是交流量還是直流量？答：兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的突出特點是，當(dāng)三相ABC坐標(biāo)系中的電壓和電流是交流正弦波時，變換到dq坐標(biāo)系上就成為直流。9、坐標(biāo)變換（3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換）的優(yōu)點何在？能否改變或減弱異步電動機非線性、強耦合和多變量的性質(zhì)？答：在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組和之間的變換，或稱三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換，簡稱

9、3/2 變換，變換前后總功率不變。通過坐標(biāo)變換，可以使之降階并化簡，不能改變其非線性、多變量的本質(zhì)。10、論述矢量控制系統(tǒng)的基本工作原理，矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的作用，等效的直流機模型，矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈控制規(guī)律。答：在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流 iA、 iB 、iC ，通過三相/兩相變換可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流 i、i再通過同步旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流 im 和 it ?？刂剖菇涣麟姍C的轉(zhuǎn)子總磁通F r 就是等效直流電機的磁通，則M繞組相當(dāng)于直流電機的勵磁繞組，im 相當(dāng)于勵磁電流，T 繞組相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組，it 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。

10、模仿直流電機的控制策略，得到直流電機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電機了?，F(xiàn)在d軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较?，并稱之為 M（Magnetization）軸，而 q 軸再逆時針轉(zhuǎn)90°，即垂直于轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶?，稱之為 T（Torque）軸。這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)定為 M，T 坐標(biāo)系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向（Field Orientation）的坐標(biāo)系。定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。要實現(xiàn)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)，很關(guān)鍵的因素是要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信號，以供磁鏈反饋和除法環(huán)節(jié)的需要。開始提出矢量控制系統(tǒng)時，曾嘗試直接檢測磁鏈的方法，一種是在電機槽內(nèi)埋設(shè)探測線圈，

11、另一種是利用貼在定子內(nèi)表面的霍爾元件或其它磁敏元件。采用間接計算的方法，即利用容易測得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號，利用轉(zhuǎn)子磁鏈模型，實時計算磁鏈的幅值與相位。利用能夠?qū)崪y的物理量的不同組合，可以獲得多種轉(zhuǎn)子磁鏈模型。11、轉(zhuǎn)子磁鏈計算模型有電壓模型和電流模型兩種，分析兩種模型的基本原理，比較各自的優(yōu)缺點。答：根據(jù)定子電流和定子電壓的檢測值來估算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型是電壓模型。采用電壓模型法，由于存在電壓積分問題，結(jié)果在低速運行時，模型運算困難。12、討論直接定向與間接定向矢量控制系統(tǒng)的特征，比較各自的優(yōu)缺點，磁鏈定向的精度受哪些參數(shù)的影響？答：直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)：簡稱 DTC ( Direct

12、Torque Control) 系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機的電磁轉(zhuǎn)矩， 矢量控制系統(tǒng)（Vector Control System），進行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)。性能與特點直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)磁鏈控制定子磁鏈轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)矩控制砰砰控制,有轉(zhuǎn)矩脈動連續(xù)控制,比較平滑坐標(biāo)變換靜止坐標(biāo)變換，較簡單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較復(fù)雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬13、分析與比較按轉(zhuǎn)子磁鏈定向和按定子磁鏈定向異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型的特征，指出它們的相同點與不同點

13、。答：按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系mt中的數(shù)學(xué)模型與直流電動機的數(shù)學(xué)模型完全一致。通過坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度的選取，簡化了數(shù)學(xué)模型，通過按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分解為勵磁分量smi和轉(zhuǎn)矩分量sti，使轉(zhuǎn)子磁鏈r僅由定子電流勵磁分量smi產(chǎn)生，而電磁轉(zhuǎn)矩eT正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積stri，實現(xiàn)了定子電流兩個分量的解耦。而按定子磁鏈定向?qū)⒍ㄗ与妷悍纸鉃閮蓚€分量sdu和squ，sdu控制定子磁鏈幅值的變化率，squ控制定子磁量矢量旋轉(zhuǎn)角速度，再通過轉(zhuǎn)差頻率控制定子電流的轉(zhuǎn)矩分量sqi，最后控制轉(zhuǎn)矩。但兩者均受到定子電流兩個分量sdi和sqi的影響，使受電流擾動的電壓控制型。14、分析定子電壓矢量對定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩的控制作用，如何根據(jù)定子磁鏈和轉(zhuǎn)