電氣工程作業(yè)

1、黑龍江省專業(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)說明：初級職稱學(xué)員“專業(yè)課作業(yè)一”為填空題 1-6 題；“專業(yè)課作業(yè)二”為問答題1-3 題。中、高級職稱學(xué)員“專業(yè)課作業(yè)”為問答題全部；同時(shí)提交 3000字左右“學(xué)習(xí)心得”一篇。所有學(xué)員均需按要求提交“公需課作業(yè)”。作業(yè)提交時(shí)間：以網(wǎng)站通知為準(zhǔn)。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）（ 繞線電機(jī)串級調(diào)速或雙饋電機(jī)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(jī)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(dòng)負(fù)載的有效功率） ，稱作（

2、機(jī)械功率 ） ；另一部分是（傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率S 成正比） 。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(jī)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(shí)，該調(diào)速系統(tǒng)是以增加（轉(zhuǎn)差功能 ）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)

3、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(dòng)機(jī)串級調(diào)速和雙饋電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)機(jī)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(shí)，普通籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速時(shí)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(shí)，機(jī)械特性變軟，但sm不變，故調(diào)速范圍不變

4、。2、異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個(gè)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(shí)，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？答：因?yàn)槎ㄗ与妷侯l率變化時(shí)，將導(dǎo)致氣隙磁通變化，影響電動(dòng)機(jī)工作。在整個(gè) 調(diào)速范圍內(nèi)，若保持電壓恒定，則在基頻以上時(shí)，氣隙磁通將減少，電動(dòng)機(jī)將出 力不足；而在基頻以下時(shí)，氣隙磁通將增加，由于磁路飽和勵(lì)磁電流將過大，電 動(dòng)機(jī)將遭到破壞。因此保持電壓恒定不可行。在基頻以下時(shí)，若保持電壓不變， 則氣隙磁通增加，由于磁路飽和，將使勵(lì)磁電流過大，破壞電動(dòng)機(jī)，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(shí)，受繞 組絕緣耐壓和磁路飽

5、和的限制，電壓不能隨之升高，故保持電壓恒定。3、異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，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)矩減少，因此允許輸出功率基本保持不變，屬于恒功率調(diào)速方式。包功率或恒 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

6、允許輸出的轉(zhuǎn)矩恒定。4、分析電流滯環(huán)跟蹤PWM6制中，環(huán)寬h對電流波動(dòng)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)寬有關(guān)， 當(dāng)環(huán)寬選得較大時(shí)，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(shí)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(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。圖6-3恒壓恒頻時(shí)異步電機(jī)的機(jī)械特性(2)基頻以下電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。(3)基頻以上恒壓變頻控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。(4)電壓

7、頻率特性曲線U=f fTin)1圖異步電機(jī)變壓變頡調(diào)速的控制特性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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)運(yùn)行滿足穩(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(dòng)和制動(dòng)的速率。7、結(jié)合異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài)模型，討論異步電動(dòng)機(jī)非線性、強(qiáng)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(dòng)機(jī)具有非線性、強(qiáng)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(dòng)態(tài)模型出發(fā)，分析異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律， 研究高性能 異 步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

8、方案。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是兩種基于動(dòng)態(tài)模型的高性能交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)模型，然后按 照直流電動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)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 矢量所在的位置，直接選取合適的定子電壓矢量，實(shí)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(dòng)勢矢量幅值恒定、勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)勢矢量的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，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(diǎn)

9、是，當(dāng)三相ABC®標(biāo)系中的電壓和電流是交 流正弦波時(shí)，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(diǎn)何在？能否改變或減弱異步電動(dòng)機(jī)非線性、強(qiáng)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、 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 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(jī)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

10、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(jī)的轉(zhuǎn)子總磁通r 就是等效直流電機(jī)的磁通，則 M繞組相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組，im相 當(dāng)于勵(lì)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。模仿直流電機(jī)的控制策略，得到直流電機(jī)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(jī)了?，F(xiàn)在d軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较颍?并稱之為M (Magnetization )軸，而q 軸再逆時(shí)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

11、具體規(guī)定為M T坐標(biāo)系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向(FieldOrientation )的坐標(biāo)系。定子電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。要實(shí)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(shí)，曾嘗試直接檢測磁 鏈的方法，一種是在電機(jī)槽內(nèi)埋設(shè)探測線圈，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(jì)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(shí)時(shí)計(jì)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(jì)算模型有電壓模型和電流模型兩種，分析兩種模型的基本

12、原理， 比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)。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(yùn)行時(shí)，模型運(yùn)算困 難。根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型是電流模型，采用電流模型法時(shí)，由于存在一階滯后環(huán)節(jié)，在動(dòng)態(tài)過程中難以保證控制精 度。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(diǎn)，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 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(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面

13、，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，矢量控制系統(tǒng)(Vector Control System),進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流(代表磁動(dòng)勢) 的空間矢量，通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)。性能與特點(diǎn)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，肩轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的特征，指出它們的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。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(dòng)機(jī)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(lì)磁分量 smi和轉(zhuǎn)矩分量sti ,使轉(zhuǎn)子磁鏈r巾僅由定子 電流勵(lì)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也，實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦。而按定子磁鏈定向?qū)⒍ㄗ与妷悍纸鉃閮蓚€(gè)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(gè)分量sdi和sqi的影響，使受電流擾動(dòng)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