運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)習(xí)題集解交流部分

1、第二篇 交流調(diào)速系統(tǒng)習(xí)題五 閉環(huán)控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)- 一種轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)5-1按照交流異步電從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm可分成兩部分：一部分是拖動(dòng)負(fù)載的有效功率P2，稱(chēng)作機(jī)械功率；另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率PS, 根據(jù)對(duì)PS的處理方式的不同，可把交流調(diào)速系統(tǒng)分成哪幾類(lèi)？并舉例說(shuō)明。 答：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，是評(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點(diǎn)出發(fā)，可以把異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類(lèi) 。 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：這種類(lèi)型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，上述的第降電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速這三種調(diào)速方法都屬

2、于這一類(lèi)。在三類(lèi)異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類(lèi)系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時(shí)效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來(lái)?yè)Q取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)）。可是這類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價(jià)值。 .轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)：在這類(lèi)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(guò)變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，上述第繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速方法屬于這一類(lèi)。無(wú)論是饋出還是饋入的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉(zhuǎn)化成有用的功率，因此這類(lèi)系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設(shè)備。 轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)：在這類(lèi)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損，而且無(wú)論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變

3、，因此效率更高，上述的變極對(duì)數(shù)調(diào)速和變壓變頻調(diào)速等調(diào)速方法屬于此類(lèi)。其中變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的，應(yīng)用場(chǎng)合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速；但在定子電路中須配備與電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本最高。 5-2 有一臺(tái)三相四極異步電動(dòng)機(jī)，其額定容量為5.5KW, 頻率為50HZ，在某一情況下運(yùn)行，自定子方面輸入的功率P1為6.32 KW，定子銅損耗Pcu1為341W，轉(zhuǎn)子銅損耗Pcu2為237.5 W，鐵心損耗PFe為167.5 W，機(jī)械損耗Ps為45 W，附加損耗Pf為29 W，是繪出該電動(dòng)機(jī)的功率流程圖，注明各項(xiàng)功率或損耗的值，并計(jì)算在

4、這一運(yùn)行情況下該電動(dòng)機(jī)的效率、轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速。答：根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的功率流圖，可以求出該電動(dòng)機(jī)的效率：P1PmPoutP2Pcu1PFePcu2Ps + Pf電機(jī)功率流圖=87% Pm = P1-Pcu1-Pfe=6320-341-167.5=5811.5 Ps=S Pm =45 W S=0.0077 三相四極異步電動(dòng)機(jī)n0=1500r/min n= n0(1-s)=1384 r/min5-3 簡(jiǎn)述交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合.答: 變壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速方法中比較簡(jiǎn)便的一種。 由電力拖動(dòng)原理可知，當(dāng)異步電機(jī)等效電路的參數(shù)不變時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，因此，改變定子

5、外加電壓就可以改變機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動(dòng)機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動(dòng)機(jī)，如專(zhuān)供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動(dòng)機(jī)，或者在繞線式電動(dòng)機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。 為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍，當(dāng)調(diào)速在2：1以上的場(chǎng)合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個(gè)能提供電壓變化的電源。目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。其中以晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)

6、壓調(diào)速的特點(diǎn)：調(diào)壓調(diào)速線路簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。調(diào)壓過(guò)程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。5-4 何謂軟起動(dòng)器? 交流異步電動(dòng)機(jī)采用起啟動(dòng)器有什么好處?答：現(xiàn)代帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自動(dòng)衰減下來(lái)，起動(dòng)時(shí)間也短于一級(jí)降壓起動(dòng)。主電路采用晶閘管交流調(diào)壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓來(lái)保證恒流起動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長(zhǎng)期工作. 視起動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小，起動(dòng)電流可在 (0.54) IsN 之間調(diào)整，以獲得最佳的起動(dòng)效果，但無(wú)論如何調(diào)整都不宜于滿(mǎn)載起動(dòng)。負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，可在起動(dòng)時(shí)突加短時(shí)的脈沖電流

7、，以縮短起動(dòng)時(shí)間。 軟起動(dòng)的功能同樣也可以用于制動(dòng)，用以實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)。 常用的三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，而且性能良好，運(yùn)行可靠。對(duì)于小容量電動(dòng)機(jī)，只要供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器的容量足夠大（一般要求比電機(jī)容量大4倍以上），而供電線路并不太長(zhǎng)（起動(dòng)電流造成的瞬時(shí)電壓降落低于10%15%），可以直接通電起動(dòng)，操作也很簡(jiǎn)便。對(duì)于容量大一些的電動(dòng)機(jī)，問(wèn)題就不這么簡(jiǎn)單了當(dāng)電壓降低時(shí)，起動(dòng)電流將隨電壓成正比地降低，從而可以避開(kāi)起動(dòng)電流沖擊的高峰。 但是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減小將比起動(dòng)電流的降低更快，降壓起動(dòng)時(shí)又會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩夠不夠的問(wèn)題。為了避免這個(gè)麻煩，降壓起動(dòng)只適用于中、大容量電動(dòng)機(jī)空載

8、（或輕載）起動(dòng)的場(chǎng)合。 5-5、用三個(gè)晶閘管接成星點(diǎn)三角形的三相交流調(diào)壓電路，給電阻性負(fù)載供電。(1) 試畫(huà)出當(dāng)¶150時(shí)的A相輸出電壓波形。(2) 說(shuō)明對(duì)觸發(fā)脈沖的寬度有何要求。(3) 求控制角最大移相范圍。見(jiàn)參考文獻(xiàn)1的P117例題6-15-6、衡量調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)是調(diào)速范圍D、靜差率S、和負(fù)載匹配情況。 調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin 靜差率S=nnom/n0*100%對(duì)轉(zhuǎn)差率要求高，同時(shí)要求調(diào)速范圍大（D大S?。r(shí)，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。和負(fù)載匹配情況：一般要求：恒功率負(fù)載用恒功率調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。5-7：請(qǐng)比較直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺

9、點(diǎn),并說(shuō)明今后電力傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展的趨勢(shì).答：* 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣,易于實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速,起動(dòng)、制動(dòng)性能好，過(guò)載轉(zhuǎn)矩大，可靠性高，動(dòng)態(tài)性能良好。缺點(diǎn)：有機(jī)械整流器和電刷，噪聲大，維護(hù)困難；換向產(chǎn)生火花，使用環(huán)境受限；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容量、轉(zhuǎn)速、電壓受限。* 交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（正好與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相反）優(yōu)點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便、造價(jià)低廉，使用環(huán)境廣，運(yùn)行可靠，便于制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓電機(jī)。大量被用來(lái)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速基本不變的生產(chǎn)機(jī)械。缺點(diǎn)：調(diào)速性能比直流電機(jī)差。發(fā)展趨勢(shì)：用直流調(diào)速方式控制交流調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的調(diào)速性能;或采用同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng).5-8、從

10、定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm = 軸上輸出功率 + 轉(zhuǎn)差功率 ，其中轉(zhuǎn)差功率消耗型的調(diào)速系統(tǒng)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；轉(zhuǎn)差功率不變型的調(diào)速系統(tǒng)有 變壓變頻調(diào)速、變極對(duì)數(shù)調(diào)速；轉(zhuǎn)差功回饋型的調(diào)速系統(tǒng)有 繞線式電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速、雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速。5-9、異步電動(dòng)機(jī)在變壓調(diào)速工作時(shí)，其最大轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)電壓的降低而_減小_。5-10、對(duì)普通的籠型異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)它帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載作變壓調(diào)速工作時(shí)，其調(diào)速范圍在_0到額定轉(zhuǎn)速_之間。5-11、從對(duì)轉(zhuǎn)差功率的處理方式來(lái)看，交流調(diào)速系統(tǒng)可分為：_差功率消耗型_、_轉(zhuǎn)差功率不變型_和_轉(zhuǎn)差功回饋型_三大類(lèi)。5-12、變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式為：基頻以下采

11、用_恒轉(zhuǎn)矩_控制方式；基頻以上采用_恒功率_控制方式。5-13、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于（ A ）。A、轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) B、轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)C、轉(zhuǎn)差功回饋型調(diào)速系統(tǒng)； D、不能確定5-15 VSC (矢量變換控制)：Vector Control System，將異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換可以等效成直流電動(dòng)機(jī)，那么，模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動(dòng)機(jī)。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動(dòng)勢(shì)）的空間矢量，所以這樣通過(guò)坐標(biāo)變換的控制系統(tǒng)。j j 給定信號(hào)控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機(jī)模型+i*m1i*t1

12、w1i*a1i*b1i*Ai*Bi*CiAiBiCia1i1im1it1反饋信號(hào)異步電動(dòng)機(jī)5-17 DTC (直接轉(zhuǎn)矩控制)：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(chǎng)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(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)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(jiǎn)化處理，沒(méi)有通常的PWM信號(hào)發(fā)生器，它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)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?xún)?nèi)。且無(wú)超調(diào)，是一種具有高性能的交流調(diào)速方法。5-15三

13、相異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)：常用的三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，而且性能良好，運(yùn)行可靠。對(duì)于小容量電動(dòng)機(jī)，只要供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器的容量足夠大（一般要求比電機(jī)容量大4倍以上），而供電線路并不太長(zhǎng)（起動(dòng)電流造成的瞬時(shí)電壓降落低于10%15%），可以直接通電起動(dòng)，操作也很簡(jiǎn)便。對(duì)于容量大一些的電動(dòng)機(jī)，由于異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為正常工作電流的57倍，大功率電動(dòng)機(jī)的頻繁起動(dòng)可能回造成輸電線路壓降增大，損耗增加，影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。如果采用當(dāng)電壓降低時(shí)，起動(dòng)電流將隨電壓成正比地降低，從而可以避開(kāi)起動(dòng)電流沖擊的高峰。但是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減小將比起動(dòng)電流的降低更快，降壓起動(dòng)時(shí)又會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

14、夠不夠的問(wèn)題。為了避免這個(gè)麻煩，降壓起動(dòng)只適用于中、大容量電動(dòng)機(jī)空載（或輕載）起動(dòng)的場(chǎng)合。現(xiàn)代帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自動(dòng)衰減下來(lái)，起動(dòng)時(shí)間也短于一級(jí)降壓起動(dòng)。主電路采用晶閘管交流調(diào)壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓來(lái)保證恒流起動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長(zhǎng)期工作. 視起動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小，起動(dòng)電流可在 (0.54) IsN 之間調(diào)整，以獲得最佳的起動(dòng)效果，但無(wú)論如何調(diào)整都不宜于滿(mǎn)載起動(dòng)。負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，可在起動(dòng)時(shí)突加短時(shí)的脈沖電流，以縮短起動(dòng)時(shí)間。習(xí)題六 籠型異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)(VVVF系統(tǒng))6-1

15、簡(jiǎn)述恒壓頻比控制方式答：在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持電機(jī)中每極磁通量m為額定值不變。如果磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過(guò)分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，m保持不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通m由定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就需要，要控制好Eg和f1，便可達(dá)到控制磁通m的目的，對(duì)此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)

16、為定子相電壓 Us Eg，則得Us/ f1=C這是恒壓頻比的控制方式。但是，在低頻時(shí) Us 和 Eg 都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓 Us 抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從f1N向上升高，但定子電壓Us卻不可能超過(guò)額定電壓USN ，最多只能保持Us = USN ，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。6-2 簡(jiǎn)述異步電動(dòng)機(jī)在下面四種不同的電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性，并進(jìn)行比較： 恒壓恒頻正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性； 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； 基頻以上恒壓頻比控

17、制（弱磁調(diào)速）時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性； 恒流正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；答： 異步電機(jī)在恒壓恒頻正弦波供電時(shí)的機(jī)械特性方程式 Te= f (s)。 當(dāng)定子電壓 Us 和電源角頻率 w1 恒定時(shí)，可以改寫(xiě)成如下形式： 當(dāng)s很小時(shí)，轉(zhuǎn)矩近似與s成正比，機(jī)械特性 Te = f（s）是一段直線；s接近于1時(shí)轉(zhuǎn)矩近似與s成反比，這時(shí)，smnn0sTe010TeTemaxTemax Te = f（s）是對(duì)稱(chēng)于原點(diǎn)的一段雙曲線。 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；當(dāng) Us /w1 為恒值時(shí)，對(duì)于同一轉(zhuǎn)矩 Te ，sw1 是基本不變的，因而 Dn 也是基本不變的。這就是說(shuō)，在恒壓頻比的條

18、件下改變頻率 w1 時(shí)，機(jī)械特性基本上是平行下移，。它們和直流他勵(lì)電機(jī)變壓調(diào)速時(shí)的情況基本相似。所不同的是，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，轉(zhuǎn)速再降低，特性就折回來(lái)了。而且頻率越低時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值越小最On補(bǔ)償定子壓降后的特性大轉(zhuǎn)矩 Temax 是隨著的 w1 降低而減小的。頻率很低時(shí)，Temax太小將限制電機(jī)的帶載能力，采用定子壓降補(bǔ)償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷篣s，可以增強(qiáng)帶載能力。 基頻以上恒壓頻比控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；在基頻以上變頻調(diào)速時(shí)，由于定子電壓 Us= UsN 不變，機(jī)械特性方程式可寫(xiě)成 當(dāng)角頻率提高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，而形狀基本不變。由于頻率提高而電壓不變，氣隙

19、磁通勢(shì)必減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩恒功率調(diào)速O<<<的減小，但轉(zhuǎn)速升高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變。所以基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。以上所分析的機(jī)械特性都是在正弦波電壓供電下的情況。如果電壓源含有諧波，將使機(jī)械特性受到扭曲，并增加電機(jī)中的損耗。因此在設(shè)計(jì)變頻裝置時(shí)，應(yīng)盡量減少輸出電壓中的諧波。 恒流正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；在變頻調(diào)速時(shí)，保持異步電機(jī)定子電流的幅值恒定，叫作恒流控制，電流幅值恒定是通過(guò)帶PI調(diào)節(jié)器的電流閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)的，這種系統(tǒng)不僅安全可靠而且具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能。恒流供電時(shí)的機(jī)械特性與上面分析的恒壓機(jī)械特性不同，TeOn恒流機(jī)械特性與恒壓機(jī)械特性的形狀相似

20、，都有理想空載轉(zhuǎn)速點(diǎn)（s=0，Te= 0）和最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)（ sm ，Temax ）。兩類(lèi)特性的特征有所不同，恒流機(jī)械特性的線性段比較平，而最大轉(zhuǎn)矩處形狀很尖。 恒流機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩值與頻率無(wú)關(guān)，恒流變頻時(shí)最大轉(zhuǎn)矩不變，但改變定子電流時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比。由于恒流控制限制了電流 Is，而恒壓供電時(shí)隨著轉(zhuǎn)速的降低Is會(huì)不斷增大，所以在額定電流時(shí) Temax|的要比額定電壓時(shí)的Temax|小得多，但這并不影響恒流控制的系統(tǒng)承擔(dān)短時(shí)過(guò)載的能力，因?yàn)檫^(guò)載時(shí)可以短時(shí)加大定子電流，以產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。6-3 如何區(qū)別交-直-交變壓變頻器是電壓源變頻器還是電流源變頻器，它們?cè)谛阅苌嫌惺裁床町?？答：?

21、直-交變壓變頻器先將工頻交流電源通過(guò)整流器變換成直流，再通過(guò)逆變器變換成可控頻率和電壓的交流。在交-直-交變壓變頻器中，按照中間直流環(huán)節(jié)直流電源性質(zhì)的不同，逆變器可以分成電壓源型和電流源型兩類(lèi)，兩種類(lèi)型的實(shí)際區(qū)別在于直流環(huán)節(jié)采用怎樣的濾波器。電壓源型逆變器（Voltage Source Inverter-VSI ），直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波，因而直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個(gè)內(nèi)阻為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)電壓型逆變器。電流源型逆變器（Current Source Inverter- CSI），直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，直流電流波形比較平直，相當(dāng)于一個(gè)恒流源，輸出

22、交流電流是矩形波或階梯波，或簡(jiǎn)稱(chēng)電流型逆變器。兩類(lèi)逆變器在主電路上雖然只是濾波環(huán)節(jié)的不同，在性能上卻帶來(lái)了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下： 無(wú)功能量的緩沖 在調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器的負(fù)載是異步電機(jī)，屬感性負(fù)載。在中間直流環(huán)節(jié)與負(fù)載電機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無(wú)功功率的交換。濾波器除濾波外還起著對(duì)無(wú)功功率的緩沖作用，使它不致影響到交流電網(wǎng)。因此，兩類(lèi)逆變器的區(qū)別還表現(xiàn)在采用什么儲(chǔ)能元件（電容器或電感器）來(lái)緩沖無(wú)功能量。 能量的回饋 用電流源型逆變器給異步電機(jī)供電的電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)有一個(gè)顯著特征，就是容易實(shí)現(xiàn)能量的回饋，從而便于四象限運(yùn)行，適用于需要回饋制動(dòng)和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。6-4

23、 電壓源型逆變器輸出電壓是方波，輸出電流近似正弦波；電流源型逆變器輸出電流是方波，輸出電壓近似正弦波；能否據(jù)此得出電壓源型逆變器輸出電流的諧波成分比電流源型逆變器輸出電流的諧波成分小的結(jié)論？在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，負(fù)載電動(dòng)機(jī)希望達(dá)到的是正弦波電壓還是正弦波電流？電壓源型逆變器輸出電壓是方波，輸出電流近似正弦波；電流源型逆變器輸出電流是方波，輸出電壓近似正弦波。在逆變器輸出電流總有效值相等的情況下，電壓源型逆變器輸出電流的諧波成分比電流源型逆變器輸出電流的諧波成分小。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓控制響應(yīng)慢，不易波動(dòng)，所以適于做多臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源，或單臺(tái)電機(jī)調(diào)速但不要求快速起

24、制動(dòng)和快速減速的場(chǎng)合。采用電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反，不適用于多電機(jī)傳動(dòng)，但可以滿(mǎn)足快速起制動(dòng)和可逆運(yùn)行的要求。6-5 采用二極管不控整流器和功率開(kāi)關(guān)器件脈寬調(diào)制（PWM）逆變器組成的交-直-交變壓變頻器有什么優(yōu)點(diǎn)？答：交-直-交變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個(gè)“中間直流環(huán)節(jié)”，所以又稱(chēng)間接式的變壓變頻器。具體的整流和逆變電路種類(lèi)很多，當(dāng)前應(yīng)用最廣的是由二極管組成不控整流器和由功率開(kāi)關(guān)器件組成的脈寬調(diào)制（PWM）逆變器，簡(jiǎn)稱(chēng)PWM變壓變頻器，PWM變壓變頻器的應(yīng)用之所以如此廣泛，是由于它具有如下的一系列優(yōu)點(diǎn)：在主電路整流和逆變兩個(gè)單元中，只有逆變單元可控，通過(guò)它同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻

25、率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。采用全控型的功率開(kāi)關(guān)器件，只通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓脈沖進(jìn)行控制，電路也簡(jiǎn)單，效率高。輸出電壓波形雖是一系列的PWM波，但由于采用了恰當(dāng)?shù)腜WM控制技術(shù)，正弦基波的比重較大，影響電機(jī)運(yùn)行的低次諧波受到很大的抑制，因而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，動(dòng)態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也得以提高。采用不可控的二極管整流器，電源側(cè)功率因素較高，且不受逆變輸出電壓大小的影響。 PWM變壓變頻器常用的功率開(kāi)關(guān)器件有：P-MOSFET，IGBT，GTO和替代GTO的電壓控制器件如IGCT、IEGT等。6-6 如何改變由晶閘管組成的交-交變壓變頻

26、器的輸出電壓和頻率？這種變頻器適合于什么場(chǎng)合？為什么？答：交-交變壓變頻器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示，它只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源直接變換成VVVF輸出，因此又稱(chēng)直接式變壓變頻器。有時(shí)為了突出其變頻功能，也稱(chēng)作周波變換器（Cycloconveter）。 常用的交-交變壓變頻器輸出的每一相都是一個(gè)由正、反兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。也就是說(shuō)，每一相都相當(dāng)于一套直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的反并聯(lián)可逆線路。要獲得正弦波輸出，就必須在每一組整流裝置導(dǎo)通期間不斷改變其控制角。例如：在正向組導(dǎo)通的半個(gè)周期中，使控制角a由ð/2（對(duì)應(yīng)于平均電壓u0 = 0）逐漸減小到0（對(duì)應(yīng)于

27、u0 最大），然后再逐漸增加到ð/2（u0再變?yōu)?），當(dāng)a角按正弦規(guī)律變化時(shí)，半周中的平均輸出電壓正弦波。對(duì)反向組負(fù)半周的控制也是這樣。 6-7 交流PWM變換器和直流PWM變換器有什么異同？答：交流PWM變換器是以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（Carrier wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（Modulation wave），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。按照波形面積相等的原則，每一個(gè)矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波

28、面積相等，因而這個(gè)序列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱(chēng)作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse width modulation，簡(jiǎn)稱(chēng)SPWM），這種序列的矩形波稱(chēng)作SPWM波。 如果在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)，三角載波只在正或負(fù)的一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的SPWM波也只處于一個(gè)極性的范圍內(nèi)，叫做單極性控制方式。 如果在正弦調(diào)制波半個(gè)周期內(nèi)，三角載波在正負(fù)極性之間連續(xù)變化，則SPWM波也是在正負(fù)之間變化，叫做雙極性控制方式。直流PWM變換器作用是：用PWM調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

29、PWM變換器電路有多種形式，主要分為不可逆（直流降壓斬波器）與可逆（橋式H形電路）其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，這里只著重分析最常用的雙極式控制的可逆PWM變換器。6-8 請(qǐng)你外出時(shí)到一個(gè)變頻器廠家或變頻器專(zhuān)賣(mài)店索取一份任意型號(hào)的通用變頻器資料，用它與異步電動(dòng)機(jī)組成一個(gè)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)，然后說(shuō)明該系統(tǒng)的工作原理。（學(xué)生自己完成）6-9 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠仿照直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制，但是其動(dòng)靜態(tài)性能卻不能完全達(dá)到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，這是為什么？由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠象直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)那樣具有較好

30、的靜、動(dòng)態(tài)性能，是一個(gè)比較優(yōu)越的控制策略，結(jié)構(gòu)也不算復(fù)雜。 然而，它的靜、動(dòng)態(tài)性能還不能完全達(dá)到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個(gè)方面：在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時(shí)，是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通öm恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動(dòng)態(tài)中öm如何變化還沒(méi)有深入研究，但肯定不會(huì)恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)性能。Us = f (w1 , Is) 函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒(méi)有控制到電流的相位，而在動(dòng)態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 w1 = ws + w ，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差

31、頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會(huì)直接給頻率造成誤差，因?yàn)樗羞@些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無(wú)衰減地傳遞到頻率控制信號(hào)上來(lái)了。6-10 在轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率的測(cè)量值大于或小于實(shí)際值時(shí)，將給系統(tǒng)工作造成怎樣的影響？在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 w1 = ws + w ，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會(huì)直接給頻率造成誤差，因?yàn)樗羞@些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無(wú)衰減地傳遞到頻率控制信號(hào)上來(lái)了。當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率的測(cè)量值大于實(shí)際值時(shí)，在頻率控制環(huán)節(jié)中，取w1* = ws*+w， 轉(zhuǎn)差頻率給定ws*

32、，與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)w 相加，即得定子頻率給定信號(hào)w1*，由于正反饋，系統(tǒng)的實(shí)際值越來(lái)越小，系統(tǒng)工作性能變差。6-11 分別簡(jiǎn)述直接矢量控制系統(tǒng)和間接矢量控制系統(tǒng)的工作原理，磁鏈定向的精度受哪些參數(shù)的影響？帶轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)又稱(chēng)直接矢量控制系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速；磁鏈給定信號(hào)由函數(shù)發(fā)生程序獲得；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，弱磁時(shí)它還受到磁鏈給定信號(hào)的控制；在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對(duì)控制對(duì)象的影響相當(dāng)于一種擾動(dòng)作用，因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制，從而改造了轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，使它少受磁鏈變化的影響。在磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁鏈反饋信號(hào)是由磁鏈模型獲得的，其幅值和相位都受到

33、電機(jī)參數(shù) Tr 和 Lm 變化的影響，造成控制的不準(zhǔn)確性。有鑒于此，很多人認(rèn)為，與其采用磁鏈閉環(huán)控制而反饋不準(zhǔn)，不如采用磁鏈開(kāi)環(huán)控制，系統(tǒng)反而會(huì)簡(jiǎn)單一些。在這種情況下，常利用矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差公式，構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)，又稱(chēng)間接矢量控制系統(tǒng)。它繼承了基于穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)用基于動(dòng)態(tài)模型的矢量控制規(guī)律克服了它的大部分不足之處。轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的主電路采用了交-直-交電流源型變頻器，適用于數(shù)千kW的大容量裝置，在中、小容量裝置中多采用帶電流控制的電壓源型PWM變壓變頻器，磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場(chǎng)定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)確定，靠矢量控制方程保證，并沒(méi)有實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子磁

34、鏈及其相位，所以屬于間接矢量控制。6-12 試比較轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型和電流模型的運(yùn)算方法及優(yōu)缺點(diǎn)。答：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(hào)，以供磁鏈反饋和除法環(huán)節(jié)的需要。開(kāi)始提出矢量控制系統(tǒng)時(shí)，曾嘗試直接檢測(cè)磁鏈的方法，一種是在電機(jī)槽內(nèi)埋設(shè)探測(cè)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。從理論上說(shuō)，直接檢測(cè)應(yīng)該比較準(zhǔn)確，但實(shí)際上這樣做都會(huì)遇到不少工藝和技術(shù)問(wèn)題，而且由于齒槽影響，使檢測(cè)信號(hào)中含有較大的脈動(dòng)分量，越到低速時(shí)影響越嚴(yán)重。因此，現(xiàn)在實(shí)用的系統(tǒng)中，多采用間接計(jì)算的方法，即利用容易測(cè)得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號(hào)，利用轉(zhuǎn)子磁鏈模型，實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈的

35、幅值與相位。利用能夠?qū)崪y(cè)的物理量的不同組合，可以獲得多種轉(zhuǎn)子磁鏈模型：轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型適合于以中、高速運(yùn)行的系統(tǒng)（當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速的10時(shí)，若忽略定子電阻影響，在低速時(shí)誤差較大，甚至無(wú)法應(yīng)用，必要時(shí)，只好在低速時(shí)切換到電流模型，以達(dá)到提高魯棒性的優(yōu)點(diǎn)。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的10時(shí)，定子電阻壓降不可忽略，切換到電流模型。即根據(jù)測(cè)得的定子電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈。6-13 坐標(biāo)變換是矢量控制的基礎(chǔ)，試分析交流電機(jī)矢量變換的基本概念和方法。答：將異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換可以等效成直流電動(dòng)機(jī)，那么，模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動(dòng)機(jī)。由

36、于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動(dòng)勢(shì)）的空間矢量，所以這樣通過(guò)坐標(biāo)變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCS（Vector Control System）矢量變換控制系統(tǒng)TCS(Trans-vector Control System)。坐標(biāo)變換有： 靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C）旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q-0）， P246 cos sin C3S/2R= cos(-120) sin(-120) Cos(+120) sin(+120) 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C），C2R /3S= C3S/2R-1 靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C）靜止的兩相坐標(biāo)（-0），零軸電流 1 - -C3S/2s

37、= 0 - K K K 靜止的兩相坐標(biāo)（-0）靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C），C2s /3S= C3S/2s-1 靜止的兩相坐標(biāo)（-）旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）, C2s /2R= cos sin -sin cos 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）靜止的兩相坐標(biāo)（-）C2s /2R= C2R/2s-1 直角坐標(biāo)與極坐標(biāo) I= =artg() 或 I= =artg() 因?yàn)樵?90變化時(shí), tg的變化范圍是0,這個(gè)變化范圍太大,常改用下式求值:=2artg()坐標(biāo)變換原則有功率不變?cè)瓌t和空間矢量不變?cè)瓌t兩種。功率不變?cè)瓌t是保持坐標(biāo)變換前后的電動(dòng)機(jī)功率不變，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用較多?？臻g矢量不變?cè)瓌t是保持坐標(biāo)

38、變換前后的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)等空間矢量的相位、幅值不變。6-14 按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）系統(tǒng)與磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制的基本概念和方法。答：直接轉(zhuǎn)矩控制：通過(guò)改變電機(jī)磁場(chǎng)對(duì)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)。按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)： lASR的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)； l設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變化對(duì)轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了近似的解耦。轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制器：用滯環(huán)控制器取代通常的PI調(diào)節(jié)器。DTC控制特點(diǎn)：與VC系統(tǒng)一樣，它也是分別控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁鏈，但在具體

39、控制方法上，DTC系統(tǒng)與VC按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）系統(tǒng)的系統(tǒng)不同的特點(diǎn)是： 1）轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰-砰控制器，并在 PWM 逆變器中直接用這兩個(gè)控制信號(hào)產(chǎn)生電壓的SVPWM 波形，從而避開(kāi)了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈分量，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制，簡(jiǎn)化了控制器的結(jié)構(gòu)。 2）選擇定子磁鏈作為被控量，而不象VC系統(tǒng)中那樣選擇轉(zhuǎn)子磁鏈，這樣一來(lái)，計(jì)算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。如果從數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)按定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)復(fù)雜，但是，由于采用了砰-砰控制，這種復(fù)雜性對(duì)控制器并沒(méi)有影響。3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或

40、負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過(guò)大的沖擊電流，以免損壞功率開(kāi)關(guān)器件，因此實(shí)際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快速性也是有限的。6-15 試分析并解釋矢量控制系統(tǒng)與直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。答：+ 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(chǎng)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(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)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(jiǎn)化處理，沒(méi)有通常的PWM信號(hào)發(fā)生器，它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)處理的物理結(jié)構(gòu)明確。該控

41、制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以?xún)?nèi)。且無(wú)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(duì)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(jiǎn)單；直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)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(guò)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(duì)逆變器的功率開(kāi)關(guān)進(jìn)行綜合控制，開(kāi)關(guān)次數(shù)少，

42、開(kāi)關(guān)損耗少。6-16 名詞解釋?zhuān)?DTC DSC SPWM 原型電動(dòng)機(jī)DTC(Direct Torque Control)或DSC（Direct Self Control）：直接轉(zhuǎn)矩控制，通過(guò)改變電機(jī)磁場(chǎng)對(duì)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(lái)替代。三角波載波信號(hào)Ut與一組三相對(duì)稱(chēng)的正弦參考電壓信號(hào)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(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。逆變器輸出電壓的基波正是調(diào)制時(shí)

43、所要求的正弦波，調(diào)節(jié)正弦波參考信號(hào)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。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(duì)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。6-17、三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括： 電壓 方程、 磁鏈 方程、 轉(zhuǎn)矩 方程和 運(yùn)動(dòng) 方程6-18、將三相交流電機(jī)變換成兩極直流電機(jī)的物理模型要經(jīng)過(guò)的坐標(biāo)變換有哪些？ 先將靜止的三相坐標(biāo)A-B-C轉(zhuǎn)換成靜止的兩相坐標(biāo)-，再將靜止的兩相坐標(biāo)-換成旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)d-q或極坐標(biāo)(M-T)。6-19、什么是矢量控制系統(tǒng)VCS或

44、TCS矢量變換控制系統(tǒng)？請(qǐng)畫(huà)出矢量控制系統(tǒng)的構(gòu)思框圖，并簡(jiǎn)述其工作原理。將異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換可以等效成直流電動(dòng)機(jī)，那么，模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動(dòng)機(jī)。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動(dòng)勢(shì)）的空間矢量，所以這樣通過(guò)坐標(biāo)變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCS（Vector Control System）矢量變換控制系統(tǒng)TCS(Trans-vector Control System)。6-20、三相異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)6-21、請(qǐng)寫(xiě)出下圖交-直-交電壓源變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。 GFCM33U給定T

45、A函數(shù)發(fā)生器頻率給定動(dòng)態(tài)校正器極性鑒別器壓頻變換器環(huán)形分配器脈沖放大器URVSICd給定積分器絕對(duì)值發(fā)生器UgiUabsU*vUvU*iUi+-+ASRACR答： 主回路：對(duì)稱(chēng)工頻三相電源供電給交-直-交電流源間接變頻器，變頻器輸出可調(diào)壓調(diào)頻的交流電給三相異步電動(dòng)機(jī)。變頻器的整流部分是由晶閘管組成的半控三相橋式整流器，通過(guò)電流調(diào)節(jié)器的輸出產(chǎn)生觸發(fā)脈沖控制六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通，進(jìn)行調(diào)壓。變頻器的逆變部分是由晶閘管組成的半控三相橋式逆變器CSI，通過(guò)壓頻變換器的輸出觸發(fā)脈沖控制相應(yīng)晶閘管的導(dǎo)通，進(jìn)行調(diào)頻。 電流內(nèi)環(huán)：由電流互感器檢測(cè)變頻器輸入交流電流，經(jīng)整流變成直流，作為反饋電流（Ui），給定電流（U

46、*i）相比較，其偏差作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，電流調(diào)節(jié)器的輸出產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，這些觸發(fā)脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大并隔離，控制整流器六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通。 轉(zhuǎn)速外環(huán)：由電壓互感器檢測(cè)變頻器輸出交流電壓，經(jīng)整流變成直流，作為反饋電壓（UV）送入速度調(diào)節(jié)器；給定轉(zhuǎn)速（U*g）通過(guò)絕對(duì)值發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器后一路送入速度調(diào)節(jié)器，兩者的偏差作為速度調(diào)節(jié)器的輸入，速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定（U*i）。給定電流（U*g）通過(guò)絕對(duì)值發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器后另一路送入壓頻變換器進(jìn)行頻率控制，以保證電壓頻率協(xié)調(diào)控制。壓頻變換器輸出一系列脈沖，這些觸發(fā)脈沖經(jīng)環(huán)形分配器進(jìn)行脈沖分配，再由脈沖放大器進(jìn)行功率放大并隔離，控制逆

47、變器六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通。 給定轉(zhuǎn)速Ug經(jīng)極性鑒別器進(jìn)行極性鑒別，在環(huán)形分配器控制脈沖的相序，以便使電機(jī)按給定要求正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。6-22請(qǐng)寫(xiě)出下圖交-直-交電流源變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理。答： 主回路：對(duì)稱(chēng)工頻三相電源供電給交-直-交電壓源間接變頻器，變頻器輸出可調(diào)壓調(diào)頻的交流電給三相異步電動(dòng)機(jī)。變頻器的整流部分是由晶閘管組成的半控三相橋式整流器，通過(guò)電流調(diào)節(jié)器的輸出產(chǎn)生觸發(fā)脈沖控制六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通，進(jìn)行調(diào)壓。變頻器的逆變部分是由晶閘管組成的半控三相橋式逆變器，通過(guò)壓頻變換器的輸出觸發(fā)脈沖控制相應(yīng)晶閘管的導(dǎo)通，進(jìn)行調(diào)頻。(3分) 電流內(nèi)環(huán)：由電流互感器檢測(cè)變頻器輸入交流電流，經(jīng)整流變成直流，作為反饋電

48、流（Ui），給定電流（U*i）相比較，其偏差作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，電流調(diào)節(jié)器的輸出產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，這些觸發(fā)脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大并隔離，控制整流器六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通。(2分) 轉(zhuǎn)速外環(huán)：由電壓互感器檢測(cè)變頻器輸出交流電壓，經(jīng)整流變成直流，作為反饋電壓（UV）送入速度調(diào)節(jié)器；給定轉(zhuǎn)速（U*g）通過(guò)絕對(duì)值發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器后一路送入速度調(diào)節(jié)器，兩者的偏差作為速度調(diào)節(jié)器的輸入，速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定（U*i）。(2分) GFCM33U給定TA函數(shù)發(fā)生器頻率給定動(dòng)態(tài)校正器極性鑒別器壓頻變換器環(huán)形分配器脈沖放大器URVSICd給定積分器絕對(duì)值發(fā)生器UgiUabsU*vUvU*iUi+-+A

49、SRACR給定電流（U*g）通過(guò)絕對(duì)值發(fā)生器和函數(shù)發(fā)生器后另一路送入壓頻變換器進(jìn)行頻率控制，以保證電壓頻率協(xié)調(diào)控制。壓頻變換器輸出一系列脈沖，這些觸發(fā)脈沖經(jīng)環(huán)形分配器進(jìn)行脈沖分配，再由脈沖放大器進(jìn)行功率放大并隔離，控制逆變器六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通。(2分) 給定轉(zhuǎn)速Ug經(jīng)極性鑒別器進(jìn)行極性鑒別，在環(huán)形分配器控制脈沖的相序，以便使電機(jī)按給定要求正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。1分) 6-23、交流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速方法屬轉(zhuǎn)差功率（ C ）調(diào)速。A、消耗型; B、回饋型C、不變型; D、不存在型6-24、交流電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載作調(diào)壓調(diào)速時(shí)，其轉(zhuǎn)差功率與轉(zhuǎn)差率（B ）？A、無(wú)關(guān)系; B、成比例關(guān)系;C、成平方關(guān)系; D、成反比關(guān)

50、6-25、請(qǐng)寫(xiě)出下圖轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，并指出其優(yōu)缺點(diǎn)。URCSILdASRI1=f(s)ACRM3U*sUi*1TG+ U*s U1+Ui1U給定極性鑒別器絕對(duì)值發(fā)生器壓頻變換器環(huán)形分配器脈沖放大器U*i-+Ui- U TG函數(shù)發(fā)生器- U 6-26、PWM逆變器是利用正弦波信號(hào)與三角波信號(hào)相比較后，而獲得一系列（A）的脈沖波形。A、等幅不等寬; B、等寬不等幅;C、等幅等寬; D、不等寬不等幅;6-27、異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速時(shí)，采用（D）控制方式，可獲得一線性機(jī)械特性。A、U1f1=常值; B、Eg/f1=常值;C、Es/f1=常值; D、Er/f1=常值6-28、一般的

51、間接變頻器中，逆變器起（B）作用。A、調(diào)壓; B、調(diào)頻;C、調(diào)壓與逆變; D、調(diào)頻與逆變6-29、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本思想是控制（B）。A、電機(jī)的調(diào)速精度; B、電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩;C、電機(jī)的氣隙磁通; D、電機(jī)的定子電流6-30、按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向和矢量控制變頻調(diào)速成系統(tǒng)中，在（C）條件下，有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與定子電流轉(zhuǎn)矩分量成正比的關(guān)系。A、氣隙磁通恒定; B、轉(zhuǎn)子電流恒定;C、轉(zhuǎn)子磁鏈恒定; D、定子電流恒定6-31、在變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，若采用 U1/f1=常數(shù)控制，而不加補(bǔ)償措施，則電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)達(dá)矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速而下降.6-32、異步電動(dòng)機(jī)A、B、C、坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型經(jīng)_三相靜止/兩相靜止坐

52、標(biāo)轉(zhuǎn)換和兩相靜止/兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，可得到dqo坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型。6-33、SPWM的三種調(diào)制方式為:同步調(diào)制、異步調(diào)制和混合調(diào)制。6-34 消除指定次數(shù)諧波的脈沖寬度調(diào)制(SHEPWM) （Selected Harmonics Elimination Pulse Wide Modulation） 采用直接計(jì)算的下圖中各脈沖起始與終了相位a1， a2， a2m的方法，以消除指定次數(shù)的諧波，構(gòu)成近似正弦的PWM波形。 例如，取 m=5，可消除 4 個(gè)不同次數(shù)的諧波。常常希望消除影響最大的 5、7、11、13 次諧波，就讓這些諧波電壓的幅值為零，并令基波幅為需要值，可得一組三角函數(shù)的聯(lián)立方程。解出開(kāi)關(guān)時(shí)刻相位角， 然后再利用 1/4 周期對(duì)稱(chēng)性，計(jì)算出各值。一般用計(jì)算機(jī)離線求出開(kāi)關(guān)角的數(shù)值，放入微機(jī)內(nèi)存，以備控制時(shí)調(diào)用。6-35 電流滯環(huán)跟蹤控制的脈沖寬度調(diào)制CHBPWMCurrent Hysteresis Band Pulse Wide Modulation，將給定電流與輸出電流進(jìn)行比較，電流偏差超過(guò)時(shí) ±h，經(jīng)滯環(huán)控制器控制逆變器 A相上（或下）橋臂的功率器件動(dòng)作。如果， ia < i*a ， 且i*a - ia h，滯環(huán)控制器輸出正電平，驅(qū)動(dòng)上橋臂功率開(kāi)關(guān)器件V1