交流調(diào)速簡(jiǎn)答

1、直流調(diào)速系統(tǒng)：控制簡(jiǎn)單、調(diào)速平滑、性能良好。但換向器存在，維護(hù)工作量加大，單機(jī)容量、最高 轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制交流調(diào)速系統(tǒng)：交流調(diào)速系統(tǒng)，勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電 流互相耦合，調(diào)速困難?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)由交流電動(dòng)機(jī)、電力電子功率變 換器、控制器及電量檢測(cè)器組成，稱為變頻器。課后習(xí)題交流調(diào)速的主要應(yīng)用領(lǐng)域：1.冶金機(jī)械2.電氣 牽引3.數(shù)控機(jī)床4.礦井提升機(jī)械5.起重、裝卸機(jī) 械6.原子能及化工設(shè)備7.建筑電氣設(shè)備8.紡 織、食品機(jī)械異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，便于 維護(hù)，價(jià)格低廉。異步電動(dòng)的調(diào)速方法：改變電源頻率、改變極對(duì) 數(shù)以及改變轉(zhuǎn)差率。變頻調(diào)速的基本要求：1.保持磁通為額定值2.

2、保持電壓為額定值交一直一交變頻器與交一交變頻器的主要特點(diǎn) 比較：比較項(xiàng)目類型交一直一交變頻器交一交變頻器換能方式兩次換能，效率略低一次換能，效率高晶閘管換向方式強(qiáng)迫換向或負(fù)載換向電網(wǎng)換向所用器件數(shù)量較少較多調(diào)頻范圍頻率調(diào)節(jié)范圍寬一般情況下，輸出最高頻率為電網(wǎng)頻 率的1/31/2電網(wǎng)功率因素采用晶閘管可控整流調(diào)壓，低頻低 壓時(shí)功率因數(shù)較低，采用斬波器或 PWM方式調(diào)壓，功率因數(shù)高較低適用場(chǎng)所可用于各種電力拖動(dòng)裝置，穩(wěn)頻穩(wěn) 壓電源和不間斷電源適用于低速大功率拖動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速方法：他控式變頻調(diào)速、自 控式變頻調(diào)速。不同：他控式變頻調(diào)速采用獨(dú)立的 變頻器（即輸出頻率由外部振蕩器控制）作為同步 電

3、機(jī)的變壓變頻電源。自控式變頻器調(diào)速由電動(dòng)機(jī) 軸上所帶的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)來(lái)控制逆變 器的觸發(fā)換相，即采用輸出頻率由轉(zhuǎn)子位置來(lái)控制 的變壓變頻電源為同步電機(jī)供電。這樣就從內(nèi)部結(jié) 構(gòu)和原理上保證了頻率與轉(zhuǎn)速必然同步，構(gòu)成“自 控式”。各種變頻調(diào)速的基本原理：按結(jié)構(gòu)分為交一直一 交變頻器與交一交變頻器；按電源性質(zhì)分電壓型變頻器：變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)采 用大電容濾波，使直流電壓波形比較平直，對(duì)于負(fù) 載來(lái)說(shuō)，是一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，這類變頻調(diào) 速裝置叫做電壓源變頻器。是通用變頻器。電流型變頻器：變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)采 用大電感濾波，使直流電流波形比較平直，電源內(nèi) 阻很大，對(duì)負(fù)載來(lái)說(shuō)

4、基本是一個(gè)恒流源。這類變頻 調(diào)速裝置叫做電流源變頻器。采用電流源型變頻器 給異步電動(dòng)機(jī)供電的調(diào)速系統(tǒng)其顯著特點(diǎn)是容易 實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，從而便于四象限運(yùn)行。適用于需要 制動(dòng)和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的機(jī)械。PWM技術(shù)概念和意義：指利用全控型電力電子器件 的導(dǎo)通和關(guān)斷把電壓變成一定形狀的電壓脈沖，實(shí) 現(xiàn)變壓、變頻控制并且消除諧波的技術(shù)。降低或消 除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高電機(jī)的效率，擴(kuò)大調(diào)速范圍。2、PWM控制方式所引起的主要問(wèn)題有哪些？主要 用哪些性能指標(biāo)來(lái)描述主要問(wèn)題有電流畸變、變換器的開(kāi)關(guān)損耗、負(fù)載的 諧波損耗以及電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。這些影響可以用以 下性能指標(biāo)來(lái)描述。電流諧波載波比最大調(diào)制度 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)損

5、耗。PWM技術(shù)的應(yīng)用克服了相控原理的所有弊端，使交 流電動(dòng)機(jī)得到了接近正弦波形的電壓和電流，提高 了電機(jī)的功率因數(shù)和輸出效率。PWM模式的優(yōu)化：1、準(zhǔn)正弦波脈寬調(diào)制法；2、消 除特定諧波法；3、載波比N：載波的頻率fc與調(diào)制波頻率fr之比 調(diào)制比M： U血/Ucm調(diào)制信號(hào)（參考電壓）峰值與三 角載波信號(hào)峰值之比（m值在01之間變化，以調(diào) 節(jié)變換器輸出電壓的大小，它體現(xiàn)了直流側(cè)母線電 壓的利用率。在N值較大時(shí)，一般取最高的m = 0.80.9）。和調(diào)制比有關(guān)4、簡(jiǎn)述電壓SPWM的基本控制思想。電壓SPWM技術(shù)就是希望逆變器輸出電壓是正弦波 形，其含義是通過(guò)脈沖寬度（脈沖占空比）來(lái)調(diào)節(jié) 平均電壓的

6、方法電壓正弦波脈寬調(diào)制的基本思想：把電壓正弦半波 分為N等分，然后把每一份的正弦曲線與橫線所包 圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的等高矩形脈沖 來(lái)代替。調(diào)制法的工作原理：改變參考信號(hào)的幅值， 輸出電壓基波幅值隨之改變；改變參考信號(hào)的頻 率，輸出電壓的頻率隨之改變。調(diào)制信號(hào)生成方法： 單極性三角波調(diào)制（指參加三角載波和正弦參考 信號(hào)極性不變）雙極性三角波（指三角載波和正弦 參考信號(hào)是具有正負(fù)極變化的信號(hào)）。實(shí)現(xiàn)SPWM 的控制方式有三類：采用模擬電路，數(shù)字電路，模 擬與數(shù)字電路相結(jié)合的控制方式。取樣方法：自然 取樣法，對(duì)稱規(guī)則取樣法，（還有非對(duì)稱取樣法， 即階梯法）。5、電流正弦PWM技術(shù)本質(zhì)上是電

7、流閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)方 法很多，主要有PI控制、滯環(huán)控制及差拍預(yù)測(cè)控 制等集中，具有控制簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快和電壓利用 率高的特點(diǎn)。6、什么是電流滯環(huán)SPWM?它的特點(diǎn)是什么？ 即把正弦電流參考波形和電流的實(shí)際波形通過(guò)滯 環(huán)比較器進(jìn)行比較。其結(jié)果決定逆變器橋臂上下開(kāi) 關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是控制 簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、瞬時(shí)電流可以被限制，功率開(kāi)關(guān)器件得到自動(dòng)保護(hù)。其主要 缺點(diǎn)是相對(duì)的電流諧波較大。7、定子電壓空間矢量有幾個(gè)？其幅值為多少？ 答：空間矢量有8個(gè)，幅值分別為0和2Ud/38、電壓空間矢量PWM技術(shù)（磁鏈追蹤法）有什么 特點(diǎn)？添加零矢量的作用是什么？是從電機(jī)的角度出發(fā)，目的在于使交流電機(jī)

8、產(chǎn)生圓 形磁場(chǎng)，通過(guò)選擇逆變器的不同開(kāi)關(guān)模式，使電機(jī) 的實(shí)際磁鏈盡可能逼近理想磁鏈圓，從而生成PWM 波。具有電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、噪聲低、電壓利用率高 的優(yōu)點(diǎn)。添加零矢量的作用是改變磁鏈空間矢量的 運(yùn)動(dòng)速度，遵循使器件開(kāi)關(guān)次數(shù)最少的原則。10逆變器有哪八種開(kāi)關(guān)狀態(tài)，可以分為哪類？ 一類是工作狀態(tài)（三相負(fù)載并不都接相同的電位） 一類是零開(kāi)關(guān)狀態(tài)（三相負(fù)載接相同的電位，負(fù)載 電壓為 0） SASBSC 011001101 100110010 000111逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)逆變器的六個(gè)工作電壓狀態(tài)給出了六個(gè)不同方向 電壓空間矢量。他們周期性地順序出現(xiàn)，相鄰兩個(gè) 矢量之間相差60度。電壓空間矢量的幅值不變，

9、都等于4E/3。因此六個(gè)電壓空間矢量的頂點(diǎn)構(gòu)成了 正六邊形的頂點(diǎn)。零電壓矢量狀態(tài)“ 7”位于六邊 形中心。11、異步電動(dòng)機(jī)定子軸系的數(shù)學(xué)模型：電壓模型電 流模型。兩個(gè)模型必須配合使用，高速時(shí)用電壓模 型，低速時(shí)用電流模型。12、PWM技術(shù)（1）等寬PWM法（2 ）正弦PWM法（SPWM） （3）電流跟蹤型PWM （4）磁鏈追蹤PWM法13、變頻調(diào)速的基本要求及機(jī)械性能.保持磁通為額定值 a.E1/f 1恒定，（保持 E1/f1恒定進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩保持不變）b.保持U1/f 1恒定（保持 E1/f1恒定進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩將隨f1的降 低而降低（2）保持電壓為額定值（隨著頻率增加，轉(zhuǎn)

10、矩減少， 而轉(zhuǎn)速增加。根據(jù)P=TQ可近視地看作恒功率調(diào)速）14、交-直-交變頻器的基本電路包括整流電路和 逆變電路，整流電路將工頻交流電整成直流電，逆 變電路再將直流電逆變成頻率可調(diào)的三相交流電， 是整流變換的逆過(guò)程。其核心部分為逆變器。15、變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方 式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器； 按照開(kāi)、關(guān)方式分類，可以分為PAM （脈幅調(diào)制） 控制變頻器、PWM （脈寬調(diào)制）控制變頻器和高載頻PWM 控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控 制器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等； 按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用 變頻器、高頻變頻器、

11、單相變頻器和三相變頻器等。16、逆變電路由六只具有單向?qū)щ娦缘墓β拾雽?dǎo)體 開(kāi)關(guān)SlS6組成。每只功率開(kāi)關(guān)上反并聯(lián)一只續(xù)流 二極管，為負(fù)載的滯后電流提供一條反饋到電源的 通路。17、極據(jù)功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通持續(xù)時(shí)間不同，可以分為 180導(dǎo)電型和120導(dǎo)電型兩種工作方式。18、異步電動(dòng)機(jī)的坐標(biāo)系包括哪些？哪些是實(shí)際存 在的空間矢量？什么是坐標(biāo)變換矩陣？基本的變 換原則是什么？答：異步電動(dòng)機(jī)的坐標(biāo)系：定子坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)子坐標(biāo) 系、同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系實(shí)際存在的空間矢量：磁通、磁勢(shì)。坐標(biāo)變換矩陣：矢量坐標(biāo)變換的數(shù)學(xué)表達(dá)式常用矩 陣方程來(lái)表示：Y=AX將一組變量X變換為另一組變量Y，其中系數(shù) 矩陣A成為變換矩陣基本變換

12、原則：在確定電流變換矩陣時(shí)，應(yīng)遵守 變換前后所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效原則；在確定電 壓變換矩陣和阻抗變換矩陣時(shí)，應(yīng)遵守變換前后電 機(jī)功率不變的原則。19、轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康臋z測(cè)獲取有哪兩種方式。其特 點(diǎn)分別是什么？ 答：轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康臋z測(cè)有直接 法和間接法直接法：檢測(cè)精度高，在電機(jī)定子內(nèi)表面裝貼霍爾 元件或者在電機(jī)槽內(nèi)埋設(shè)探測(cè)線圈直接檢測(cè)轉(zhuǎn)子 磁鏈。在電機(jī)內(nèi)裝設(shè)元件會(huì)遇到不少工藝和技術(shù)問(wèn) 題間接法：即檢測(cè)交流電機(jī)的定子電壓，電流及轉(zhuǎn)速 等易得的物理量。利用轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)模型，實(shí)時(shí)計(jì) 算轉(zhuǎn)子磁鏈的模值和空間位務(wù)，結(jié)果依賴于電機(jī)參 數(shù)。20、三相靜止坐標(biāo)系下的異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型具 有以下特點(diǎn)：高階、非線性

13、、多變量、強(qiáng)耦合。21、什么是定向？什么是磁場(chǎng)定向？磁場(chǎng)定向軸的 選擇有哪些？ 答：定向：選擇特定的同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系，即確定M-T軸系的取向 磁場(chǎng)定向：選擇電 機(jī)某一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸作為特定的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)27、矢量控制異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)？可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制即甚低速亦能運(yùn) 行，因此調(diào)速范圍很寬廣，達(dá)100： 1或者1000:1；可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行精確控制；系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度很快；電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好；28、分析低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)低的 軸 磁場(chǎng)定向軸的選擇有三種：即轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向、 氣隙磁場(chǎng)定向、定子磁場(chǎng)方向。22、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的控制方程是什么？分別說(shuō)明什 么樣的物理意義？ 解：

14、(1)Tei=Cim W isT轉(zhuǎn) 矩大小正比于轉(zhuǎn)矩電流分量，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上， 如果按異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈定向，則異步電動(dòng)機(jī)的 電磁轉(zhuǎn)矩模型就與直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩模型完 全一樣。Wr= (Lmd/Trp+1) *ism Wr 與 ism 之間 的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)子磁鏈惟一由定子 電流矢量的勵(lì)磁電流分量ism產(chǎn)生。 isT= (TrWr/Lmd) * AW 當(dāng)磁鏈恒定時(shí)， 無(wú)論是穩(wěn)態(tài)還是動(dòng)態(tài)過(guò)程，轉(zhuǎn)差角頻率 W都與 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量isT成正比。23、變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾 波，使直流電壓波形比較平直，對(duì)于負(fù)載來(lái)說(shuō)，是 一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，這類變頻調(diào)速裝

15、置叫做 電壓源變頻器。是通用變頻器。變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波， 使直流電流波形比較平直，電源內(nèi)阻很大，對(duì)負(fù)載 來(lái)說(shuō)基本是一個(gè)恒流源。這類變頻調(diào)速裝置叫做電 流源變頻器。采用電流源型變頻器給異步電動(dòng)機(jī)供電的調(diào)速系 統(tǒng)其顯著特點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，從而便于四象 限運(yùn)行。適用于需要制動(dòng)和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的機(jī)械。24、最簡(jiǎn)單的電壓型變頻器由可控整流器和電壓型 逆變器組成，用可控整流器調(diào)壓，逆變器調(diào)頻25、為適應(yīng)再生制動(dòng)運(yùn)行，一種方法是，在中間直 流電路中設(shè)法將再生能量處理掉，即在電容Cd的 兩端并聯(lián)一條由耗能電阻R與功率開(kāi)關(guān)相串聯(lián)的電 路；另一種方法是，在整流電路中設(shè)置再生反饋 通路一反

16、并聯(lián)一組逆變橋26、電壓調(diào)節(jié)方式：一種是采用可控整流器整流， 通過(guò)對(duì)觸發(fā)脈沖的相位控制直接得到可調(diào)直流電 壓。另一種是采用不控整流器整流，在直流環(huán)節(jié)增 加斬波器，以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。主要原因。答：第一：在給定逆變角下，系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收的總 有功功率是電動(dòng)機(jī)的有功功率和逆變器回饋給電 網(wǎng)的有功功率之差；而從電網(wǎng)吸收的總無(wú)功功率為 電動(dòng)機(jī)和逆變器所吸收的無(wú)功功率之和。從電網(wǎng)吸 收的有功功率減少，無(wú)功功率增加，故功率因數(shù)降 低。第二：轉(zhuǎn)子整流器不但使在整流過(guò)程中出現(xiàn)換流重 疊現(xiàn)象，而且使轉(zhuǎn)子電流畸變?yōu)樘菪尾?，并滯后?電壓波。當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，轉(zhuǎn)子整流器還會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)迫 延遲換流現(xiàn)象。這些致使異步電動(dòng)機(jī)本身的功率因

17、數(shù)降低29、為什么調(diào)壓調(diào)速適合于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載？（從調(diào) 速范圍和轉(zhuǎn)差損耗系數(shù)方面回答）答：從調(diào)速范 圍來(lái)看：對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍很 窄，而對(duì)于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，調(diào)壓調(diào)速可以得到較寬 的調(diào)速范圍。從轉(zhuǎn)差損耗系數(shù)來(lái)看：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)差功率損耗 系數(shù)和s成正比，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差功率損耗越大； 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)載：s=0.5時(shí)，轉(zhuǎn)差功率損 耗系數(shù)最大值為psM*=0.25；風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載：s=0.33時(shí)，最大的轉(zhuǎn)差 功率損耗系數(shù)psM*=0.148，在整個(gè)s=01區(qū)間，ps* 值都較小。故變壓調(diào)速對(duì)風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載是比較合適的30、交一直一交電壓型變頻器有哪三種形式？各 有何特點(diǎn)。答：（1）可控整

18、流器調(diào)壓、六拍（每周換相6次） 逆變器變頻：特點(diǎn)：A.可控整流使得功率因數(shù) 低；B.獨(dú)立調(diào)壓調(diào)頻環(huán)節(jié)容易分開(kāi)測(cè)試；C.動(dòng)態(tài) 反應(yīng)慢。（2）二極管整流、斬波器調(diào)壓、六拍逆變器變 頻：特點(diǎn)：A.不可控整流使得功率因數(shù)高；B.獨(dú) 立調(diào)壓調(diào)頻環(huán)節(jié)容易分開(kāi)測(cè)試；C.動(dòng)態(tài)反應(yīng)慢。（3） 二極管整流、PWM逆變器調(diào)壓調(diào)頻： 特點(diǎn)： A.不可控整流使得功率因數(shù)高；B.動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。31、 請(qǐng)分析直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：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，在加減速或負(fù)載變化的