機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作業(yè)(必做2)答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作業(yè)(必做2)答案1．交－直－交變頻調(diào)速系統(tǒng)：

（1）六階梯波逆變器中，①改變Ul依靠調(diào)理＿可控整流器的移相觸發(fā)角＿＿來(lái)實(shí)現(xiàn)，②改變f1依靠調(diào)理＿逆變器晶閘管換流快慢(頻率)＿＿＿來(lái)實(shí)現(xiàn)，③改變電機(jī)轉(zhuǎn)向依靠改變＿逆變器晶閘管觸發(fā)脈沖的分派規(guī)律＿來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）在正弦脈寬調(diào)制型SPWM逆變器中，①改變Ul依靠調(diào)理＿正弦調(diào)制波幅值＿來(lái)實(shí)現(xiàn)，②改變f1依靠調(diào)理＿正弦調(diào)制波頻率＿來(lái)實(shí)現(xiàn)，

③改變電機(jī)轉(zhuǎn)向依靠改變＿逆變器開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)脈沖的分派規(guī)律＿＿來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2．變流器非正弦供電對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能有何影響？答：

變流器非正弦供電對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能的影響有:

(1)磁路工作點(diǎn):使六階梯波電壓源供電電機(jī)氣隙磁密比正弦波供電時(shí)大10%,磁路將飽

和，使力能指標(biāo)η↓，cosΦ↓

設(shè)計(jì)非正弦電壓源供電電機(jī)時(shí)，其磁路設(shè)計(jì)和空載試驗(yàn)須提高電壓10%，以計(jì)及諧波

磁場(chǎng)的飽和效應(yīng)

(2)電流中的諧波將使槽電流增大（1.1倍），槽磁勢(shì)增大，漏磁路飽和，使定子漏抗減小

（15~20）%(3)轉(zhuǎn)子參數(shù):諧波滑差Sk=1，轉(zhuǎn)子頻率f2=Skf1=f1為高頻，轉(zhuǎn)子集膚效應(yīng)嚴(yán)重。轉(zhuǎn)子電阻增大；轉(zhuǎn)子電流擠向槽口，分布不均，槽漏抗減小。

(4)功率因數(shù):電流諧波→增大電流有效值→提高磁路飽和程度→增加勵(lì)磁電流→cosφ降低

(5)損耗與效率:變頻器非正弦供電時(shí)，諧波電流增加了損耗、降低了效率。但變化趨勢(shì)與變頻器型有關(guān):

①電壓源型逆變器供電時(shí),諧波電流大小及產(chǎn)生的諧波損耗Δp不隨負(fù)載Ρ2變化而恒定,造成:輕載時(shí)，η↓多；滿載時(shí)，η↓少（2%）

②電流源型逆變器供電時(shí),電流中各次諧波含量比例確定，大小隨負(fù)載變,造成:滿載時(shí)，損耗增大，η、cosΦ↓多；

輕載時(shí)，損耗較小，η、cosΦ↓少。(6)諧波轉(zhuǎn)矩

①恒定諧波轉(zhuǎn)矩

氣隙磁通中諧波磁通與在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出同次諧波電流相互作用產(chǎn)生的異步性質(zhì)諧波轉(zhuǎn)矩,其值恒定但很?。?%TN）,影響可忽略。

②脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩

不同次數(shù)諧波磁場(chǎng)(主要是幅值最大的5、7次)與基波磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生出六倍頻諧波轉(zhuǎn)矩.其性質(zhì)為脈振轉(zhuǎn)矩,平均值為零。

(7)電應(yīng)力——非正弦電壓波形上電壓變化梯度大,繞組進(jìn)線第一匝電容小、容抗大，將承

受40%的過(guò)電壓（電位梯度），使絕緣因電暈而老化、擊穿。

(8)軸電流:零序電壓U0作用在零序回路上,形成流過(guò)軸、軸承的軸電流.變頻器供電時(shí)，其中諧波電壓頻率高，容性零序阻抗小，軸電流大。流過(guò)軸承，破壞油膜穩(wěn)定生成，形成干磨擦，燒毀電機(jī)，成為變頻電機(jī)常燒軸承的原因.

3.在設(shè)計(jì)及選用變流器非正弦供電電機(jī)時(shí),應(yīng)作如何考慮？答:

在設(shè)計(jì)及選用變流器非正弦供電電機(jī)時(shí),應(yīng)考慮的對(duì)策是：

①電壓源型變流器供電時(shí),因變頻器輸出電壓諧波含量確定，要設(shè)計(jì)或選用漏抗大電機(jī)來(lái)限制諧波電流的產(chǎn)生惡果。

②電流源型變流器供電時(shí),因變頻器輸出電流諧波含量確定，要設(shè)計(jì)或選用漏抗小電機(jī)來(lái)限制諧波電壓的產(chǎn)生及惡果。

4.異步電機(jī)非正弦供電下，存在兩種諧波轉(zhuǎn)矩：

(1)恒定諧波轉(zhuǎn)矩，①性質(zhì)：＿＿(a)異步轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。＿(b)恒定轉(zhuǎn)矩，但數(shù)值很小，

其影響可忽略＿＿

②產(chǎn)活力理是＿氣隙磁通中諧波磁通（鼓舞）→轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出同次諧波電流（響應(yīng)）

相互作用產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩＿＿。

(2)交變諧波轉(zhuǎn)矩，①性質(zhì)：(a)＿＿脈振轉(zhuǎn)矩(基波的六倍頻)＿＿

(b)非恒定轉(zhuǎn)矩(不同極對(duì)數(shù)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生)，平均值為零，(c)但低速（低頻）時(shí)脈

動(dòng)幅值大，會(huì)造成噪聲、振動(dòng)，影響大＿＿＿＿＿＿；

②產(chǎn)活力理＿不同次數(shù)諧波磁場(chǎng)與基波磁場(chǎng)的相互作用結(jié)果。幅值最大低次(5、7次)諧波電流→建立5、7次諧波磁場(chǎng)→轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出5、7次轉(zhuǎn)子諧波電流。其中5次諧波轉(zhuǎn)子電流（磁勢(shì)）以5ω1反轉(zhuǎn)，基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以ω1正轉(zhuǎn)，兩者相對(duì)速度為6ω1。7次諧波轉(zhuǎn)子電流（磁勢(shì)）以7ω1正轉(zhuǎn)，基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以ω1正轉(zhuǎn)，兩者相對(duì)

速度為6ω1。均產(chǎn)生出六倍頻諧波轉(zhuǎn)矩＿＿。

5．變頻調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器有電壓源逆變器（VSI）及電流源逆變器（CSI）之分，試從以下三方面對(duì)比說(shuō)明其差異，并詳細(xì)說(shuō)明其理由：

答:

(1)直流環(huán)節(jié)所用濾波元件及造成的電源內(nèi)阻特性上：

①電壓源型逆變器:采用大電容濾波，逆變器電源內(nèi)阻浮現(xiàn)低內(nèi)阻特性，使輸出電

壓不隨負(fù)載電流改變而穩(wěn)定。

②電流源型逆變器:釆用大電感濾波，逆變器電源內(nèi)阻浮現(xiàn)高內(nèi)阻特性，使輸出電

流穩(wěn)定，輸出電壓隨負(fù)載電流變。

⑵功率開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通型式及造成的輸出電壓、電流特性上：①電壓源型：180度導(dǎo)通型（每管導(dǎo)通半周期）,換流在同相上、下橋臂元件間進(jìn)行，

任何時(shí)刻均有三管導(dǎo)通，使三相電壓確定。

②電流源型：120度導(dǎo)通型（每管導(dǎo)通1/3周期）,換流在同組（共陽(yáng)或共陰組）的

三相元件間進(jìn)行，任何時(shí)候只有兩管導(dǎo)通，使三相電流確定。

⑶拖動(dòng)多機(jī)及四象限運(yùn)行能力上：

①電壓源型：大電容濾波，直流母線電壓極性不能改變，兩橋開(kāi)關(guān)元件單向?qū)щ娦?/p>

決定了直流電流流向不能變，功率只能從電網(wǎng)流向電機(jī)，電機(jī)只能作電動(dòng)運(yùn)行，故無(wú)四象限運(yùn)行能力

②電流源型：雖兩橋開(kāi)關(guān)元件單向?qū)щ娦詻Q定直流電流流向不能改變，但大電感

濾波下直流母線電壓極性允許改變，故有四象限運(yùn)行能力。

6.在采用六階梯波(方波)逆變器構(gòu)成的交一直一交變頻調(diào)速系統(tǒng)中，分別闡述：①改變電機(jī)端電壓依靠調(diào)理什么來(lái)實(shí)現(xiàn)？②改變電機(jī)運(yùn)行頻率依靠調(diào)理什么來(lái)實(shí)現(xiàn)？③改變電機(jī)轉(zhuǎn)向又是依靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)？

答：

①改變電機(jī)端電壓依靠調(diào)理可控整流器的輸出直流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)；②改變電機(jī)運(yùn)行頻率依靠調(diào)理逆變器晶閘管換流快慢(頻率)來(lái)實(shí)現(xiàn)；③改變電機(jī)轉(zhuǎn)向又是依靠逆變器晶閘管觸發(fā)脈沖的分派來(lái)實(shí)現(xiàn)。

7.按電壓與頻率協(xié)調(diào)控制的實(shí)現(xiàn)方式區(qū)分,交—直—交變頻器有幾種結(jié)構(gòu)形式?圖示說(shuō)明。答:

（1）可控整流器調(diào)壓+逆變器變頻形式:

釆用可控整流器相控調(diào)壓,改變逆變器換流快慢（脈沖頻率）實(shí)現(xiàn)變頻。

（2）不控整流器整流+斬波器調(diào)壓+逆變器變頻形式:

釆用不控整流改善輸入特性,但輸出直流電壓Ud恒定，故采用斬波器脈寬調(diào)制調(diào)壓;仍釆用六脈波逆變器,改變逆變器換流快慢（脈沖頻率）實(shí)現(xiàn)變頻,但輸出特性差。（3）不控整流器整流+PWM逆變器調(diào)壓/變頻形式:

逆變器采用高頻自關(guān)斷器件,提高逆變器開(kāi)關(guān)頻率，使最低次諧波頻率提高,減弱了

諧波負(fù)面影響;同時(shí)釆用正弦脈寬調(diào)制（PWM）控制，使輸出電壓以正弦基波為主,大大改善了輸出特性。

8.在采用SPWM（正弦脈寬調(diào)制）逆變器構(gòu)成的交一直一交變頻調(diào)速系統(tǒng)中，分別闡述：①改變電機(jī)端電壓依靠調(diào)理什么來(lái)實(shí)現(xiàn)？②改變電機(jī)運(yùn)行頻率依靠調(diào)理什么來(lái)實(shí)現(xiàn)？③改變電機(jī)轉(zhuǎn)向又是依靠什么來(lái)實(shí)現(xiàn)？答：

采用SPWM（正弦脈寬調(diào)制）逆變器構(gòu)成的交一直一交變頻調(diào)速系統(tǒng)中：①改變電機(jī)端電壓依靠調(diào)理正弦調(diào)制波幅值來(lái)實(shí)現(xiàn)；②改變電機(jī)運(yùn)行頻率依靠調(diào)理正弦調(diào)制波頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)；

③改變電機(jī)轉(zhuǎn)向又是依靠改變?nèi)嗾艺{(diào)制波的相序來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可認(rèn)為是通過(guò)變化逆變器功率開(kāi)關(guān)元件的分派次序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

9.PWM型變頻器輸出電壓的幅值和頻率是如何調(diào)理的？分別就正弦脈寬調(diào)制(SPWM)和磁鏈追蹤控制(SVPWM)兩種不同方式作出說(shuō)明。答：

(1)SPWM：

①改變正弦調(diào)制波的頻率，調(diào)理PWM波脈寬變化周期，即頻率；②改變正弦調(diào)制波的幅值，調(diào)理PWM波脈沖寬度，即電壓大小

(2)SVPWM

設(shè)基頻為?1N?2?f1N

①基頻以下?1??1N：采用零矢量控制磁鏈圓大小恒定

恒磁通控制

②基頻?1N：不用零矢量，有效矢量作用時(shí)間額定?1?

③基頻以上?1??1N：不用零矢量，減少有效矢量作用時(shí)間——磁鏈圓變小（弱磁控制），轉(zhuǎn)速變快10.

答:３9.脈寬調(diào)制(PWM)變頻器與方波(六階梯波)變頻器相比有何優(yōu)點(diǎn)？正弦脈寬調(diào)制(SPWM)變頻器如何獲得正弦脈寬的輸出電壓？又如何實(shí)現(xiàn)輸出頻率和輸出電壓大小的調(diào)理。

脈寬調(diào)制(PWM)變頻器與方波(六階梯波)變頻器相比優(yōu)點(diǎn)是輸出特性好，即輸出基波成

分大、諧波成分小，特別是諧波高頻化，無(wú)低次諧波，因而易于濾波。

正弦脈寬調(diào)制(SPWM)變頻器要獲得正弦脈寬的輸出電壓可采用自然采樣法的調(diào)制技術(shù)，即采用正弦調(diào)制波與等腰三角形載波相交、交點(diǎn)決定逆變器功率器件開(kāi)關(guān)時(shí)刻的方式得到正弦脈寬的輸出電壓。

調(diào)理正弦調(diào)制波的頻率可實(shí)現(xiàn)逆變器輸出頻率的調(diào)理，調(diào)理正弦調(diào)制波的幅值可實(shí)現(xiàn)逆變器輸出電壓大小的調(diào)理。

11。異步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，電機(jī)端電壓應(yīng)如何變化?圖示說(shuō)明之答:

Ul隨頻率f1的變化規(guī)律是:

(1)基頻以下(f1f1N):保持Ul=C,則隨f1上升,Φ∝U1N/f1下降,電機(jī)作弱磁控

制,實(shí)現(xiàn)恒功率運(yùn)行。

12.畫(huà)出頻率開(kāi)環(huán)、電壓源(SPWM)逆變器—異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖(包括詳細(xì)的主電路、控制電路)，說(shuō)明主功率開(kāi)關(guān)器件旁為何必需反并聯(lián)續(xù)流二極管？答:

頻率開(kāi)環(huán)、電壓源(SPWM)逆變器—異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)原理如右圖所示。

由于異步電機(jī)是一種需要感性無(wú)功功率的交流電機(jī)，電機(jī)電流落后于電壓。為給落后的感性無(wú)功電流提供通路，必需在逆變器主功率開(kāi)關(guān)器件旁反并聯(lián)續(xù)流二極管。

13.頻率開(kāi)環(huán)、電壓源(SPWM)逆變器—異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中：

(1)兩個(gè)控制通道各自如何工作的？相互間如何協(xié)調(diào)的？靠什么單元協(xié)調(diào)？畫(huà)出該單元的輸入、輸出關(guān)系曲線，并作合理說(shuō)明；

(2)如何形成SPWM調(diào)制控制(如何變頻、調(diào)壓)？答:

(1)控制系統(tǒng)分為頻率控制通道和電壓控制通道，其總信號(hào)為速度給定。速度給定的正、負(fù)分別表示正、反轉(zhuǎn)，速度給定絕對(duì)值代表速度高低。為避免給定突變引起電流、轉(zhuǎn)矩的沖擊，采用給定積分器將階躍給定變?yōu)樾逼陆o定。為簡(jiǎn)化頻率通道及電壓通道的運(yùn)算，可將速度給定的大小和極性分開(kāi)，采用絕對(duì)值電路提取速度給定的大小來(lái)進(jìn)行控制運(yùn)算，用轉(zhuǎn)向判別器提取轉(zhuǎn)向標(biāo)志來(lái)干預(yù)轉(zhuǎn)向控制。

進(jìn)入頻率通道的轉(zhuǎn)速絕對(duì)值經(jīng)V/f變換器變成運(yùn)行頻率信號(hào)，作為正弦調(diào)制波的頻

率給定值，與三角形載波相交生成SPWM波調(diào)制信號(hào)。而正弦調(diào)制波的幅值大小則由電壓通道產(chǎn)生和給定。但三角載波頻率決定于調(diào)制控制方式(異步調(diào)制、同步調(diào)制、混合同步調(diào)制)，故需從調(diào)制方式控制決定載波頻率，通過(guò)三角波發(fā)生器產(chǎn)生三角載波，與正弦調(diào)制波一起送進(jìn)PWM調(diào)制生成PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，送入脈沖分派器再根據(jù)轉(zhuǎn)向信號(hào)決定逆變器各功率開(kāi)關(guān)信號(hào)分派，控制電機(jī)按給定轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

為確保變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)磁路工作點(diǎn)不變或按要求變化，進(jìn)入電壓控制通道的轉(zhuǎn)速

絕對(duì)值必需通過(guò)一稱之為函數(shù)發(fā)生器的電路，按基頻以下恒U1/fl=C(恒