電力拖動(dòng)總復(fù)習(xí)15-16-2

第一章復(fù)習(xí)思考題1.直流電機(jī)在穩(wěn)態(tài)時(shí)的機(jī)械特性表達(dá)式，從中可以得到直流電動(dòng)機(jī)的有哪幾種調(diào)速方法，直流調(diào)速系統(tǒng)以哪種調(diào)速方法為主根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程

nUIR

Ke式中

—

轉(zhuǎn)速（r/min）；

—電樞電壓（V）；

—電樞電流（A）；

—電樞回路總電阻（

）；

—?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）；

—

由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)?！?-1〕由式〔1-1〕可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：〔1〕調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；〔2〕減弱勵(lì)磁磁通；〔3〕改變電樞回路電阻R。自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)以調(diào)壓調(diào)速為主。2.直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源有哪幾種？其控制對(duì)象分別是什么旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組——發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流靜止式可控整流器——可控硅的控制角直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器——開關(guān)元件的導(dǎo)通比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖控制指令及給點(diǎn)量觸發(fā)裝置及整流平波電抗器直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載〔生產(chǎn)機(jī)械〕開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題重點(diǎn)理解：(1)D和S是相互聯(lián)系的,并不彼此孤立,因此必須同時(shí)提出要求才有實(shí)際意義。(2)設(shè)計(jì)時(shí)必須按最低轉(zhuǎn)速的靜差率進(jìn)行設(shè)計(jì)(3)

nN

值一定，要求s值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。(4)要求s一定，要增加調(diào)速范圍D時(shí)，必須設(shè)法減小靜態(tài)速降

nN

例題1-1

某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1430r/min，額定速降

nN

=115r/min，當(dāng)要求靜差率30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？要求30%時(shí)，調(diào)速范圍為

系統(tǒng)組成圖1-24

采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntg閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++-IdR-UnKs

閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖1-25轉(zhuǎn)速負(fù)反響閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系如果斷開反響回路，那么上述系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性為(1-36)

而閉環(huán)時(shí)的靜特性可寫成

(1-37)

〔1〕閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為和它們的關(guān)系是

(1-38)

系統(tǒng)特性比較系統(tǒng)特性比較〔續(xù)〕〔2〕如果比較同一n0的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，那么閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為

和當(dāng)n0op=n0cl時(shí)，〔1-39〕〔3〕當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都是nmax；而對(duì)最低速靜差率的要求相同，那么：開環(huán)時(shí)， 閉環(huán)時(shí)， 再考慮式〔1-38〕，得(1-40)

系統(tǒng)特性比較〔續(xù)〕系統(tǒng)特性比較〔續(xù)〕〔4〕要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。

上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)假設(shè)要有效，都取決于一點(diǎn)，即K要足夠大，因此必須設(shè)置放大器。反響控制規(guī)律

1.被調(diào)量有靜差因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為

只有K=

，才能使

ncl

=0，而這是不可能的。2.抵抗擾動(dòng),服從給定反響控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負(fù)反響環(huán)所包圍的前向通道上的擾動(dòng)作用，但對(duì)給定作用的變化那么唯命是從。擾動(dòng)——除給定信號(hào)外，作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會(huì)引起輸出量變化的因素都叫做“擾動(dòng)作用〞。

擾動(dòng)作用與影響圖1-27閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動(dòng)作用

勵(lì)磁變化Id變化電源波動(dòng)Kp變化電阻變化檢測(cè)誤差KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++--

R

抗擾能力反響控制系統(tǒng)對(duì)被反響環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)都有抑制功能。例如：電網(wǎng)電壓下降波動(dòng)的調(diào)節(jié)過(guò)程UsUd0nUnUn

nUd0Uc

抗擾能力反響控制系統(tǒng)對(duì)被反響環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)都有抑制功能。例如：負(fù)載增加的調(diào)節(jié)過(guò)程IdnUnUn

nUd0Uc抗擾能力〔續(xù)〕但是，如果在反響通道上的測(cè)速反響系數(shù)受到某種影響而發(fā)生變化，它非但不能得到反響控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)量的誤差。例如：UnUnUcUd0n

因此，反響控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反響環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)。在電機(jī)起制動(dòng)過(guò)程和堵轉(zhuǎn)狀態(tài)必須參加圖1-31帶電流截止負(fù)反響的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖nKpKs

1/CeU*nUc?UnIdEUd0Un++--RRs-UcomId

Rs

-

Ucom-限流保護(hù)——電流截止負(fù)反響3.靜特性方程與特性曲線由圖1-31可寫出該系統(tǒng)兩段靜特性的方程式。當(dāng)Id≤Idcr時(shí)，電流負(fù)反響被截止，靜特性和只有轉(zhuǎn)速負(fù)反響調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式〔1-35〕相同，現(xiàn)重寫于下 〔1-35〕當(dāng)IdIdcr時(shí)，引入了電流負(fù)反響，靜特性變成

〔1-41〕中，令n=0，得 〔1-43〕一般KpKsRs>>R，因此〔1-44〕4.電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)Idbl應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流，一般取Idbl=〔1.5~2〕IN從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍足夠大，截止電流應(yīng)大于電機(jī)的額定電流，一般取Idcr≥〔1.1~1.2〕IN返回目錄在臨界截流點(diǎn)的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值Uw=IdcrRs反響控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件〔1-59〕式〔1-59〕右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)Kcr,當(dāng)K≥Kcr時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性是它能否正常工作的首要條件，是必須保證的。說(shuō)明比例控制〔P〕和積分控制〔I〕的根本區(qū)別是什么？P調(diào)節(jié)器的對(duì)應(yīng)輸入輸出成比例比例關(guān)系，輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，所以P調(diào)節(jié)器具有快速跟隨性，但有靜差；積分調(diào)節(jié)器的輸出包含了輸入偏差量的全部歷史，為輸入全過(guò)程的積分，只要輸入歷史上有過(guò)偏差量，輸出就會(huì)發(fā)生變化，所以I調(diào)節(jié)器能消除穩(wěn)態(tài)誤差，且有一定的滯后。

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL1突增到TL2時(shí)，有靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速n、偏差電壓

Un

和控制電壓Uc

的變化過(guò)程示于右圖。

圖1-44有靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載過(guò)程

突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程

無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)圖1-46積分控制無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程

雖然現(xiàn)在

Un=0，只要?dú)v史上有過(guò)

Un

，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓Uc。積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別就在于此。

TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+圖2-2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR—電流調(diào)節(jié)器TG—測(cè)速發(fā)電機(jī)TA—電流互感器UPE—電力電子變換器內(nèi)環(huán)外環(huán)1.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖2-4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù);

—電流反饋系數(shù)Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有以下關(guān)系(2-3)(2-5)

(2-4)

在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓U*n決定的；ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流IdL決定的；控制電壓Uc的大小那么同時(shí)取決于n和Id，或者說(shuō)，同時(shí)取決于U*n和IdL。反響系數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速反響系數(shù)電流反響系數(shù)(2-6)(2-7)

系統(tǒng)靜特性在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)到達(dá)飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如下圖，圖2-5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

n0IdIdmIdnomOnABC雙閉環(huán)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

U*n

Uc-IdLnUd0Un+--

+-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E

起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。起動(dòng)過(guò)程分析1.第I階段〔0～t1〕電流上升階段

1.突參加Un*后，兩個(gè)調(diào)節(jié)器作用，使Uct、Ud0、Id都上升。2.Id>IdL時(shí)，電機(jī)開始起動(dòng)。3.因?yàn)殡姍C(jī)的機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速變化不大。所以△Un數(shù)值較大，ASR很快到達(dá)限幅值，強(qiáng)迫電流以最大給定值跟隨。ASR飽和、ACR不飽和。2.第II階段〔t1～t2〕是恒流升速階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)開始：電流升到最大值結(jié)束：轉(zhuǎn)速到達(dá)額定值由于反電勢(shì)的影響，Uct、Ud0必須按比例增長(zhǎng)。Uim*-Ui必須維持恒值⊿Ui≠0，ACR及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)

N EIdmUi⊿UiUctUd0Id直到Id恢復(fù)Idm為止，在n不斷上升至n*過(guò)程中，這種調(diào)節(jié)過(guò)程也不斷進(jìn)行。ASR飽和、ACR不飽和3.第Ⅲ階段〔t2以后〕是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)開始：轉(zhuǎn)速到達(dá)額定值結(jié)束：轉(zhuǎn)速到達(dá)額定值要經(jīng)過(guò)假設(shè)干階段的調(diào)節(jié)。ASR不飽和、ACR不飽和。

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId1.抗負(fù)載擾動(dòng)±?IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾作用雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)抗擾性能的分析

抗擾能力例如：負(fù)載增加的調(diào)節(jié)過(guò)程Id〔T-Tl<0〕nUnUnUi

nIaUd0Uc抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)〔續(xù)〕-IdL±?Udb)雙閉環(huán)系統(tǒng)△Ud—電網(wǎng)電壓波動(dòng)在整流電壓上的反映

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E

抗擾能力雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)。例如：電網(wǎng)電壓突增波動(dòng)的調(diào)節(jié)過(guò)程UsUd0IaUiUi

IaUd0Uc轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用(1)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，那么可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。(2)對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。(3)

其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用(1)

作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓〔即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量〕變化。(2)

對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。(3)

在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。(4)

當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算4.電流環(huán)近似條件的校驗(yàn)5.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1.典型I型系統(tǒng)式中T—系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)；

K—系統(tǒng)的開環(huán)增益?！?-9〕電流調(diào)節(jié)器選擇圖2-23c說(shuō)明，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成〔2-57〕式中Ki

—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；

i—電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。KIs(Tis+1)Id

(s)+-校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性

i

<5%KI

T

i=0.5校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件為：忽略反電動(dòng)勢(shì)變換對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件為：小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為2.典型Ⅱ型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)

〔2-10〕設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇4.轉(zhuǎn)速近似條件的校驗(yàn)

5.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)2.4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)n

(s)+-U*n(s)

3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算

〔2-74〕再由式〔2-39〕〔2-75〕〔2-76〕因此

校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率：電流閉環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為：小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為斬波電路的有幾種控制方式根據(jù)對(duì)輸出電壓平均值進(jìn)行調(diào)制的方式不同而劃分，斬波電路有三種控制方式：T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制〔PWM〕；ton不變，變T—脈沖頻率調(diào)制〔PFM〕；ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。泵升電壓的產(chǎn)生，對(duì)系統(tǒng)的影響及其抑制相應(yīng)電路

在脈寬調(diào)速變換器中，當(dāng)直流電源采用半導(dǎo)體整流裝置時(shí)，在回饋制動(dòng)階段不可能通過(guò)它送回電網(wǎng)，只能向?yàn)V波電容充電，從而造成瞬間的電壓升高，叫做泵升電壓。如果回饋能量大，泵升電壓太高，將危及電力晶閘管和整流二極管，必須采取措施加以限制。可以采用由分流電阻和開關(guān)管組成的泵升電壓限制電路。當(dāng)濾波電容的端電壓超過(guò)規(guī)定的泵升電壓允許值時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，接入分流電阻，把回饋能量的一局部分流電阻中。第四章什么是環(huán)流？根據(jù)產(chǎn)生原因的不同，靜態(tài)環(huán)流又分為哪兩類環(huán)流？配合制的可逆調(diào)速系統(tǒng)為什么又稱為有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)?抑制兩類環(huán)流分別采取什么措施？

〔1〕所謂環(huán)流是指，在采用兩組晶閘管的可逆調(diào)速系統(tǒng)中存在的，不流過(guò)電動(dòng)機(jī)或其他負(fù)載，而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流。〔2〕靜態(tài)環(huán)流又可分為直流平均環(huán)流和瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流；〔3〕在配合制的可逆調(diào)速系統(tǒng)，其整流電壓和逆變平均電壓始終是相等的，因而沒(méi)有直流流平均環(huán)流，但晶閘管的輸出電壓是脈動(dòng)的，即，整流電壓和逆變電壓的瞬時(shí)值并不相等，因此存在瞬時(shí)電壓差產(chǎn)生的瞬時(shí)環(huán)流。〔1〕由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，不允許電流反向〔2〕晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流以及過(guò)高的du/dt和di/dt都十分敏感〔3〕當(dāng)系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使系統(tǒng)的功率因素低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，形成“電力公害〞〔必須設(shè)置無(wú)功功率補(bǔ)償和濾波裝置〕請(qǐng)指出使用晶閘管整流器中的本卷須知邏輯控制無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中的無(wú)環(huán)流邏輯控制器DLC發(fā)出切換指令需要具備的兩個(gè)條件是什么？轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號(hào)Ui*改變極性；零電流檢測(cè)信號(hào)Ui0只有這兩個(gè)條件都具備了，再經(jīng)過(guò)必要的邏輯判斷后，才可以讓DLC發(fā)出切換命令正向制動(dòng)過(guò)程分成了三個(gè)主要階段:本組逆變，它組整流和它組逆變制動(dòng)過(guò)程的主要階段是什么?在此階段兩組可控硅的工作狀態(tài)如何？電機(jī)工作在什么狀態(tài)？制動(dòng)過(guò)程的主要階段:它組逆變階段它組逆變，正組待整流。電機(jī)工作在回饋制動(dòng)表4-1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)

V-M系統(tǒng)的工作狀態(tài)正向運(yùn)行正向制動(dòng)反向運(yùn)行反向制動(dòng)電樞端電壓極性++－－電樞電流極性+－－+電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向++－－電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)回饋發(fā)電電動(dòng)回饋發(fā)電晶閘管工作的組別和狀態(tài)正組整流反組逆變反組整流正組逆變機(jī)械特性所在象限一二三四V-M系統(tǒng)的四象限運(yùn)行按電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換類型分類交流電動(dòng)機(jī)可分為幾類？每類的典型是什么？

轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速：調(diào)壓調(diào)速﹑繞線式轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速﹑電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速：串級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速：變頻調(diào)速﹑變極調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速----轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速

特點(diǎn)：異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，普通籠型異步電機(jī)調(diào)速范圍較小。如果帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載運(yùn)行，調(diào)速范圍可以大一些。為了能在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下擴(kuò)大調(diào)速范圍，并使電機(jī)能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而不致過(guò)熱，就要求電機(jī)轉(zhuǎn)子有較高的電阻值，這種電機(jī)又稱作交流力矩電機(jī)或高轉(zhuǎn)差電機(jī)

異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖5-4異步電動(dòng)機(jī)不同電壓下的機(jī)械特性電機(jī)轉(zhuǎn)速控制實(shí)質(zhì)是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制必要條件：電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)責(zé)特性必須有交點(diǎn)，即：Te=Tl充分條件：在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以上存在Te<Tl,而在交點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以以下存在Te>Tl電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件是什么指出變頻調(diào)速的根本控制方式并定性地畫出帶定子電壓補(bǔ)償?shù)碾妷侯l率配合控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中定子電壓U1、主磁通Φ、頻率f1的關(guān)系曲線籠型異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)〔VVVF系統(tǒng)〕——轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)在基頻以下，為了維持磁通不變，須按比例地同時(shí)控制電壓和頻率，低頻時(shí)還應(yīng)抬高電壓以補(bǔ)償定子壓降。在在基頻以上，由于電壓無(wú)法再升高，只好僅提高頻率而迫使磁通減弱。在異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中基頻以下有幾種電壓、頻率協(xié)調(diào)控制方式及其特點(diǎn)？

不同控制方式下的機(jī)械特性

圖5-13異步電動(dòng)機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性a〕恒壓頻比控制b〕恒定子磁通控制c〕恒氣隙磁通控制d〕恒轉(zhuǎn)子磁通控制不同控制方式的比較恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性根本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。不同控制方式下的比較恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最正確。脈寬調(diào)制SPWM方法以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制〔SinusoidalpulseWidthModulation，簡(jiǎn)稱SPWM〕。SPWM控制變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，電流滯環(huán)跟蹤控制那么直接控制輸出電流在正弦波附近變化，電壓空間矢量PWM控制〞在電動(dòng)機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是：〔1〕在s≤sm的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩Te根本上與s成正比，條件是氣隙磁通不變?！?〕在不同的定子電流值時(shí)，按函數(shù)關(guān)系Us=f(1,Is)控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通m恒定。不同電機(jī)模型彼此等效的原那么是：在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)完全一致。異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)：按轉(zhuǎn)子磁鏈定向異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)：按定子磁鏈控制異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)的坐標(biāo)變換以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)那么，在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流iA、iB、iC，通過(guò)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(guò)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。異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的根本思路從異步電動(dòng)機(jī)的等效直流電機(jī)模型可看到，在M、T坐標(biāo)系下，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈只與M軸上的定子電流的激磁分量有關(guān)，電磁轉(zhuǎn)矩那么與轉(zhuǎn)子磁鏈及T軸的定子電流轉(zhuǎn)矩分量有關(guān)。由于在M、T軸互相垂直，定子電流的激磁分量和定子電流的轉(zhuǎn)矩分量已經(jīng)解除了耦合關(guān)系而相互獨(dú)立，因此就可以像直流電動(dòng)機(jī)一樣對(duì)兩個(gè)電流實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的控制。在電機(jī)基頻以下調(diào)速時(shí)，只要使定子電流激磁分量為一恰當(dāng)?shù)某?shù)，轉(zhuǎn)子磁鏈將保持額定值不變，即控制定子電流的勵(lì)磁分量使轉(zhuǎn)子磁鏈恒定，這時(shí)通過(guò)對(duì)定子電流轉(zhuǎn)矩分量的控制就能控制電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，從而到達(dá)調(diào)速的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較DTC系統(tǒng)和VC系統(tǒng)都是已獲實(shí)際應(yīng)用的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)。兩者都采用轉(zhuǎn)矩〔轉(zhuǎn)速〕和磁鏈分別控制，這是符合異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的需要的。但兩者在控制性能上卻各有千秋。

矢量控制系統(tǒng)特點(diǎn)VC系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)Te與Ψr的解耦，有利于分別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實(shí)行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍；但按Ψr定向受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。表6-1直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)特點(diǎn)與性能比較性能與特點(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，有轉(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(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較復(fù)雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無(wú)[注]有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬1.電機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)運(yùn)行運(yùn)行工況：電機(jī)在第一象限作電動(dòng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)差率為0<s<1

從定子側(cè)輸入功率，軸上輸出機(jī)械功率,轉(zhuǎn)差功率除轉(zhuǎn)子損耗后饋送電網(wǎng)繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)

功率流程snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001n1a）次同步速電動(dòng)狀態(tài)

~

運(yùn)行工況

電機(jī)工作第二象限作發(fā)電制動(dòng),0<S<1

電機(jī)定子側(cè)輸出到電網(wǎng)功率，由負(fù)載機(jī)械功率和轉(zhuǎn)子從電網(wǎng)獲取的功率合成5.電機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動(dòng)運(yùn)行

功率流程e）次同步速回饋制動(dòng)狀態(tài)

Pm-TeCU電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)方案

采用工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝置作為產(chǎn)生附加直流電動(dòng)勢(shì)的電源，這就形成了圖7-4a中所示的功率變換單元CU2。

TICU2CU1sEr0~M3~串級(jí)調(diào)速的工作原理調(diào)速原理：通過(guò)改變

角的大小調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)速過(guò)程：

UiId

K1sEr0n

Te

Te=TL

Id

其中，n0min是調(diào)速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速，對(duì)應(yīng)于最大理想空載轉(zhuǎn)差率s0max，由式〔7-7〕可得〔7-31〕

調(diào)速范圍越大時(shí)，s0max也越大，整流器和逆變器所承受的電壓越高。

逆變變壓器的容量

逆變變壓器的二次側(cè)相電壓〔7-32〕〔7-33〕逆變變壓器的容量計(jì)算

隨著系統(tǒng)調(diào)速范圍的增大，逆變變壓器和整個(gè)串級(jí)調(diào)速裝置的容量都增大。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)：功率因素較低串級(jí)裝置的容量隨著調(diào)速范圍的增大而增大1、某直流調(diào)速，測(cè)得最高轉(zhuǎn)速特性為最低轉(zhuǎn)速特性為，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落為且在不同轉(zhuǎn)速下，不變。試問(wèn)系統(tǒng)能到達(dá)的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率為多大？計(jì)算系統(tǒng)能到達(dá)的調(diào)速范圍為

系統(tǒng)