電力拖動復(fù)習(xí)要點

電力拖動自動化系統(tǒng)重點章節(jié)

其次章：

2.2、2.3節(jié)（穩(wěn)態(tài)計算），2.3.4節(jié)不要求。2.4

節(jié)，數(shù)字測速方法，及各種方法的適用場合。

第三章：

3.1節(jié)、3.2節(jié)、3.3節(jié)（調(diào)整器的工程設(shè)計方

法）。

第四章：泵升電壓

第五章：5.1節(jié)、5.3節(jié)。

第八早：

6.3節(jié)、6.5節(jié)、6.6節(jié)（矢量把握的基本思想）。

轉(zhuǎn)子磁鏈計算方法以及相應(yīng)框圖繪制、6.8節(jié)。

第七章：7.2節(jié)、7.6節(jié)。

第八章：8.1節(jié)、8.3節(jié)。

2011.11.14

第2章轉(zhuǎn)速反饋把握的直流調(diào)速系統(tǒng)

1直流電機(jī)主要有哪幾種基本調(diào)速方法?通過性能比較，你認(rèn)為哪一種方法最好？

答：直流電動機(jī)穩(wěn)態(tài)表達(dá)式

TJ_[R

/?=——式中:〃一轉(zhuǎn)速（r/min）,U—電樞電壓（V），/一電樞電流（A）,R一

K,中

電樞回路總電阻（。），6一勵磁磁通（Wb）,K,一電動勢常數(shù)。

直流電機(jī)主要有三種基本調(diào)速方法：調(diào)整電樞供電電壓U,減弱勵磁磁通中，轉(zhuǎn)變電

樞回路電阻Ro

對于要求在肯定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)整電樞供電電壓的方式為最好。

轉(zhuǎn)變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是協(xié)作調(diào)壓

方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動把握的直流道速系

統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主c

2常用的可控直流電源主要有哪些？

答：常用的可控直流電源有以下三種：

（1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組一一用溝通電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。

（2）靜止式可控整流器一用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。

（3）直流斬波器或膿寬調(diào)制變換器一一用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電

力電子開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。

3.靜差率s與空載轉(zhuǎn)速“0的關(guān)系如何？

答：靜差率S與空載轉(zhuǎn)速如成反比，也下降，S上升。所以檢驗靜差率時應(yīng)以最低速時的靜

差率5='為準(zhǔn)。

"°min

5轉(zhuǎn)速把握的要求是什么？

答：1）調(diào)速-在肯定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔的或平滑的調(diào)整轉(zhuǎn)速。

2）穩(wěn)速-以肯定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種可能的干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)

速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

3）力口、減速-頻繁起、制動的設(shè)備要求盡量快的加、減速以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受猛烈

速度變化的機(jī)械則要求起、制動盡量平穩(wěn)。

6解釋反饋把握規(guī)律？

答（1）被調(diào)量有靜差（2）抵制擾動與聽從給定（3）系統(tǒng)精度依靠于給定和反饋檢測精度

7閉環(huán)空載轉(zhuǎn)速〃0”比開環(huán)空載轉(zhuǎn)速劭卬小多少？

答:也/是“0即的1/（1+K）。

8試說明轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)工作原理。

答：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR、觸發(fā)器GT、晶閘管變流器

VT、測速發(fā)電機(jī)TG等組成；

當(dāng)電動機(jī)負(fù)載TL增加時，電樞電流Id也增加，電樞回路壓降增加，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，

則轉(zhuǎn)速反饋電壓U”也相應(yīng)下降，而轉(zhuǎn)速給定電壓U；不變，△U〃=U：-U〃增加。轉(zhuǎn)速調(diào)整

器ASR輸出U,增加，使把握角。減小，晶閘管整流裝置輸出電壓力增加，于是電動機(jī)轉(zhuǎn)

速便相應(yīng)自動回升，其調(diào)整過程可簡述為：

勿（殳+此）

TLT->idT->nufilT->\uTfucT->

aTfiTf.............T

AUwO

上述過程循環(huán)往復(fù)，直至△"=（）為止。

9下圖帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，各部件的名稱和作用。

答：1）比較器：給定值與測速發(fā)電機(jī)的負(fù)反饋電壓比較，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓AU”。

2）比例放大器A：將轉(zhuǎn)速偏差電壓AU”放大，產(chǎn)生電力電子變換器UPE所需的把握電壓心。

3）電力電子變換器UPE：將輸入的三相溝通電源轉(zhuǎn)換為可控的直流電壓

4）M電機(jī)：驅(qū)動電機(jī)。

5）TG發(fā)電機(jī)：測速發(fā)電機(jī)檢測驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

6）電位器：將測速發(fā)電機(jī)輸出電壓降壓，以適應(yīng)給定電壓幅值U：。

10說明單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能削減穩(wěn)態(tài)速降的緣由，轉(zhuǎn)變給定電壓或者調(diào)整轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)能否

轉(zhuǎn)變電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速?為什么？

答：根本區(qū)分在于結(jié)構(gòu)上(把握器中)有無積分把握作用，PI把握器可消退階躍輸入和階躍擾

動作用下的靜差，稱為無睜差系統(tǒng)，P把握器只能降低靜差，卻不能消退靜差，故稱有靜差

系統(tǒng)。

15比例積分(PI)調(diào)整器的特點？

答：PI調(diào)整器的輸出電壓以由兩部分組成。第一部分描U是比例部分，其次部分5

是枳分部分。當(dāng)『0突加口瞬間，電容c相當(dāng)于短路，反饋回路只有電阻與，此時相當(dāng)于

P調(diào)整器，輸出電壓4=-勺,七，隨著電容c被充電開頭積分，輸出電壓以線性增加，只

要輸入Ui連續(xù)存在，&始終增加飽和值(或限幅值)為止。

16PID把握各環(huán)節(jié)的作用是什么？

答：PID把握器各環(huán)節(jié)的作用是：

(1)比例環(huán)節(jié)P：成比例地反映把握系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦消滅，把握器馬上產(chǎn)生把

握作用，以便削減偏差，保證系統(tǒng)的快速性。

(2)積分環(huán)節(jié)I：主要用于消退靜差，提高系統(tǒng)的把握精度和無差度。

(3)微分環(huán)節(jié)D：反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得過大之前，在系統(tǒng)中

引入一個早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，削減調(diào)整時間。

17下圖為帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，說明電流截止負(fù)反饋的工作原理,

及這種調(diào)速系統(tǒng)的靜特性特點？

答：當(dāng)AlW瓜r時，電流負(fù)反饋被截止，靜特性和只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式

相同,現(xiàn)重寫于下"=黯-缶

當(dāng)/d>/d”時，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成

Ce(\+K)Q(l+K)

特點：

(1)電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個大電阻KpK、R「因而穩(wěn)態(tài)速降極大,

特性急劇下垂。

(2)比較電壓與給定電壓U：的作用全都，好象把抱負(fù)空載轉(zhuǎn)速提高到

“l(fā)C(l+K)

18接受比例積分調(diào)整器把握的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度是否有靜差？為

什么？試說明理由。

答：接受比例積分調(diào)整器把握的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，旗態(tài)運行時的速度是無靜差的。

電壓負(fù)反饋實際是一個自動調(diào)壓系統(tǒng)，只有被包圍的電力電子裝置內(nèi)阻引起的穩(wěn)態(tài)速降被

減小到1/(1+K),它的穩(wěn)態(tài)性能比帶同樣放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)要差。但基本把握原

理與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋類似。它與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋一樣可以實現(xiàn)無靜差調(diào)整。

19光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法主要有哪幾種？各用于何種場合？

答：接受中光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法主要有M法測速，T法測速，M/T法測速，

M法適用于測高速，T法適用于測低速，M/T法即適用于測低速，又適用于測高速。

(2-4)

為什么PWM—電動機(jī)系統(tǒng)比晶閘管一電動機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？

答：PWM—電動機(jī)系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：

（1）主電路線路簡潔，需用的功率器件少。

（2）開關(guān)頻率高，電流簡潔連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。

（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右。

（4）若與快速響應(yīng)的電動機(jī)協(xié)作，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾力量強(qiáng)。

（5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大,

因而裝置效率較高。

（6）直流電源接受不挖整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。

（2-11）

調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關(guān)系？為

什么說“脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就簡潔得多了”？

答：生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)供應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之化叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即

。二%絲其中，〃，八和品小一般都指電動機(jī)額定負(fù)載時的最高和最低轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)載

很輕的機(jī)械，可以用實際負(fù)載時的最高和最低轉(zhuǎn)速。

當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負(fù)載由抱負(fù)空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與抱

負(fù)空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率s,即$=包生或用百分比表示s=A3xl（X）%

在直流電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速作為最高轉(zhuǎn)速N?

則L__AH.V_（1）△/力一〃max_2

%〃min+A〃NSSnmm△〃'（1）

由上式可看出調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間的關(guān)系。對丁同一個調(diào)

速系統(tǒng)，加為值肯定，假如對靜差率要求越嚴(yán)，即要求f值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范

圍也越小。一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。

（2-12）

轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點？轉(zhuǎn)變給定電壓能否轉(zhuǎn)變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？假如給

定電壓不變，調(diào)整測速反饋電壓的分壓比是否能夠轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速？為什么？假如測速發(fā)電機(jī)的

勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的力量？

答：(1)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有以下三個基本特征：1)只用比例放大器的反饋把握系統(tǒng)，

其被被調(diào)量仍是有靜差的。2)反饋把握系統(tǒng)的作用是：抵制擾動，聽從給定。擾動性能是

反饋把握系統(tǒng)最突出的特征之一。3)系統(tǒng)的精度依靠于給定和反饋檢測的精度。

(2)轉(zhuǎn)變給定電壓會轉(zhuǎn)變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，由「反饋把握系統(tǒng)完全聽從給定作用。

(3)假如給定電壓不變，調(diào)整測速反饋電壓的分壓比或測速發(fā)電機(jī)的勵磁發(fā)生了變化，

它不能得到反饋把握系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。反饋把握系統(tǒng)所能抑制佗只是

被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。

(2-13)

為什么用積分把握的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)積分調(diào)整器的輸

入偏差電壓△〃=()時，調(diào)整器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？

答；在動態(tài)過程中，當(dāng)AU”變化時，只要其極性不變，積分調(diào)整器的輸出U,便始線增長；

只有達(dá)到U：=U“，△□〃=()時，U,才停止上升；不到變負(fù)，U,不會下降。當(dāng)

△U〃=0時，U,并不是零，而是一個終值；假如“不再變化，這個終值便保持恒定而

不再變化，這是積分把握的特點。因此，積分把握可以使系統(tǒng)在無靜差的狀況下保持恒速運

行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。

比例調(diào)整器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)整器的輸出則包含了輸入偏差

量的全部歷史。雖然現(xiàn)在AU”二O，但歷史上有過，其積分就有肯定數(shù)值，足以

產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運行時需要的把握電壓U,。

(2-14)

在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機(jī)精度的

影響？并說明理由。

答：系統(tǒng)的精度依靠于給定和反饋檢測的精度。因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測速

發(fā)電機(jī)精度的影響。

(2-15)

在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)是否有調(diào)整作用，為

什么？(1)放大器的放大系數(shù)跖,；(2)供電電網(wǎng)電壓；(3)電樞電阻R”；(4)電動機(jī)

勵磁電流；(5)電壓反饋系數(shù)，。

答：在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)放大器的放大系數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)

節(jié)作用再通過反饋把握作用，由于他們的變化最終會影響到轉(zhuǎn)速，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影

響。

電動機(jī)勵磁電流、電樞電阻R“發(fā)生變化時仍舊和開環(huán)系統(tǒng)一樣，由于電樞電阻處于反

饋環(huán)外,

當(dāng)供電電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)整作用。由于電網(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋把握系統(tǒng)

完全聽從給定。

當(dāng)電壓反饋系數(shù)，發(fā)生變化時，它不能得到反饋把握系統(tǒng)的抑制，反而會增大被避量的

誤差。反饋把握系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。

(例題2?1)

某直流調(diào)速系統(tǒng)電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為〃N=1430i7min,額定速降加為二115|71?加，當(dāng)要求靜差率

s/30%時，允很多大的調(diào)速范圍？假如要求靜差率sW20%,則調(diào)速范圍是多少？假如期

望調(diào)速范圍達(dá)到10,所能滿足的靜差率是多少？

解：在要求sW30%時，允許的調(diào)速范圍為

八nNs143Dx0.3_.

一Mv(l-s)-113x(1—0.3)~?

若要求sW20%,則允許的調(diào)速范圍只有

1430X02=3.1

115x(1-0.2)

若調(diào)速范圍達(dá)到10,則靜差率只能是

10x115

=0.446=44.6%

1430+10x115

（例題2?2）

某龍門刨床工作臺拖動接受直流電動機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kVV,220V,305A,lOOOr/min,

接受V-M系統(tǒng)，主電路總電阻K=0.18Q,電動機(jī)電動勢系數(shù)G=0.2%nin/r。假如要求調(diào)速

范圍D=20,靜差率sW5%,接受開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降

A/木最多能有多少？

解：當(dāng)電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的額定速降

、I.R305x0.18___.

△〃、，=——=-------=275r/min

“C0.2

開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為

275

=0.216=21.6%

nN+V1000+275

如要求。=20,5<5%,即要求

1000x0.05

2<=2.63/7min

D(\-s)20x(1-0.05)

（例題2?3）

在例題2?2中，龍門刨床要求0=20,s<5%,已知&=30,cr=0.015Vmin/r,G=0.2Vmin/r,

接受比例把握閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足上述要求時，比例放大器的放大系數(shù)應(yīng)當(dāng)有多少？

解：

已知開環(huán)系統(tǒng)額定速降為△〃叩=275r/min,

閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為△〃,/<2.63r/min,

△〃叩可得K二"更275

由式=1>-1=103.6

1+K763

K103.6

貝陽”y=46

Kxa/Ce-30x0.015/0.2

即只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46。

（例題2?4）

在例題2?3中，系統(tǒng)接受的是三相橋式可控整流電路，已知電樞回路總電阻R=（）.18Q,電

感量L=3mH,系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量GO2=6（）N-〃F,試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

解：電磁時間常數(shù)7；=工="曳=00167s

R0.18

機(jī)電時間常數(shù)T〃,=G，）2R=—"誓一=0.075s

375CC3（）

375X0.2X3X0.2

71

品閘管裝置的滯后時間常數(shù)為7；=0.001675

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：

T,0D+T：_0.075x（0.0167+0.00167）+0.001672.

K<--------------=--------------------------------=49.〉

TtTx0.0167x0.00167

閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性和例題2-3中穩(wěn)態(tài)性能要求K>103.6是沖突的“

（例題2.5）

在上題的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，若改用全控型器件的PVVM調(diào)速系統(tǒng)，電動機(jī)不變，電樞

回路參數(shù)為：R=O.K2,L=lmH,勺=44,PWM開關(guān)頻率為8kHz。按同樣的穩(wěn)態(tài)性能

指標(biāo)&=20,sW5%,該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？假如對靜差率的要求不變，在保證穩(wěn)定時，系統(tǒng)能

夠達(dá)到的最大調(diào)速范圍有多少？

解：

電磁時間常數(shù)刀=’="3=0.01$

1R0.1

機(jī)電時間常數(shù)〃=GDk=_竺黑_=（）.04175

mc30

工e酬375x0,2x-x0.2

冗

晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為7；=-^=0.00012%

s8000

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：

T（7；+7；）+1：_0.0417x（0.01+0.000125）+0.000125?

K<--m------------=--------------------------------=339.4

3Ts0.01x0.000125

依據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)0=20、$45%要求

An”42.63r/min（見例題*2）

305x0.1

=152.5r/niin

△%,0.2

I>152.5

------I2------

△〃,72.63

PWM調(diào)速系統(tǒng)能夠在滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求下穩(wěn)定運行。

若系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀況,

K=339.4

A^,=J52^=()45r/min

\+K1+339.4

1000x0.05

----------=11/

AW/1-5)0.45(1-0.05)

第3章轉(zhuǎn)速、電流反饋把握的直流調(diào)速系統(tǒng)

1轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)整器、電流調(diào)整器的作用?

5

答：轉(zhuǎn)速調(diào)整器和電流調(diào)整器的作用：

（I）轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR的作用：

I）轉(zhuǎn)速〃跟隨轉(zhuǎn)速給定電壓U：變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。

2）突加負(fù)載時轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR和電流調(diào)整器ACR均參與調(diào)整作用，但轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR

處于主導(dǎo)作用，對負(fù)載變化起抗擾作用。

3）其輸出電壓限幅值打算允許最大電流值。

（2）電流調(diào)整器ACR的作用

1）起動過程中保證獲得允許最大電流。

2）在轉(zhuǎn)速調(diào)整過程中，使電流跟隨其電流給定電壓U：變化。

3）電源電壓波動時準(zhǔn)時抗擾作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎不受電源電壓波動的影響。

4）當(dāng)電動機(jī)過載、堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起到平安愛護(hù)作用。

2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，消滅電網(wǎng)電壓波動與負(fù)載擾動時，哪個調(diào)整器起主要

調(diào)整作用？

答：電網(wǎng)電壓波動時.，ACR起主要調(diào)整作用；負(fù)載擾動時，ASR起主要抗擾調(diào)整作用。

3下圖為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，假如要轉(zhuǎn)變雙閉環(huán)有靜差V-M系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速,

可調(diào)整什么參數(shù)?轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速調(diào)整器放大系數(shù)Kp觸發(fā)整流環(huán)節(jié)放大系數(shù)K,和轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速反饋

系數(shù)a能行否?假如要轉(zhuǎn)變堵轉(zhuǎn)電流應(yīng)調(diào)整什么參數(shù)？

a-轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)p-電流反饋系數(shù)

答：要轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速，可以調(diào)整給定電U：或轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。，要轉(zhuǎn)變堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)整轉(zhuǎn)速

調(diào)整器的限幅值U：或轉(zhuǎn)變電流反饋系數(shù)夕

4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程特點是什么？

答：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程特點是：

1）飽和非線性把握

ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，恒值電流調(diào)整的單閉環(huán)系統(tǒng)；

ASR不飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，無靜差調(diào)速系統(tǒng).

2）準(zhǔn)時間最優(yōu)把握，恒流升速可使起動過程盡可能最快。

3）轉(zhuǎn)速超調(diào)：只有轉(zhuǎn)速超調(diào)才能使ASR退飽和。

5下圖為轉(zhuǎn)速、電流反饋把握直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，ASR、ACR均接受PI調(diào)整器。（1）突增

負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)，則ACR的輸出電壓U,、變流裝置輸出電壓U”，電動機(jī)轉(zhuǎn)速〃，

較之負(fù)載變化前是增加、削減，還是不變？為什么？（2）假如速度給定U；不變時，要轉(zhuǎn)

變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)整什么參數(shù)?

c+IlR

T,T->i（uT->uc=^=?->Ud=K5SUCcT

答：⑴"cK,Ksd

U；=c,n=c

（2）由丁U：=4=卯，〃=2,所以調(diào)整a可以轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速〃。

a

6直流調(diào)速系統(tǒng)有哪些主要性能指標(biāo)？

答：直流調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo)包括靜態(tài)性能指標(biāo)和動態(tài)性能指標(biāo)兩個部分。

靜態(tài)主要性能指標(biāo)有調(diào)速范圍。、靜差率s、動態(tài)性能指標(biāo)分成給定把握信號和擾

動信號作用下兩類性能指標(biāo)。給定把握信號作用下的動態(tài)性能指標(biāo)有上升時間，,.，調(diào)整時間

4（亦稱過濾過程時間）和超調(diào)最o%。擾動信號作用下的動態(tài)性能指標(biāo)有最大動態(tài)速降

4?max、恢復(fù)時間。

7調(diào)整器的設(shè)計過程可以簡化為哪兩步？

答：1.選擇調(diào)整器的結(jié)構(gòu)

2.選擇調(diào)整器的參數(shù)

8轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中分別按什么典型型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計？為什么？

答：轉(zhuǎn)速環(huán)按典型（II）型系統(tǒng)設(shè)計，抗擾力量（強(qiáng)），穩(wěn)態(tài)（無靜差）。

電流環(huán)按典型（I）型系統(tǒng)設(shè)計，抗擾力量（稍差），超調(diào)（?。?/p>

9假如轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)整器不是PI調(diào)整器，而改為P調(diào)整器，對

系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能將會產(chǎn)生什么影響？

答：改為P調(diào)整器時其輸出量總是正比于輸入量，PI調(diào)整器的輸出量在動態(tài)過程中打算于

輸入量的積分，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)而是由它后面環(huán)節(jié)的需要

打算的。

(3-6)

在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若要轉(zhuǎn)變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)整什么參數(shù)？轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)

速調(diào)整器的放大倍數(shù)K”行不行？轉(zhuǎn)變電力電子變換器的放大倍數(shù)（行不行？轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速

反饋系數(shù)。行不行？若要轉(zhuǎn)變電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)中的什么參數(shù)？

答：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)整器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系

U；=U“=8、=cai（）

因此轉(zhuǎn)速〃是由給定電壓U：打算的；轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)也可以轉(zhuǎn)變電動機(jī)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)

變轉(zhuǎn)速調(diào)整器的放大倍數(shù)K”和電力電子變換器的放大倍數(shù)《不行以。

（3-7）

轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個調(diào)整器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？

為什么？

答：當(dāng)兩個調(diào)整器都不飽和時，它們的輸入偏差電壓都是零。

轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR的輸出限幅電壓打算了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)整器

ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓U而o

（3-9）

試從下述五個方面來比較轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速

系統(tǒng)：（1）調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性；（2）動態(tài)限流性能；（3）起動的快速性；（4）抗負(fù)載擾

動的性能；（5）抗電源電壓波動的性能。

答：（1）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速〃是由給定電壓U：打算的。

ASR的輸出量U；是由偵載電流打算的。把握電壓的大小則同時取決于〃和〃，或

者說，同時取決于U：和ldL,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算

相像。

（2）帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點：電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在

主電路中串入一個大電阻KpK,R,,因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂；比較電壓七所與給

定電壓U；的作用全都，好象把抱負(fù)空載轉(zhuǎn)速提高了。這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性

或挖土機(jī)特性。

（3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程令以下二個特點：飽和非線性把握、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)

時間最優(yōu)把握。

（4）由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR

來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動的作用。在設(shè)計ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。

（5）在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)最較遠(yuǎn)，調(diào)整作用受到多個環(huán)

節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵制電壓擾動的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了

電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較準(zhǔn)時的調(diào)整，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能

反饋回來，抗擾性能大有改善。

第5章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

1異步電動機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率以中，有一部分是與轉(zhuǎn)差成正比的轉(zhuǎn)差功率?

依據(jù)對PS處理方式的不同，可把溝通調(diào)速系統(tǒng)分成哪幾類？并舉例說明。

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，是評價調(diào)速系統(tǒng)

效率凹凸的標(biāo)志。從這點動身，可以把異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類0

轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，

降電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬下這一類。在三類異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，

這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時效率越低,它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的

降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，設(shè)備成本最低，所以還有肯定的應(yīng)用價

值。

轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)：在這類系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通

過變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，繞線電機(jī)串級調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速

屬于這一類。無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)：在這類系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損，而且無論轉(zhuǎn)速凹凸，

轉(zhuǎn)差功率基本不變，因此效率更高，變極對數(shù)調(diào)速、變壓變頻調(diào)速屬于此類。其中變極對數(shù)

調(diào)速是有級的，應(yīng)用場合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動態(tài)性能的溝通調(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。

2異步溝通電機(jī)變頻器上電壓和頻率為什么要協(xié)調(diào)把握？

答：在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時，常須考慮的一個重要因素是：期望保持電機(jī)中每極磁通量①m為

額定值不變。假如磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種鋪張；假如過分增大磁通，

又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)峻時會因繞組過熱而損壞電機(jī)。在溝通異步

電機(jī)中，磁通①m由定子和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生，由于有4=4.44/乂攵&￡…此式可知，

只要把握好Eg和力，便可達(dá)到把握磁通中m的目的。

3在電動機(jī)調(diào)速時，為什么要保持每極磁通量為額定值不變?對直流電機(jī)和溝通異步電機(jī)，

分別接受什么方法使電機(jī)每極的磁通恒定？

答：異步電動機(jī)的氣隙磁流在每相定子中的感應(yīng)電動勢4=4.44力乂3中,”

E

假如使」p=c氣隙磁鏈保持不變，要保持直流電機(jī)的磁通恒定，由于其勵磁系統(tǒng)是獨

/1

.立的，只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，簡潔做到保持磁通恒定。要保持溝通異步電機(jī)的磁通恒

定，必需接受恒壓頻比把握。

4簡述恒壓頻比把握方式，

答：繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接把握的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽視定子繞組的漏磁

,則得號=c。這是恒壓頻比的把握方式。但是,

阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓U,工紇

在低頻時4和々都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽視。這時,

需要人為地把電壓U,抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。

5下圖為異步電動機(jī)在不同把握方式下的機(jī)械特性，溝通異步電動機(jī)的恒壓頻比把握有哪

三種方式?試就其實現(xiàn)難易程度、機(jī)械特性等方面進(jìn)行比較。

a）恒壓頻比把握b）恒定子磁通把握c）恒氣隙磁通把握d）恒轉(zhuǎn)子磁通把握

F

答：T=C，氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢/輸入頻率為恒值，機(jī)械特性非線性，難

實現(xiàn)，加定子電壓補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)，改善低速性能。7max，?與頻率無關(guān)，機(jī)械特性平行，硬

度相同，類似于直流電動機(jī)的降壓調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

？=C，定子相電壓/輸入頻率為恒值，小定子相電壓，機(jī)械特性非線性，易實現(xiàn)。/,

f\

接近額定頻率時，7max變化不大，力的降低，7max變化較大，在低速時甚至拖不動負(fù)載。

實際上5=C,由于頻率很低時定子電阻損耗相對較大，不行忽視，故必需進(jìn)行定子電壓

補(bǔ)償。

￡=C,轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢/輸入頻率為恒值，邑轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定

f\

子中的感應(yīng)電動勢（忽視轉(zhuǎn)子電阻損耗）轉(zhuǎn)子磁鏈恒值，機(jī)械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能

好，最難實現(xiàn)。這是矢量把握追求的目標(biāo)。

6溝通異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)在基速以上和基速以下分別接受什么把握方法，磁通、轉(zhuǎn)

矩、功率呈現(xiàn)怎樣的變化規(guī)律？

答：恒磁通調(diào)速（基頻以下）^-=c,并補(bǔ)償定子電阻損耗。恒功率調(diào)速（基頻以上）上升電源

f\

電壓時不允許。

在頻率上調(diào)時，只能保持電壓不變。

頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動機(jī)的弱磁漕速。

7溝通異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的把握方式主要有哪兩種？

答：溝通異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的把握方式主要有兩種：有恒磁通把握和恒功率把握兩

種，其中恒磁通把握乂稱恒轉(zhuǎn)矩把握。

8什么是脈沖寬度調(diào)制(PWM)?

答：利用電力電了?開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)可變的電壓，并通過把握脈沖寬

度或周期達(dá)到變壓變頻的目的。

9什么是SPWM把握方式？

答：SPWM即以正弦波作為調(diào)制信號對載波信號進(jìn)行調(diào)制后，產(chǎn)生一組等幅而脈沖寬度正

比干正弦波的矩形脈沖。將該組脈沖作為逆變附開關(guān)元件的把握信號，從而在逆變器負(fù)載上

(多為異步電動機(jī))得到與把握信號波形相同，等效于正弦波的驅(qū)動電壓。

10什么是電壓型逆變器8個電壓狀態(tài)形成的電壓空間矢量圖？并說明定子磁鏈的運動軌跡。

圖基本電壓空間矢量圖

A-(4)=〃4Az

△%(1)=勺加

圖正六邊形定子磁鏈軌跡

〃2

II

III

〃4

IVVI

圖電壓空間矢量的6個扇區(qū)

答：電壓型逆變器，為三組六個開關(guān)同一橋臂的兩個開關(guān)互為反向：一個接通“1”，另一個

斷開“0升

1)逆變器8個電壓狀態(tài)：

Vi(lOO),V2(010),V3(010),V4(011),V5(001),V6(101)構(gòu)成正六邊形的項點，v7(lll)，

Vo(OOO)位于正六邊形的中心。

由相電壓波形圖可直接得到逆變器的各開關(guān)狀態(tài)，

兩者的開關(guān)狀態(tài)挨次全都6個狀態(tài)一個周期(狀態(tài)If狀態(tài)6),相電壓波形幅值全都：

±2U”/3和±4力/3。

2)忽視定子電阻和漏感的影響，定子回路的電壓平衡方程式為：

us=es=di//x/dt或憶.=ust+肯定子磁鏈的初始值。

3)從電壓型逆變器8個電壓狀態(tài)形成的電壓、空間矢量圖可見：

定子磁鏈?zhǔn)噶繎浀脑鲩L方向，即九矢頭的運動方向打算于電壓矢量Z的方向；

定子磁錐空間矢量頂點的運動方向和軌跡對應(yīng)于相應(yīng)的電壓空間矢量的作用方向。只要定

子電阻壓降比起定子電壓足夠小，這種平衡就能得到很好地近似)，在適當(dāng)?shù)貢r候依次給出

定子電壓空間矢量，則得到的定子磁鏈的運動軌跡依次按V|-Vs運動，形成正六邊形磁

鏈。正六邊形的六條邊代表磁鏈空間矢量一個周期的運動軌跡，稱區(qū)段(扇區(qū))S「區(qū)段(扇

區(qū))S6。

憶矢頭的運動速率與"s的幅值U,成正比；若％=0則k停止運動（Vo、v7）

若有效電壓矢量依照矢量圖Y-v2fv3-Kfv5-v6的次序交替作用，且

作用時間相等，憶矢頭的運動軌跡為一正六邊形。

U什么是轉(zhuǎn)差頻率把握系統(tǒng)調(diào)速？

答：在轉(zhuǎn)差率S很小的范圍內(nèi)，只要能夠維持氣隙磁通念不變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)

差角頻率。，成正比，即在異步電機(jī)中，把握轉(zhuǎn)差率就代表了把握轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率把

握的基本概念。

12轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率把握的變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠仿照直流電動機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行把握，但是

其動靜態(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？

答：它的靜、動態(tài)性能還不能完全達(dá)到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的緣由有以下幾個

方面：

（1）在分析轉(zhuǎn)差頻率把握規(guī)律時，是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式動身的，

所謂的“保持磁通中m恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)狀況下才能成立。在動態(tài)中①m如何變化

還沒有深化爭辯，但確定不會恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能。

（2）U,=f（3],1J函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒有把握到電流的相位，而在

動態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。

（3）在頻率把握環(huán)節(jié)中，取3|=3.+3,使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差

頻率把握的優(yōu)點。然而，假如轉(zhuǎn)速檢測信號不精確或存在干擾，也就會直接給頻

率造成誤差，由于全部這些偏差和干擾都以正反饋的形式亳無衰減地傳遞到頻率把握信號上

來了。

（5-8）

兩電平PWM逆變器主回路，接受雙極性調(diào)制時，用“1”表示上橋臂開通，“0”表示上橋

臂關(guān)斷，共有幾種開關(guān)狀態(tài)，寫出其開關(guān)函數(shù)。依據(jù)開關(guān)狀態(tài)寫出其電壓空間矢量表達(dá)式,

畫出空間電壓矢量圖。

解?：兩電平PWM逆變器主回路：

接受雙極性調(diào)制時，忽視死區(qū)時問影響，用“1”表示上橋臂開通，“0”表示下橋臂開

通，逆變器輸出端電壓:

Ud

2

肛=4

力S=0

2x

jyj2y

%=(uA+uBe+uce)以直流電源中點。'為參考點

(5-9)

當(dāng)三相電壓分別為〃人?！?0，〃co,如何定義三相定子電壓空間矢量U,10,Uso，Uco和

合成矢量U,,寫出他們的表達(dá)式。

解：A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量:

UAO=UAOUBO=UCO="⑶

%=UAO+UHO+U

C(ej2y)

電壓空間矢量

(5-10)

忽視定子電阻的影響，爭辯定子電壓空間矢量〃，與定子磁鏈憶的關(guān)系。當(dāng)三相電壓心。、

“⑼、〃①為正弦對稱時，寫出電壓空間矢量心與定子磁鏈憶的表達(dá)式，畫出各自的運動

軌跡，

解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式：

+也

''5dt

忽視定子電阻的影響，

%^^~或"司".、力

即電壓空間矢最的積分為定子磁鏈的增量。

當(dāng)三相電壓為正弦對稱時，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量

y/,=憶羽…

電壓空間矢量％S2

兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有有限的，若期望輸出電壓矢量%的幅值小

于息”,空間角度。任意，如何用有限的PWM逆變器輸出電壓矢量來靠近期望的？

解：兩電平pWM逆變器有六個基本空間電壓矢量，這六個基本空間電壓矢量將電壓空間矢

量分成六個扇區(qū)，依據(jù)空間角度。確定所在的扇區(qū)，然后川扇區(qū)所在的兩個基本空間電壓矢

量分別作用一段時間等效合成期望的輸出電壓矢量。

第6章基于動態(tài)模型的異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

1從動態(tài)數(shù)學(xué)模型可以看出三相異步電動機(jī)是什么樣的一個系統(tǒng)？

答：從動態(tài)數(shù)學(xué)模型可以看出三相異步電動機(jī)是?個高階、非線性、強(qiáng)混合的多變量系統(tǒng),

2三相異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括哪幾類方程？

答：三相異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括：電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運動方程。

3將三相溝通電機(jī)變換成兩極直流電機(jī)的物理模型要經(jīng)過的坐標(biāo)變換有哪些？

答：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)尸，再將靜止的兩相坐標(biāo)a?尸

換成旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)d-q或同步兩相坐標(biāo)(M-T)。

4坐標(biāo)變換有哪些?坐標(biāo)變換原則有哪兩種？

答：坐標(biāo)變換有：

1)靜止的三相坐標(biāo)(A-B-C)-旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)(d-q-O),

2)旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)(d-q)-靜止的三相坐標(biāo)(A-B-C),

3)靜止的三相坐標(biāo)(A-B-C)-靜止的兩相坐標(biāo)-0)

4)靜止的兩相坐標(biāo)(a-￡-0)-靜止的三相坐標(biāo)(A-B-C)

5)靜止的兩相坐標(biāo)(a-￡)-旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)(d-q),

6)旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)(d-q)-靜止的兩相坐標(biāo)(a-夕)

7)直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)

5異步電動機(jī)的等效二相模型為什么簡潔？

答：四個方程中的為。項很多，轉(zhuǎn)矩和磁通分開把握(相互垂直)。

6磁鏈定向方法有哪些?分別接受了哪種坐標(biāo)系？

答：磁鏈定向方法有兩種：

I)按轉(zhuǎn)子磁鏈獷,定向：把握性能最好，但轉(zhuǎn)子磁鏈不易測量和把握；接受M-T坐標(biāo)系；

2)按定子磁鏈匕定向：定子磁鏈最簡潔測量和把握，但把握性能不好；接受a-/?坐標(biāo)

系。

7什么是矢量把握系統(tǒng)（VCS）?并簡述其工作原理。

圖矢量把握系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

答：將異步電動機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動機(jī)，那么，仿照直流電動機(jī)的把握方法,

求得直流電動機(jī)的把握量，經(jīng)過坐標(biāo)反變換，就能夠把握異步電動機(jī)。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的

是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換的把握系統(tǒng)就叫做矢量把握系統(tǒng)

VCS（VcctorControlSystem）。

8下圖為異步電動機(jī)矢量把握原理結(jié)構(gòu)圖，A,B,C,D分別為坐標(biāo)變換模塊，請指出它們

分別表示什么變換？這些變換的等效原則是什么？

答：A矢策旋轉(zhuǎn)逆變換依一,

B二相靜止坐標(biāo)變成三相靜止坐標(biāo)變換

C三相靜止坐標(biāo)系變成二相靜止坐標(biāo)變換

D矢量旋轉(zhuǎn)變換VR,將二相靜止坐標(biāo)下的相互垂直的溝通信號變換成二相旋轉(zhuǎn)的相互

垂直的直流信號。

等效變換的原則是旋轉(zhuǎn)磁場等效或磁動勢等效。

9下圖為異步電動機(jī)矢量變換與電流解耦數(shù)學(xué)模型，A,B分別為坐標(biāo)變換模塊，請指出它

們分別表示什么變換？這些變換的等效原則是什么？

答：A三相靜止坐標(biāo)系變成二相靜止坐標(biāo)變換

B矢量旋轉(zhuǎn)變換VR將二相靜止坐標(biāo)下的相互垂直的溝通信號變換成二相旋轉(zhuǎn)的相互

垂直的直流信號。

其等效變換的原則是旋轉(zhuǎn)磁場等效或磁動勢等效。

10簡述直接轉(zhuǎn)矩把握的工作原理，并比較它與矢量把握的異同點。

答：1）直接轉(zhuǎn)矩把握技術(shù)利用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)下計算和把握溝通電

動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，它接受定子磁場定向，借助于離散的兩點式調(diào)整（Band-Band把握）產(chǎn)生PWM

信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳把握，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它省掉了簡單的

矢量變換與電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型的簡化處理，沒有通常的PWM信號發(fā)生器，它的把握思想新

穎，把握結(jié)構(gòu)簡潔，把握手段直接，信號處理的物理結(jié)構(gòu)明確。該把握系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快速,

限制在一拍以內(nèi)。且無超調(diào)，是一種具有高性能的溝通調(diào)速方法。

2）直接轉(zhuǎn)矩把握與矢最把握的相同點是：兩者都要對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行把握

3）直接轉(zhuǎn)矩把握與矢量把握的相同異點如下：

直接轉(zhuǎn)矩把握只利用定子側(cè)參數(shù)，而矢量變換把握是利用轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)，這些參數(shù)簡潔受

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的影響；直接轉(zhuǎn)矩把握在靜止的坐標(biāo)系中進(jìn)行，把握運算比矢量變換把握簡潔;

直接轉(zhuǎn)矩把握對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行閉環(huán)把握，精確性高，動態(tài)性好，而矢量把握則過分要

求圓磁磁鏈和正弦波電流；直接轉(zhuǎn)矩把握和直接磁鏈把握接受滯環(huán)，參數(shù)選擇適當(dāng)可彌補(bǔ)由

直接轉(zhuǎn)矩把握引起的速度卜.降。直接轉(zhuǎn)矩把握利用相電壓矢量的概念，對逆變器的功率開關(guān)

進(jìn)行綜合把握，開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗少。

II坐標(biāo)變換是矢量把握的基礎(chǔ)，試分析溝通電機(jī)矢量變換的基本概念和方法。

答:將溝通電機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和把握就可以大大簡化。

坐標(biāo)變換正是依據(jù)這條思路進(jìn)行的。在這里，不同電機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)

下所產(chǎn)生的磁動勢完全全都。

溝通電機(jī)三相對稱的驛止繞組A、B、C,通以三相平衡的正弦電流時，所產(chǎn)生的合

成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F,它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速山?（即電流的角頻率）順著

A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。然而，旋轉(zhuǎn)磁動勢并不肯定非要三相不行，除單相以外，二相、三相、

四相、……等任意對稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，當(dāng)然以

兩相最為簡潔。在三相坐標(biāo)系下的iA、iB、id在兩相坐標(biāo)系下的i。、ip和在旋轉(zhuǎn)兩相坐

標(biāo)系下的直流im、h是等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢。這樣通過坐標(biāo)系的變換，

可以找到與溝通三相繞組等效的直流電機(jī)模型。

12試分析并解釋矢量把握系統(tǒng)與直流轉(zhuǎn)矩把握系統(tǒng)的優(yōu)缺點。

答：兩者都接受轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)速）和磁鏈分別把握，但兩者在把握性能卜.卻各有千秋。

VC系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)Te與中r的解耦，有利于分別設(shè)計轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)整楷；實行連續(xù)把握，川

獲得較寬的調(diào)速范圍；但按定子中r定向受電動機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒

性。

DTC系統(tǒng)則實行Te與中S砰-砰把握，避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡化了把握結(jié)構(gòu)；把握磁

鏈而不是轉(zhuǎn)子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響；但不行避開地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，低速性能較差,

調(diào)速范圍受到限制。

（6-7）

試比較轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型和電流模型的運算方法及其優(yōu)缺點。

答：依據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型叫做電流模型。依

據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動勢等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動勢的積分就可以得到磁鏈，這樣的

模型叫電壓模型。

轉(zhuǎn)子磁鏈模型需要實測的電流和轉(zhuǎn)速信號，但也都受電機(jī)參數(shù)變化的影響，從而轉(zhuǎn)變時

間常數(shù)Tr,磁飽和程度將影響電感U和Lr，從而Tr也轉(zhuǎn)變。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅

值與相位信號失真，而反饋信號的失真必定使磁鏈閉環(huán)壬握系統(tǒng)的性能降低。

電壓模型只需要實測的電流和電壓信號，不需要轉(zhuǎn)速信號，且算法與轉(zhuǎn)子電阻R.無關(guān),

只與定子電阻有關(guān)它是簡潔測得的。與電流模型相比，電壓模型受電動機(jī)參數(shù)變化的影響

較小，而且算法簡潔，便于應(yīng)用。但是，由于電壓模型包含純積分項，積分的初始值和累積

誤差都影響計算結(jié)果，低速時.，定子電阻壓降變化的影響也較大。電壓模型適合中、高速范

圍，而電流模型能適應(yīng)低速。

（6-8）

分別簡述直接矢晟把握系統(tǒng)和間接矢最把握系統(tǒng)的工作原理，磁鏈定向的精度受哪些參數(shù)

的影響？

答：直接矢量把握的工作原理：轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速。磁鏈給定信號由函數(shù)發(fā)生程序獲

得。轉(zhuǎn)速調(diào)整器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號，弱磁時它還受到磁鏈給定信號的把握。在

轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對把握對象的影響相當(dāng)于一種擾動作用，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。

間接矢量把握的工作原理：接受磁鏈開環(huán)把握，系統(tǒng)反而會簡潔一些。在這種狀況卜.，

常利用矢量把握方程中的轉(zhuǎn)差公式，構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量把握系統(tǒng)，它繼承了基于穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn)

差頻率把握系統(tǒng)的優(yōu)點,同時用基于動態(tài)模型的矢量把樨規(guī)律克服了它的大部分不足之處c

轉(zhuǎn)差型矢量把握系統(tǒng)的主電路接受了交-直-交電流源型變頻器，適用于數(shù)千kW的大容量

裝置，在中、小容量裝置中多接受帶電流把握的電壓源型PWM變壓變頻器。

磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量把握系統(tǒng)的磁場定向