《交流調(diào)速系統(tǒng)》課后習(xí)題答案

1、交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案第5章 閉環(huán)控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)5-1異步電動(dòng)機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm中，有一部分是與轉(zhuǎn)差成正比的轉(zhuǎn)差功率Ps，根據(jù)對Ps處理方式的不同，可把交流調(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(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。1）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)速都屬于這一類。 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(shí)效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換

2、取 轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的 應(yīng)用價(jià)值。2）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。3）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 高低，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

3、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為6.32kW，定子銅損耗為341W，轉(zhuǎn)子銅損耗為237.5W，鐵心損耗為167.5W，機(jī)械損耗為45W，附加損耗為29W，試?yán)L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。解：.=632 “87，因?yàn)?0=晉=26050= 1500rpm，16s02375 =0.0415.8115由已

4、知條件得電磁功率為Pm =5.8115kw，所以有所以 n =no -sno =1500(1 0.041) =1439rpm5-3簡述交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合。答：優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡單、成本較低、控制容易、可靠性高、調(diào)速的平滑性較好、電氣和機(jī)械沖擊均較小、可四象限運(yùn)行。缺點(diǎn)：1）低速功耗較大、發(fā)熱量較大、制動(dòng)運(yùn)行方式性能差。2）調(diào)速范圍很小，必須采用高轉(zhuǎn)子電阻電機(jī)或在轉(zhuǎn)子中串入頻敏變阻器，所以必須實(shí)行閉環(huán)控制。3）閉環(huán)交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)載變化范圍受限于電壓Ulmin和Uimax時(shí)的機(jī)械特性，超出此范圍閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力。使用場合：適用于調(diào)速精度要求不高的場合，如：低速電梯、起重機(jī)械、

5、風(fēng)機(jī)類等。5-4何謂軟起動(dòng)器？交流異步電動(dòng)機(jī)采用軟起動(dòng)器有什么好處?答：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，起動(dòng)時(shí)間也短于一級降壓起動(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 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，但無論如何調(diào)整都不宜于滿載起動(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。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。第6章籠型異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)

6、速系統(tǒng)（VVVF6-1簡述恒壓頻比控制方式。答：繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢是難以直接控制的， 當(dāng)電動(dòng)勢值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的 漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 U Eg，則得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，不能再忽略。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。6-2簡述異步電動(dòng)機(jī)在下面四種不同的電壓一頻率協(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；(1)基頻以下電壓一頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性;基頻以上恒壓變頻控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；（4）恒流正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；答

7、：1）恒壓恒頻正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：當(dāng)S很小時(shí)，轉(zhuǎn)矩近似與S成正比,機(jī)械特性是一段直線，S接近于1時(shí)轉(zhuǎn)矩近似與S成反比，這時(shí),Te = f（ S）是對稱于原點(diǎn)的一段雙曲線。2）基頻以下電壓一頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性:恒壓頻比控制的變頻機(jī)械特轉(zhuǎn)速再降低， 特性就折回來性基本上是平行下移，硬度也較好，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，了。而且頻率越低時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值越小，能夠滿足一般的調(diào)速要求，但低速帶載能力有些差強(qiáng)人意，須對定子壓降實(shí)行補(bǔ)償。恒 Eg/叫控制是通常對恒壓頻比控制實(shí)行電壓補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn),可以在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到rm = Constant,從而改善了低速性能，但機(jī)械特性還是非線性的，產(chǎn)生

8、轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。恒Er/O0i控制可以得到和直流他勵(lì)電機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通rm恒定進(jìn)行控制，而且在動(dòng)態(tài)中也盡可能保持 *rm恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標(biāo)。3）基頻以上恒壓變頻控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：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。 基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。4）恒流正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：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。6-3如何區(qū)別交一直一交變壓變頻器是電壓源變頻器還是電流源變頻

9、器？它們在性能上有什么差異?答：根據(jù)變頻器中間直流環(huán)節(jié)的直流電源性質(zhì)的不同，直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波是電壓源型逆變器，它的直流電壓波形比較平直，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梯形波。直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波是電流源型逆變器， 它的直流電流波形比較平直，相當(dāng)于一個(gè)恒流源，輸出交流電流是矩形波或梯形波。 在性能上卻帶來了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下：1）無功能量的緩沖。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, 還存在無功功率的交換。 濾波器除濾 波外還起著對無功功率的緩沖作用, 使它不致影響到交流電網(wǎng)。 因此,兩類

10、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）來緩沖無功能量。2）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。3）動(dòng)態(tài)響應(yīng)正由于交 - 直- 交電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流電壓可以迅速改變，所以動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就慢得多。（4）輸出波形電壓源型逆變器輸出的電壓波形為方波，電流源型逆變器輸出的電流波 形為方波。5）應(yīng)用場合。電壓源型逆變器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)

11、電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動(dòng)和快速減速的場合。 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)， 但可以滿足快速起制動(dòng)和可逆運(yùn)行的 要求。6-4 電壓源變頻器輸出電壓是方波， 輸出電流是近似正弦波； 電流源變頻器輸出電流是 方波，輸出電壓是近似正弦波。 能否據(jù)此得出電壓源變頻器輸出電流波形中的諧波成分比電 流源變頻器輸出電流波形中的諧波成分小的結(jié)論？在變頻調(diào)速系統(tǒng)中, 負(fù)載電動(dòng)機(jī)希望得到 的是正弦波電壓還是正弦波電流？答：在交流電機(jī)中, 實(shí)際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流。 因?yàn)樵诮涣麟姍C(jī)繞組中只有通 入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為恒定值,不含脈動(dòng)分量。 因此,若能對電流 實(shí)行閉

12、環(huán)控制,以保證其正弦波形,顯然將比電壓開環(huán)控制能夠獲得更好的性能。6-5采用二極管不控整流器和功率開關(guān)器件脈寬調(diào)制（PWM逆變器組成的交一直一交 變頻器有什么優(yōu)點(diǎn)？答：具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）在主電路整流和逆變兩個(gè)單元中，只有逆變單元可控，通過它同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率，結(jié)構(gòu)簡單。采用全控型的功率開關(guān)器件，只通過驅(qū)動(dòng)電壓脈沖進(jìn)行控制，電路也簡單， 效率高。（2）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。（3）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

13、數(shù)的影響，系 統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也得以提高。（4）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。6- 6如何改變由晶閘管組成的交一交變壓變頻器的輸出電壓和頻率？這種變頻器適用 于什么場合？為什么?答：正、反兩組按一定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓U0，UO的幅值決 定于各組可控整流裝置的控制角a，U0的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓是方波，一般主要用于軋機(jī)主傳動(dòng)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯 等大容量、低轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)，供電給低速電機(jī)直接傳動(dòng)時(shí)，可以省去龐大的齒輪減速箱。6-7交流PWM變換器和直流PWM變換器有什么異同?

14、答：1）工作方式不同：直流PWM變換器是將恒定的直流電變換成可調(diào)的直流電（DC/DC），只調(diào)幅不調(diào)頻；而交流PWM變換器是將恒壓恒頻的交流電變換成恒定的直流 電后再電變換變壓變頻的交流電（AC/DC/AC），既調(diào)幅又調(diào)頻。2）輸出電壓不同：直流PWM變換器輸出的電壓波形是等幅等寬的脈沖波形（其平均值 為直流），而交流PWM變換器輸出的電壓波形是等幅不等寬的脈沖波形（其平均值為正弦 波）。3）所載負(fù)荷不同：直流PWM變換器的負(fù)載是直流負(fù)載，而交流PWM變換器的負(fù)載是 交流負(fù)載。6-8請你外出時(shí)到一個(gè)變頻器廠家或變頻器專賣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)速開環(huán)恒壓頻比

15、控制的調(diào)速系統(tǒng)，然后說明該系統(tǒng)的工作 原理。6-9轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(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?答：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:（1）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“保持磁通附恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動(dòng)態(tài)中 *m如何變化還沒 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。(2) Us=f®i，ls)函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位,而在動(dòng)

16、態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。(3) 在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 % =a S +C0，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衰減地傳遞到頻率控制信號(hào)上來了。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?答：在調(diào)速過程中，實(shí)際頻率«1隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速同步地上升或下降，有如水漲而船高, 因此加、減速平滑而且穩(wěn)定。如果轉(zhuǎn)速檢測信號(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

17、的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號(hào)上來了。6-11分別簡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?答：直接矢量控制的工作原理：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，磁鏈對控制對象的影響相當(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。間接矢量控制的工作原理：采用磁鏈開環(huán)控制，系統(tǒng)反而會(huì)簡單一些。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)，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)

18、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。磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)確定，靠矢量控制方程 保證，并沒有實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，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)算方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。答：根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈， 所得出的模型叫做電流模型。根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動(dòng)勢等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動(dòng)勢的積分就可以得到磁鏈，這樣 的模型叫電壓模型。轉(zhuǎn)

19、子磁鏈模型需要實(shí)測的電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)， 但也都受電機(jī)參數(shù)變化的影響，從而改變時(shí) 間常數(shù)Tr，磁飽和程度將影響電感Lm和Lr,從而Tr也改變。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與相位信號(hào)失真，而反饋信號(hào)的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低。電壓模型只需要實(shí)測的電流和電壓信號(hào)，不需要轉(zhuǎn)速信號(hào)，且算法與轉(zhuǎn)子電阻Rr無關(guān),只與定子電阻有關(guān)它是容易測得的。與電流模型相比，電壓模型受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響較小，而且算法簡單，便于應(yīng)用。但是，由于電壓模型包含純積分項(xiàng)，積分的初始值和累積誤差都影響計(jì)算結(jié)果，低速時(shí)，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。6-13坐標(biāo)變換是矢量控制的

20、基礎(chǔ)，試分析交流電機(jī)矢量變換的基本概念和方法。答：將交流電機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和控制就可以大大在不簡化。坐標(biāo)變換正是按照這條思路進(jìn)行的。在這里，不同電機(jī)模型彼此等效的原則是: 同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢完全一致。交流電機(jī)三相對稱的靜止繞組A、B、C，通以三相平衡的正弦電流時(shí)，所產(chǎn)生的合成 磁動(dòng)勢是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速叫（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(dòng)勢并不一定非要三相不可，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(dòng)勢，當(dāng)然以兩相最為簡單。在三相坐標(biāo)系下的iA、iB、ic，

21、在兩相坐標(biāo)系下的 咕、ip和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流im、 it是等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢。這樣通過坐標(biāo)系的變換，可以找到與交流三相 繞組等效的直流電機(jī)模型。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（VC） 系統(tǒng)在控制方法上有什么異同?答：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，計(jì)算磁 鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影

22、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)雜性對控制器并沒有影響。3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)過程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn) 矩響應(yīng)，但必須注意限制過大的沖擊電流，以免損壞功率開關(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)與直流轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。答：兩者都采用轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)速）和磁鏈分別控制，但兩者在控制性能上卻各有千秋。VC系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)Te與些的解耦，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 Wr定向受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)

23、變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。DTC系統(tǒng)則實(shí)行Te與些砰-砰控制，避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡化了控制結(jié)構(gòu)；控制定子磁鏈而不是轉(zhuǎn)子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響；但不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低速性能較差，調(diào)速范圍受到限制。下表列出了兩種系統(tǒng)的特點(diǎn)與性能的比較。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，較簡單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較復(fù)雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無注有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬第7章繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)7-1簡述異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速的基本原理及其五種工況。答:略。7-2串級調(diào)速系統(tǒng)的原理是什么？在起動(dòng)、調(diào)速、停車的

24、過程中，逆變角P是如何控制的?答:對于只用于次同步電動(dòng)狀態(tài)的工況來說，比較方便的辦法是將轉(zhuǎn)子電壓先整流成直然后再引入一個(gè)附加的直流電動(dòng)勢，控制此直流附加電動(dòng)勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異流電壓，步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但對直流附加電動(dòng)勢有 2個(gè)技術(shù)要求：首先，它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿 足對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)的要求；其次，從節(jié)能的角度看，希望產(chǎn)生附加直流電動(dòng)勢的裝置 能夠吸收從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來的轉(zhuǎn)差功率并加以利用。因此，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)勢的電源， 并通過改變P角的大小調(diào)節(jié)電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速。起動(dòng)控制：控制逆變角P，使在起動(dòng)開始的瞬間，整流電壓和逆變電壓的差值能產(chǎn)

25、生足 夠大的電流，以滿足所需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過允許的電流值，使電機(jī)在一定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 下加速起動(dòng)。調(diào)速原理：通過改變 P角的大小調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。停車：串級調(diào)速系統(tǒng)沒有制動(dòng)停車功能。 只能靠減小P角逐漸減速，并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的 作用自由停車。7- 3串級調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性有什么特征?答：串級調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的主要特征:1）理想空載轉(zhuǎn)速：在串級調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速都不變，同步 轉(zhuǎn)速是恒定的，但是它的理想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)。2）機(jī)械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩：串級調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級調(diào)速裝置（包括 兩套整流裝置、平波電抗器、逆變變壓器等）， 實(shí)際上相當(dāng)于在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

26、子回路中接入了一 定數(shù)量的等效電阻和電抗，它們的影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。 由于轉(zhuǎn)子回路電阻的影響，異 步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性比其固有特性要軟得多。當(dāng)電機(jī)在最高速的特性上 90°帶額定負(fù)載，也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。整流電路換相重疊角將加大，并產(chǎn)生強(qiáng)迫延遲 導(dǎo)通現(xiàn)象，使串級調(diào)速時(shí)的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)機(jī)在正常接線時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。7-4串級調(diào)速系統(tǒng)的效率比轉(zhuǎn)子串電阻的效率要高的原因是什么?答：在串級調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)差功率未被全部消耗掉， 而是扣除了轉(zhuǎn)子銅損、雜散損耗和附加 的串級調(diào)速裝置損耗后通過轉(zhuǎn)子整流器與逆變器返回電網(wǎng)， 這部分返回電網(wǎng)的功率稱作回饋Pm (4 S) Pmech功

27、率Pf。對整個(gè)串級調(diào)速系統(tǒng)來說，它從電網(wǎng)吸收的凈有功功率應(yīng)為Pin = Pl-Pf。其效率n =二_!mechX100%Pm (1 - S)- Pmech + 邑P 十 Ptan當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，刀P和ptan都基本不變，所以對效率的影響并 不太大。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)，效率為n =Pm(1 - S)- Rnech"00%PmC1 - S) - Pmech 中工p而所串電阻越大（串的電阻越大，轉(zhuǎn)速才能越低）時(shí)，pcus越大，邛 也越大，因而效率n R越低，幾乎是隨著轉(zhuǎn)速的降低而成比例地減少。7-5 略。7-6串級調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)、停車要注意些什么？分別說明

28、直接起動(dòng)和間接起動(dòng)的過程及 工作原理。答：在起動(dòng)時(shí)必須使逆變器先電機(jī)而接上電網(wǎng)， 停車時(shí)則比電機(jī)后脫離電網(wǎng)，以防止逆 變器交流側(cè)斷電，使晶閘管無法關(guān)斷，造成逆變器的短路事故。1、間接起動(dòng)的過程及工作原理：（1）先合上裝置電源總開關(guān)，使逆變器在 Pmin下等待工作。（2）然后接入起動(dòng)電阻，再把電機(jī)定子回路與電網(wǎng)接通，電動(dòng)機(jī)便以轉(zhuǎn)子串電阻的方式起動(dòng)。（3）待起動(dòng)到所設(shè)計(jì)的最低轉(zhuǎn)速時(shí)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子接到串級調(diào)速裝置上，同時(shí)切斷起動(dòng)電阻，此后電動(dòng)機(jī)就以串級調(diào)速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。2、直接起動(dòng)的過程及工作原理:直接起動(dòng)又稱串級調(diào)速方式起動(dòng)。 在起動(dòng)控制時(shí)讓逆變器先于電動(dòng)機(jī)接通交流電網(wǎng)， 然后使

29、電動(dòng)機(jī)的定子與交流電網(wǎng)接通，此時(shí)轉(zhuǎn)子呈開路狀態(tài)，可防止因電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的合閘過 電壓通過轉(zhuǎn)子回路損壞整流裝置，最后再使轉(zhuǎn)子回路與整流器接通。第8章同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)8-1同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的特點(diǎn)是什么？基本類型有哪些?答：同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的特點(diǎn)是:2nf1np異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速的， 二者之差叫做轉(zhuǎn)差s；同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速1）交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速 助與定子電源頻率f1有確定的關(guān)系：1等于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差 桃=0。2）異步電動(dòng)機(jī)的磁場僅靠定子供電產(chǎn)生，而同步電動(dòng)機(jī)除定子磁動(dòng)勢外，轉(zhuǎn)子側(cè)還有 獨(dú)立的直流勵(lì)磁，或者用永久磁鋼勵(lì)磁。3）同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的定子

30、都有同樣的交流繞組,一般都是三相的，而轉(zhuǎn)子繞組則不同，同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子除直流勵(lì)磁繞組（或永久磁鋼）外,還可能有自身短路的阻尼繞組。4）異步電動(dòng)機(jī)的氣隙是均勻的，而同步電動(dòng)機(jī)則有隱極與凸極之分，隱極式電機(jī)氣隙均勻，凸極式則不均勻，兩軸的電感系數(shù)不等，造成數(shù)學(xué)模型上的復(fù)雜性。但凸極效應(yīng)能產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，單靠凸極效應(yīng)運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)稱作磁阻式同步電動(dòng)機(jī)。5）異步電動(dòng)機(jī)由于勵(lì)磁的需要，必須從電源吸取滯后的無功電流，空載時(shí)功率因數(shù)很低。同步電動(dòng)機(jī)則可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁電流， 改變輸入功率因數(shù)，可以滯后，也可以超前。當(dāng) cos® = 1.0時(shí)，電樞銅損最小，還可以節(jié)約變壓變頻裝置的容量。6）由于

31、同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有獨(dú)立勵(lì)磁，在極低的電源頻率下也能運(yùn)行，因此，在同樣條件下，同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍比異步電動(dòng)機(jī)更寬。7）異步電動(dòng)機(jī)要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步電機(jī)只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩,同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)對轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有更強(qiáng)的承受能力，能作出更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本類型有他控變頻調(diào)速系統(tǒng)和自控變頻調(diào)速系統(tǒng)兩類。8- 2他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本類型?答：他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要有下列 4種類型:1)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的同步電動(dòng)機(jī)群調(diào)速系統(tǒng)2)由交-直-交電流型負(fù)載換流變壓變頻器供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)3)由交-交變壓變頻器供電的大型低速同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系

32、統(tǒng)4)按氣隙磁場定向的同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)8-3在同步電動(dòng)機(jī)的多變量動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型中，磁鏈方程、電壓矩陣方程、轉(zhuǎn)矩方程中各項(xiàng)的物理意義是什么？答：1)磁鏈方程屮d屮q 屮f 屮D 屮= Lsdid +LmdIf +LmdiDLsqiq + LmqiQLmdid +Lrflf +LmdiD Lmd id + Lmdlf + LrDiDQ = Lmqiq + LgiQ式中，Lsd 等效兩相定子繞組d軸自感,Lsc= Lls+Lmd ；Lsq 等效兩相定子繞組q軸自感,Lsq= Lls+Lmq ；L|s 等效兩相定子繞組漏感;Lmd d軸定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感,相當(dāng)于同步電動(dòng)機(jī)原理中的C軸電樞反應(yīng)電感;Lmq q軸定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感，相當(dāng)于 q軸電樞反應(yīng)電感;Lrf 勵(lì)磁繞組自感，Lrf = Llf + Lmd ；LrD d軸阻尼繞組自感，L