現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)復習答疑指導

1、現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)復習答疑指導第一章、概述（1）交流調(diào)速系統(tǒng)的分類；常用的調(diào)速方法有哪些？常見的交流調(diào)速方法有：降電壓調(diào)速轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子電動機串級調(diào)速和雙饋電動機調(diào)速變極對數(shù)調(diào)速變壓變頻調(diào)速等（2）按電動機的能量轉(zhuǎn)換不同，可以將交流調(diào)速系統(tǒng)分成哪幾大類，常用的調(diào)速方法，又分別屬于哪類？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)效率高低的標志。從這點出發(fā)，可以把異步電機的調(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，上述的第、三種調(diào)速方法都屬于這一類；2）轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng): 在這類系

2、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，上述第種調(diào)速方法屬于這一類; 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，上述的第、兩種調(diào)速方法屬于此類。（3）同步電機的調(diào)速方法有幾種？從頻率控制方式看，它可分為哪幾類？同步電機沒有轉(zhuǎn)差，也就沒有轉(zhuǎn)差功率，所以同步電機調(diào)速系統(tǒng)只能是轉(zhuǎn)差功率不變型（恒等于0）;在同步電機的變壓變頻調(diào)速方法中，從頻率控制的方式來看，可分為他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速兩類。第二章、異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)（1）掌握異步電動機調(diào)壓調(diào)速的工作原理、人為調(diào)節(jié)定

3、子電壓時的機械特性、電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓之間關系。根據(jù)異步電動機的機械特性方程式（2）分析交流調(diào)壓調(diào)速更適合風機泵類負載ssmU1norm0.5U1normADCBF01TLTMaxTe風機泵類負載特性0.7U1norm當轉(zhuǎn)差率S一定時，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，這說明不同的定子電壓，可以得到不同的人為機械特性，如圖答：帶恒轉(zhuǎn)矩負載時，調(diào)速范圍有限。而對于風機泵類負載屬于平方轉(zhuǎn)矩負載，調(diào)速范圍較寬；轉(zhuǎn)差功率的損耗系數(shù)小。（3）畫出異步電動機晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速三相“Y型”接法的主電路，并分析其工作原理，晶閘管調(diào)壓有哪幾種控制方式。0負載abcuaubuciaUa0VT1VT3VT5VT4VT

4、6VT2RRR晶閘管調(diào)壓有哪幾種控制方式：1）相位控制 2）整周波控制（開關控制）第三章 籠型異步電機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 本章是整個現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)課程的重點部分，主要分為變壓變頻控制技術發(fā)展狀況概述；變壓變頻調(diào)速的基本控制方式；異步電動機電壓頻率協(xié)調(diào)控制時的機械特性；電力電子變壓變頻器的主要類型；變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的脈寬調(diào)制（PWM）技術幾個部分展開：（1）掌握變頻調(diào)速系統(tǒng)工作的基本原理；充分理解和把握基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況下調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制特性；掌握恒壓頻比控制的基本原理和低頻補償?shù)谋举|(zhì)。（2）學會繪制恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性并定性分析其特點。在采用恒壓頻比

5、控制條件下改變定子角頻率w1時，機械特性基本上是平行下移，要求能夠在同一坐標下定性繪制不同工作頻率時的特性曲線以及定子電壓補償后的特性曲線。掌握恒磁通控制（恒Eg/w1控制）的機械特性，掌握恒Er/w1 控制的機械特性;能夠正確對基頻以下三種電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式進行特性比較。0s10Te恒 Er/w1 控制恒 Eg/w1 控制恒 Us /w1 控制ab c圖不同電壓頻率協(xié)調(diào)控制方式時的機械特性在基頻以上進一步提高角頻率，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，由于定子電壓不同升高，機械特性上移，而形狀基本不變，但最大轉(zhuǎn)矩減小，應注意輕載使用。（3）電力電子變壓變頻器從整體結構上看，可分為交-直-交和交-交兩大類，其

6、控制方式根據(jù)變壓與變頻是否同時進行可分為脈沖幅值調(diào)制(PAM)和脈沖寬度調(diào)制。掌握PWM變壓變頻器與SCR相幅控制變頻器相比具有的一系列優(yōu)點；答：1) 在主電路整流和逆變兩個單元中，只有逆變單元可控，通過它同時調(diào)節(jié)電壓和頻率，結構簡單。采用全控型的功率開關器件，只通過驅(qū)動電壓脈沖進行控制，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?shù)腜WM控制技術，正弦基波的比重較大，影響電機運行的低次諧波受到很大的抑制，因而轉(zhuǎn)矩脈動小，提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。 3）逆變器同時實現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，動態(tài)響應不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動態(tài)性能也得以提高。 4）采用

7、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。 掌握串聯(lián)二極管式三相逆變器的主電路結構及其工作原理，掌握各個部件的作用。根據(jù)逆變器主電路直流濾波環(huán)節(jié)的不同，可分為電壓源和電流源型兩類在掌握它們在性能上的差異。在三相橋式逆變器中，有180°導通型和120°導通型兩種換流方式。（4）掌握PWM調(diào)制原理，搞懂什么是載波，什么是調(diào)制波，什么是正弦波脈寬調(diào)制；掌握規(guī)則采樣法的工作原理。根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制，掌握它們各自的優(yōu)點、缺點，而分段同步調(diào)制綜合了二者的優(yōu)點。掌握消除指定次數(shù)諧波PWM控制技術、

8、電流滯環(huán)跟蹤PWM控制技術的工作原理。（5）掌握磁鏈跟蹤控制、空間矢量的定義，搞清電壓空間矢量的相互關系、電壓與磁鏈空間矢量的關系、磁場軌跡與電壓空間矢量運動軌跡的關系；電壓空間矢量控制SVPWM：把逆變器和交流電動機視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場來控制逆變器的工作，其效果應該更好。這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”。磁鏈的軌跡是交替使用不同的電壓空間矢量得到的：合成空間矢量：由三相定子電壓空間矢量相加合成的空間矢量us是一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變，是每相電壓值的3/2倍。 如果，圖中的逆變器采用180°導通型，功率開關器件共有8種工作狀態(tài)（見附表），其中-6 種有效開關狀態(tài)對應

9、的開關狀態(tài)為010；001，011；100；101；110；和-2 種無效空間電壓矢量（因為逆變器這時并沒有輸出電壓）：對應的開關狀態(tài)為：000；111； 掌握六拍逆變器開關狀態(tài)切換供電時電動機電壓空間矢量與磁鏈矢量的關系；對于六拍階梯波的逆變器，在其輸出的每個周期中6 種有效的工作狀態(tài)各出現(xiàn)一次。逆變器每隔 p/3 時刻就切換一次工作狀態(tài)(即換相)，而在這 p/3 時刻內(nèi)則保持不變。 掌握磁鏈矢量增量與電壓矢量、時間增量的關系；掌握電壓空間矢量的線性組合法SVPWM控制工作原理。在實際系統(tǒng)中，應該盡量減少開關狀態(tài)變化時引起的開關損耗，因此不同開關狀態(tài)的順序必須遵守下述原則：每次切換開關狀態(tài)時

10、，只切換一個功率開關器件，以滿足最小開關損耗。 掌握SVPWM控制模式的特點。1) 逆變器的一個工作周期分成6個扇區(qū)，每個扇區(qū)相當于常規(guī)六拍逆變器的一拍。為了使電動機旋轉(zhuǎn)磁場逼近圓形，每個扇區(qū)再分成若干個小區(qū)間T0 ，T0 越短，旋轉(zhuǎn)磁場越接近圓形，但 T0 的縮短受到功率開關器件允許開關頻率的制約。 2) 在每個小區(qū)間內(nèi)雖有多次開關狀態(tài)的切換，但每次切換都只涉及一個功率開關器件，因而開關損耗較小。3) 每個小區(qū)間均以零電壓矢量開始，又以零矢量結束。4) 利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計算簡便。5) 采用SVPWM控制時，逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，這比一般的SPWM逆變器

11、輸出電壓提高了15%（6）掌握通用變頻器的主電路結構及各組成部分的功能特點；OwtuouoUd-Udi通用變頻器功能參數(shù)的含義及調(diào)試原則。通用變頻器在運行之前，一般需要整定的參數(shù)及其整定原則a) 基本頻率。原則：工藝要求電機參數(shù)要求。b) 加速時間。原則：工藝要求重載加長。c) 減速時間。原則：工藝要求重載加長。d) 最高頻率。原則：工藝要求注意輕載使用原則和電動機允許的最高速度限制。e) 最低頻率。原則：工藝要求注意電機低頻散熱問題。f) 轉(zhuǎn)矩補償。原則：重載加強補償g) 開關頻率。原則：在噪聲或振動大時，加大h) 在滿足電機噪音要求的條件下盡量低，以免干擾等問題。i) 電子熱繼電器。原則：

12、整定值電動機實際容量/變頻器適配容量×100掌握轉(zhuǎn)差頻率控制的定義，工作原理及基于異步電機穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律 。在s 值很小的穩(wěn)態(tài)運行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙磁通Fm不變，異步電機的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率ws 成正比，控制轉(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制的兩個基本規(guī)律：1）在的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩基本上與成正比，條件是氣隙磁通不變。 2）在不同的定子電流值時，按照函數(shù)關系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。 （7）異步電機的動態(tài)數(shù)學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，因此控制比較復雜，為此建立了三相異步電動機的物理模型，掌握組

13、成異步電機的數(shù)學模型的四大方程：電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運動方程，要求對各方程參數(shù)的含義、組成部分及其特點如：異步電動機在dq坐標系上的電壓u方程由電阻壓降、旋轉(zhuǎn)電動勢、脈動電動勢部分組成：（8）異步電機數(shù)學模型非常復雜，為簡化數(shù)學模型，采用坐標變換，掌握坐標變換的思路；如：異步電機矢量控制的基本思路：答：以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準則，將三相ABC坐標系的數(shù)學模型先進行3相/2相變換，再進行同步旋轉(zhuǎn)變換，三相異步電動機可以等效成為直流電動機，因此，模仿直流電動機的控制策略，得到直流電動機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，就可以控制異步電動機。注意不同電機模型彼此等效的原則是：在不同坐標下所

14、產(chǎn)生的磁動勢完全一致；掌握三相-兩相變換（3/2變換）的公式推導。（10）掌握什么是直接矢量控制系統(tǒng)、什么是間接矢量控制系統(tǒng)，它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)直接矢量控制系統(tǒng)磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)間接矢量控制系統(tǒng)掌握直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)特點與性能比較。性能與特點直接轉(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)矩脈動連續(xù)控制，比較平滑坐標變換靜止坐標變換，較簡單旋轉(zhuǎn)坐標變換，較復雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬第四章 繞線轉(zhuǎn)子異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)（1）掌握雙饋調(diào)速的基本概念、基本結構與工作原理；掌握異步電機轉(zhuǎn)子附加電動勢的

15、作用；所謂“雙饋”，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機的定子繞組與交流電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組與其他含電動勢的電路相連接，使它們可以進行電功率的相互傳遞。功率變換單元電網(wǎng)K1M3 K2TI（2）掌握雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的組成、第五章 同步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（1）重點掌握同步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的特點，（a）交流電機旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速w1與定子電源頻率 f1 有確定的關系異步電動機的穩(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 ws ；同步電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差 ws = 0（b）異步電動機的磁場僅靠定子供電產(chǎn)生，而同步電動機除定子磁動勢外，轉(zhuǎn)子側(cè)還有獨立的直流勵磁，或者用永久磁鋼勵磁。 （

16、c） 同步電動機和異步電動機的定子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，同步電動機轉(zhuǎn)子除直流勵磁繞組（或永久磁鋼）外，還可能有自身短路的阻尼繞組。（d）異步電動機的氣隙是均勻的，而同步電動機則有隱極與凸極之分，隱極式電機氣隙均勻，凸極式則不均勻，兩軸的電感系數(shù)不等，造成數(shù)學模型上的復雜性。但凸極效應能產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，單靠凸極效應運行的同步電動機稱作磁阻式同步電動機。（e）異步電動機由于勵磁的需要，必須從電源吸取滯后的無功電流，空載時功率因數(shù)很低。同步電動機則可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵磁電流，改變輸入功率因數(shù)，可以滯后，也可以超前。當cosj =1.0 時，電樞銅損最小，還可以節(jié)約變壓變頻裝置的容量。（f）由于同步電動機轉(zhuǎn)子有獨立勵磁，在極低的電源頻率下也能運行，因此，在同樣條件下，同步電動機的調(diào)速范圍比異步電動機更寬。 （g）異步電動機要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步