運動控制系統(tǒng)試題庫

1、目錄直流調(diào)速系統(tǒng)（復習）P4交流調(diào)速系統(tǒng)（回顧）P9交流異步電動機變頻調(diào)速的理論基礎P13交流異步電動機矢量變換控制P17交流異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制P20PWM和SPWMP31雙饋調(diào)速和內(nèi)反饋P36繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)P42無速度傳感器調(diào)速系統(tǒng)P46同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)P52（十一）開關磁阻電動機調(diào)速控制技術P56（十二）雙定子電機調(diào)速系統(tǒng)P75（十三）直線電機調(diào)速系統(tǒng)P82一、復習：直流調(diào)速系統(tǒng)問題1-1:電機的分類？發(fā)電機（其他能一電能）直流發(fā)電機13交流發(fā)電機電動機（電能一其他能）r直流電動機：j有換向器直流電動機（用勵、并勵、復勵、他勵）無換向器直流電動機（又屬于一種特殊的同

2、步電動機）交流電動機：m步電動機J1異步電動機:j鼠籠式繞線式:1伺服電機旋轉(zhuǎn)變壓器i控制電機J自整角機力矩電機測速電機i步進電機（反應式、永磁式、混合式）問題1-2:衡量調(diào)速系統(tǒng)的性能指標是哪些?調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin靜差率S=Annom/n0*100%對轉(zhuǎn)差率要求高，同時要求調(diào)速范圍大（D大S?。r，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。和負載匹配情況：一般要求：包功率負載用恒功率調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩負載用包轉(zhuǎn)矩調(diào)速。問題1-3:請比較直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并說明今后電力傳動系統(tǒng)的發(fā)展的趨勢.* 直流電機調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點：調(diào)速范圍廣，易于實現(xiàn)平滑調(diào)速，起動、制動性能好，過載轉(zhuǎn)矩

3、大，可靠性高，動態(tài)性能良好。缺點：有機械整流器和電刷，噪聲大，維護困難；換向產(chǎn)生火花，使用環(huán)境受限；結(jié)構(gòu)復雜，容量、轉(zhuǎn)速、電壓受限。* 交流電機調(diào)速系統(tǒng)（正好與直流電機調(diào)速系統(tǒng)相反）優(yōu)點：異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、維護方便、造價低廉，使用環(huán)境廣，運行可靠，便于制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓電機。大量被用來拖動轉(zhuǎn)速基本不變的生產(chǎn)機械。缺點：調(diào)速性能比直流電機差。* 發(fā)展趨勢：用直流調(diào)速方式控制交流調(diào)速系統(tǒng)，達到與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的調(diào)速性能；或采用同步電機調(diào)速系統(tǒng).問題1-4:直流電機有哪幾種？直流電機調(diào)速方法有哪些？請從調(diào)速性能、應用場合和優(yōu)缺點等方面進行比較.哪些是有級調(diào)速？哪些是無級調(diào)速？

4、直流電動機中常見的是有換向器直流電動機，可分為申勵、并勵、復勵、他勵四種，無換向器直流電動機屬于一種特殊的同步電動機。根據(jù)直流電機的轉(zhuǎn)速nu公式，調(diào)速方法有變壓調(diào)速、變電阻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)IRKe調(diào)壓調(diào)速：調(diào)節(jié)電壓供電電壓進行調(diào)速，適應于：U<Unom,基頻以下，在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速。弱磁調(diào)速：無級，適用于&Onom,一般只能配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基頻以上（即電動機額定轉(zhuǎn)速以上）作小范圍的升速。變電阻調(diào)速：有級調(diào)速。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：無級調(diào)速。問題1-5:帶有比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，如果轉(zhuǎn)速的反饋值與給定值相等，則調(diào)節(jié)器的輸出為（A）A、零；B、大于零的定值C、小于零的定值

5、；D、保持原先的值不變問題1-6:什么是調(diào)速范圍D?什么是靜差率S,兩者的關系如何？用什么方法可以使調(diào)速系統(tǒng)滿足D大S小的控制要求？調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin靜差率S=Annom/n0*100%對轉(zhuǎn)差率要求高，同時要求調(diào)速范圍大（D大S?。r，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。問題1-7:直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源有：旋轉(zhuǎn)變流機組（G-M系統(tǒng)）、靜止可控整流器（V-M系統(tǒng)）、直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器（PWM）。名詞解釋1-8:G-M系統(tǒng)V-M系統(tǒng)PWMPFMG-M系統(tǒng)：交流電動機拖動直流發(fā)電機G實現(xiàn)變流，由直流發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機M供電，調(diào)節(jié)G的勵磁電流及改變其輸出電壓，

6、從而調(diào)節(jié)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點：在允許轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)四象限運行。缺點：設備多，體積大，費用高，效率低，有噪音，維護不方便。V-M系統(tǒng)：晶閘管，工作在相位控制狀態(tài)，由晶閘管可控整流器V給需要調(diào)速直流電動機M供電，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流器V的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電動機M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點：經(jīng)濟性和可靠性提高，無需另加功率放大裝置?？焖傩院?，動態(tài)性能提高。缺點：只允許單向運行；元件對過電壓、過電流、過高的du/dt和di/dt十分敏感；低速時易產(chǎn)生電力公害：系統(tǒng)功率因數(shù)低，諧波電流大。PWM:脈沖寬度調(diào)制（PWM）,晶閘管工作在開關狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上

7、；晶閘管關斷時，直流電源與電動機斷開；這樣通過改變晶閘管的導通時間（即調(diào)占空比ton）就可以調(diào)節(jié)電機電壓，從而進行調(diào)速。PWM調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點：系統(tǒng)低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬；電動機損耗和發(fā)熱較?。幌到y(tǒng)快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強；器件工作早開關狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率較高。PWM調(diào)速系統(tǒng)應用：中、小功率系統(tǒng)PFM脈沖頻率調(diào)制（PFM）,晶閘管工作在開關狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上；晶閘管關斷時，直流電源與電動機斷開；晶閘管的導通時間不變，只改變開關頻率f或開關周期T（即調(diào)節(jié)品閘管的關斷時間t0ff）就可以調(diào)節(jié)電機電壓，從而進行調(diào)速。5問題1-9:哪些是控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指

8、標、穩(wěn)定性指標和動態(tài)性能指標？穩(wěn)態(tài)性能指標是：調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin和靜差率$=nnom/n0*100%穩(wěn)定性指標：柏德圖（對數(shù)幅頻特性和對數(shù)幅頻特性）典型I型系：對數(shù)幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線，只有保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。Y=90-tg-1cT>45。典型R型系統(tǒng)：對數(shù)幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線。Y=180°-180°+tg-1ct-tg-1cT=tg-1ct-tg-1/動態(tài)性能指標分跟隨性能指標和抗擾性能指標：跟隨性能指標上升時間：在典型的階躍響應跟隨過程中，輸出

9、量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)過的時間（有些教材定義為10%-90%）超調(diào)量：在典型的階躍響應跟隨過程中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏移量與穩(wěn)態(tài)值之比。I調(diào)節(jié)時間：又稱過度過程時間原則上是系統(tǒng)從給定量階躍變化到輸出量完全穩(wěn)定下來的時間。一般在階躍響應曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，r取±5%（或±2%）的范圍作為允許誤差?？箶_性能指標：動態(tài)降落：在系統(tǒng)穩(wěn)定時，加一個約定的標準的擾動量，在過度過程中引起1的輸出量最大降落值?；謴蜁r間：從階躍擾動作用開始，到輸出量基本恢復穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進入某基準量的士5%（或±2%）范圍之內(nèi)所需的時間。問題1-10:轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動

10、過程特點是、和。飽和非線性控制ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，恒值電流調(diào)節(jié)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).準時間最優(yōu)控制：恒流升速可使起動過程盡可能最快.轉(zhuǎn)速超調(diào)：只有轉(zhuǎn)速超調(diào)才能使ASR退飽和.問題1-11:轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型J型系統(tǒng)設計，抗擾能力強，穩(wěn)態(tài)無靜差。電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設計，抗擾能力_稍差,超調(diào)小。問題1-12:無靜差調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器中P部份的作用是（D）A、消除穩(wěn)態(tài)誤差；B、不能消除穩(wěn)態(tài)誤差也不能加快動態(tài)響應C、既消除穩(wěn)態(tài)誤差又加快動態(tài)響應；D、加快動態(tài)響應問題1-13:轉(zhuǎn)子位置檢測的方法有哪幾種？選擇其中12種進行論述它們的工組原理和特

11、點及其應用場合？ 自整角機（角位移傳感器，成對應用：發(fā)送機與指令軸相連，接收機與執(zhí)行軸相連） 旋轉(zhuǎn)變壓器（一種特制的兩相旋轉(zhuǎn)電機，在定子和轉(zhuǎn)子上各有兩套在空間上完全正交的繞組。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，輸出電壓與轉(zhuǎn)子角呈一定的函數(shù)關系，主要作角度傳感器）。 感應同步器（圓形感應同步器用來測角位移，用于轉(zhuǎn)臺（立式車床）的角度數(shù)字顯示和精確定位。直線式形感應同步器用來測直線位移，安裝在具有平移運動的機床上（式車床），用來測量刀架的位移并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。 光電編碼盤分增量式絕對式兩種（增量式光電編碼盤實際是一個光電脈沖發(fā)生器和一個可逆計算器）（絕對式光電編碼盤則是通過讀取碼盤的圖形來表示軸的位置，碼制可選二進制、

12、二-十進制（BCD碼）、和循環(huán)碼（格雷碼）同軸齒輪在電機位置檢測是應用較多。具體工作原理見（陳伯時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng).機械工業(yè)出版社）P154-163問題1-14：什么是檢測誤差、原理誤差和擾動誤差？哪些無法克服？哪些能克服？ 檢測誤差：由檢測產(chǎn)生的誤差，它取決于檢測元件本身的精度，位置隨動系統(tǒng)中常用的位置檢測元件如自整角機、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器等都有一定的精度等級，系統(tǒng)的精度不可能高于所用位置檢測元件的精度。檢測誤差是穩(wěn)態(tài)誤差的主要部分，這是系統(tǒng)無法克服的。 原理誤差：又稱系統(tǒng)誤差，它是系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)特征參數(shù)和輸入信號的形式?jīng)Q定的，I型系統(tǒng)只對位置輸入是無靜差的隨動系統(tǒng)（

13、一階無差系統(tǒng)）；n型系統(tǒng)對位置輸入和速度輸入都是無靜差的隨動系統(tǒng)（二階無差系統(tǒng)）。 擾動誤差分負載擾動、系統(tǒng)參數(shù)變化、噪聲干擾三種。*負載擾動（恒值負載擾動和隨機性負載擾動），在抵抗負載擾動能力方面，n型系統(tǒng)比I型系統(tǒng)好。* 系統(tǒng)參數(shù)變化（放大器零漂、元件老化、電源電壓波動等）負載擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化都作用在系統(tǒng)的前向通道上，可通過閉環(huán)予以抑制。* 噪聲干擾（經(jīng)檢測裝置混入系統(tǒng)，一般多為高頻成分，其頻譜與輸入信號頻譜不重疊，可濾除，但影響快速性和系統(tǒng)動態(tài)精度）問題1-15：位置隨動系統(tǒng)解決的主要問題是什么？試比較位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的異同。 位置隨動系統(tǒng)解決的主要問題是實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)對位置指令（

14、給定量）的準確跟蹤。隨動系統(tǒng)一般稱伺服系統(tǒng) 位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的相同點：兩者的控制原理相同，它們都是反饋控制系統(tǒng)，即通過對系統(tǒng)的輸出量與給定量進行比較，組成閉環(huán)控制。 位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的相異點：調(diào)速系統(tǒng)的給定量是恒值，不管外界擾動情況如何，希望輸出能夠穩(wěn)定，因此系統(tǒng)的抗擾性能顯得十分重要。位置隨動系統(tǒng)中的位置指令是經(jīng)常變化的，是一個隨機變量，要求輸出量準確跟蹤給定量的變化，輸出響應的快速性、靈活性、準確性成了位置隨動系統(tǒng)的主要特征。位置隨動系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上往往比調(diào)速系統(tǒng)復雜一些。位置隨動系統(tǒng)可以在調(diào)速系統(tǒng)的基礎上增加一個位置環(huán)，位置環(huán)是位置隨動系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特征。1-16：什么是串聯(lián)校正

15、、并聯(lián)校正和復合控制？試舉例說明它們的使用場合。 串聯(lián)校正（調(diào)節(jié)器校正），采用D校正的單位置環(huán)隨動系統(tǒng)，可以得到較高的截止頻率和對給定信號的快速響應，結(jié)構(gòu)簡單。由于不使用測速機，從而排除了測速機帶來的干擾，但反過來又使摩察、間隙等非線性因素不能很好地受到抑制。負載擾動也必須通過位置環(huán)進行調(diào)節(jié)，沒有快速的電流環(huán)及時補償而使動態(tài)誤差增大。同時D調(diào)節(jié)器是采用比例微分超前作用來對消調(diào)節(jié)對象中的大慣性，屬于串聯(lián)校正，常會因放大器的飽和而削弱微分信號的補償強度，還會因控對象參數(shù)變化而喪失零極點對消的效果。因此單位置環(huán)的隨動系統(tǒng)僅適用于負載較輕，擾動不大，非線性因素不太突出的場合。 并聯(lián)校正在調(diào)速系統(tǒng)中引入

16、被調(diào)量的微分負反饋是一種很有效的并聯(lián)校正，在隨動系統(tǒng)中經(jīng)常采用這種并聯(lián)校正，有助于抑制振蕩、減小超調(diào)，提高系統(tǒng)的快速性。在位置隨動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速微分負反饋的并聯(lián)校正比轉(zhuǎn)速反饋的并聯(lián)校正好，因為它不需增大K1就可以保證原有的穩(wěn)態(tài)精度，而快速性同樣可以得到一定程度的提高，只受到小時間常數(shù)及測速發(fā)電機信號中噪聲干擾的限制。 復合控制當隨動系統(tǒng)輸入信號的各階導數(shù)可以測量或者可以實時計算時，利用輸入信號的各階導數(shù)進行前饋控制構(gòu)成前饋控制（開環(huán)控制）和反饋控制（閉環(huán)控制）相結(jié)合的復合控制，也是一種提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)品質(zhì)指標的有效途徑。、回顧：交流調(diào)速系統(tǒng)問題2-1：交流調(diào)速技術引起人們廣泛重視的原因是什么?交

17、流電動機優(yōu)點，20世紀30年代，交流調(diào)速系統(tǒng)存在問題，70年代電子技術發(fā)展，高性能交流調(diào)速技術的不斷涌現(xiàn)：矢量變換控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無速度傳感器控制系統(tǒng)、數(shù)字化技術等，非線性解耦控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制、模糊控制等新的控制策略不斷推進。2-2：簡述異步電機的工作原理。三相異步電動機的定子通入對稱三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場-與靜止的轉(zhuǎn)子有相對運動-產(chǎn)生感應電動勢-轉(zhuǎn)子導體有感應電流-轉(zhuǎn)子導體帶電導體在磁場中受電磁力的作用-兩邊同時受到電磁力的作用，產(chǎn)生電磁力矩-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動-帶動生產(chǎn)機械運動。2-3：設異步電動機運行時，定子電流的須率為f1，試問此時定子磁勢F1、轉(zhuǎn)子磁勢F2是多少？7請畫出異步動電

18、機的等效電路，并按頻率折算（折算前后磁動勢不變）和繞組折算（折算前后電機內(nèi)部的電磁性能和功率不變）對相關參數(shù)進行折算，最后得出T形效電路問題2-4:請寫出異步電動機的電磁關系。定子輸入功率：P1= Pm+ Pcu1+ Pfe 定子銅耗：Pcu1=3Ii2Ri定子鐵耗：PFe= PFe1=3I 2r 轉(zhuǎn)子銅耗：Pcu2=3I '22R 2電磁 功率：Pm = Pout + Pcu2 機械損耗：Ps附加損耗：P'f軸上輸出功率：Pout= P2 + Ps+ P f輸出功率：P2效率二輸出功率P2定子輸入功率P1問題2-5:常用的異步電動機調(diào)速有哪些？哪些屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型？哪些屬于

19、轉(zhuǎn)差功率不變型?哪些屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型？異步電動機調(diào)速方法有：降電壓調(diào)速、繞線式異步電機轉(zhuǎn)子用電阻調(diào)速、用級調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速等。降電壓調(diào)速、繞線式異步電機轉(zhuǎn)子用電阻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型審級調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型變極調(diào)速、變頻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率不變型。問題2-6:變極調(diào)速方法對籠型與繞線式電動機是否都適用，為什么變極調(diào)速只適合于本身具備改變極對數(shù)的籠型電動機（雙速電動機、三速和四速電動機），它們可以通過改變極對數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來完成調(diào)速，繞線式電動機一般采用轉(zhuǎn)子傳電阻或?qū)徏壵{(diào)速。問題2-7:采用改變電動機極對數(shù)的方法調(diào)速時，改變極對數(shù)時，是否只需改變電動機定子繞組的聯(lián)結(jié)方式就

20、可以了，還需要注意什么問題？采用改變電動機極對數(shù)的方法調(diào)速時，改變極對數(shù)時，除了需要改變電動機定子繞組的聯(lián)結(jié)方式外，還應注意保持電源的相序不變，即：要對調(diào)電源端子。如：變極前：A0B240cC-480c（120C）變極后：A-0B120cC-240c與變極前不一致。應對調(diào)B、C兩相，以保證變極前后的電源相序一致。問題2-8:請簡述交流異步電動機變極調(diào)速的工作原理，并說明其特點和應用場合。變極調(diào)速是通過改變定子繞組的極對數(shù)來改變旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速進行調(diào)速的，是無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式。改變極對數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來完成的（雙速電動機、三速和四速電動機）這種改變極對數(shù)來調(diào)速的籠型電動機，

21、通常稱為多速感應電動機或變極感應電動機。缺點：有級調(diào)速，而且調(diào)速級差大，從而限制了它的使用范圍。特點：具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；接線簡單、控制方便、價格低；有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速；可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。變極調(diào)速適合于：按24檔固定調(diào)速變化的場合，（不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械），如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。問題2-9：晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，對觸發(fā)脈沖有何要求，為什么？晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，要求用寬脈沖、雙窄脈沖或脈沖列觸發(fā)，以保證可靠換流，防止直通。晶閘管是半控器件，只需要用脈沖觸發(fā)其

22、導通，不需要控制其關斷。問題2-10：請簡述交流異步電動機定子調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并對三種常用的調(diào)壓方法進行說明。當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源。目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點：調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制。調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機械。通過改變自耦變壓器變比，來改變電機電壓，從而進行調(diào)速。通過改變直流勵磁電流來控制鐵心的飽和程度，改變交流電抗值，改變電機電壓

23、，實現(xiàn)降壓調(diào)速。飽和，交流電抗小，電機定子電壓高。通過控制晶閘管的導通角，來調(diào)節(jié)電動機的端電壓，從而進行調(diào)速。問題2-11：在交流異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，怎樣解決調(diào)速范圍小和機械特性軟的問題？在交流異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多，械特性曲線軟，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調(diào)速在2：1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。2-12：交流調(diào)速的主要應用領域有哪些？已普及國民經(jīng)濟各

24、部門的傳動領域：冶金機械軋鋼機主傳動（大容量、低轉(zhuǎn)速、過載能力強，交交變頻調(diào)速取代直流調(diào)速。高爐熱風爐鼓風機。機車牽引：電氣機車、電動機車等（不消耗汽油、不排廢氣、噪聲小，將燃油機車改電動機車）。數(shù)控機床：主傳動（調(diào)速范圍寬、靜差率?。?、進給傳動（輸出轉(zhuǎn)矩大、動態(tài)響應好、定位精度高）采用交流傳動，異步電動機或同步電動機取代直流電動機。礦井提升機：交交變頻電源供電（優(yōu)良的調(diào)速性能和位置控制以獲得平穩(wěn)、安全的制動運行，消除失控現(xiàn)象，提高可靠性。起重、裝卸機械：環(huán)境惡劣、頻繁迅速啟動和調(diào)速。原子能及化工設備：使用條件惡劣要求調(diào)速范圍寬。建筑電氣設備：空調(diào)系統(tǒng)、電梯傳動、供水系統(tǒng)等。紡織、食品機械：紡

25、織卷繞機、肉類攪拌機等。2-13：請簡述自耦調(diào)壓器調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。在交流異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過改變自耦變壓器變比，來改變電機電壓，從而進行調(diào)速。自耦調(diào)壓器調(diào)速可以實現(xiàn)無級調(diào)速，但啟動轉(zhuǎn)矩也與電壓平方成正比，因而只能適合空載啟動或者輕載啟動。自耦調(diào)壓器調(diào)速結(jié)構(gòu)簡單，但性能指標和經(jīng)濟指標都不高，常用于特殊效功率場合。問題2-14:請簡述用飽和電抗器調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。在交流異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過改變直流勵磁電流來控制鐵心的飽和程度，以改變用接在定子回路中的交流電抗值，從而調(diào)節(jié)電機定子

26、繞組上得到的電壓，實現(xiàn)降壓調(diào)速。如鐵心飽和，交流電抗小，電機定子電壓高，電機升速。反之則電機減速。用飽和電抗器調(diào)壓調(diào)速控制簡單，但電磁裝置太笨重。問題2-15:請簡述品閘管調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。畫出幾種晶閘管主電路的連接方法，指出他們各自的特點。在交流異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過控制品閘管的導通角，來調(diào)節(jié)電動機的端電壓，從而進行調(diào)速。優(yōu)點：維護方便，噪聲小，可以四象限運行。缺點：電網(wǎng)輸入電壓為正弦波，但輸出電壓不為正弦波，諧波大，功率因素低，機械特性軟。解決辦法：采用閉環(huán)系統(tǒng)。三相分支雙向控制繞組Y連接：特點：用雙脈沖或者寬60。脈沖觸發(fā)晶閘管

27、SCR,輸出含有奇次諧波，繞組Y連接。如電機繞組帶中線，可消取三次諧波電流，但仍然存在其他次諧波，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩和附加損耗。與其它接法相比，此接法諧波分量最小。三相分支雙向控制繞組4連接：特點：用雙脈沖或者寬60°脈沖觸發(fā)SCR,輸出含有奇次諧波，繞組連接。有其它的高次諧波，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩和附加損耗。三相分支單向控制繞組Y連接：特點：每一相制用一個用品閘管和一個二極管反并聯(lián)，可以降低成本，但各相波形不對稱，輸出含有偶次諧波，降低了運行性能，所以只用于小容量裝置。三相形雙向控制繞組4連接特點：品閘管?接在相繞組回路中，在同等容量下，品閘管承受的電壓高而電流小，適合于電機繞組連接的情況。三相

28、零點4連接，單向控制特點：電路簡單，品閘管放在負載后面，可以減小電網(wǎng)浪涌電壓對它的沖擊，但因為是單向控制奇次、偶次諧波都存在，運行效率稍低。只適合于小容量電機。11#問題2-16:請簡述轉(zhuǎn)差離合器調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。 電樞和后者沒有機械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動。 電樞與電動機轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機帶動； 磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱從動部分當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極性交替的磁極，具磁通經(jīng)過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應產(chǎn)生渦流，此渦流與

29、磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速包低于電樞的轉(zhuǎn)速N1,這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。電磁調(diào)速電動機的調(diào)速特點：裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；調(diào)速平滑、無級調(diào)速；對電網(wǎng)無諧影響；速度失大、效率低。本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產(chǎn)機械。問題2-17:請簡述繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子用電阻調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子用入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行，申入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在

30、電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。三、交流異步電動機變頻調(diào)速的理論基礎問題3-1:在電動機調(diào)速時，為什么要保持每極磁通量為額定值不變？對直流電機和交流異步電機,Eg分別采用什么方法使電機每極的磁通恒定?m水異步電機的氣隙磁鏈在每相定子中的感應電動勢Eg=4.44f1N1kN1m如果使Eg/f1=K氣隙磁鏈保持不變，要保持直流電機的磁通恒定，因為其勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應的補償合適，容易做到保持磁通恒定。要保持交流異步電機的磁通恒定，必須采用恒壓頻比控制。問題3-2:交流異步電動機的恒壓頻比控制有哪三種方式？試就其實現(xiàn)難易程度、機械特性等方面進行比較Eg/f1=K,氣隙磁鏈在每相定子中的

31、感應電動勢/輸入頻率為恒值,機械特性非線性,難實現(xiàn)，加定子電壓補償?shù)哪繕?，改善低速性能。Tmax,nm與頻率無關，機械特性平行，硬度相同，類似于直流電動機的降壓調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。U”f1=K,定子相電壓/輸入頻率為恒值，U1定子相電壓，機械特Tt非線性，易實現(xiàn)。f1接近額定頻率時，Tmax變化不大，f1的降低，Tmax變化較大，在低速時甚至拖不動負載。實際上U1/f1=常數(shù)，由于頻率很低時定子電阻損耗相對較大，Unt“E2/f1=KU1/f1=KEg/fl =K帶定子電壓補償?shù)?U”fi=K f不可忽略，故必須進行定子電壓補償。E2/fl=K,轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應電動勢/輸入頻率為恒

32、值，E2轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應電動勢（忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗）轉(zhuǎn)子磁鏈包值，機械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能好，最難實現(xiàn)。這是矢量控制追求的目標。問題3-3:交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)在基速以上和基速以下分別采用什么控制方法，磁通、轉(zhuǎn)矩、功率呈現(xiàn)怎樣的變化規(guī)率？并請用圖形表示。恒磁通調(diào)速（基頻以下）Ul/fl=常數(shù)，并補償定子電阻損耗包功率調(diào)速（基頻以上）升高電源電壓時不允許的，在頻率上調(diào)時，只能保持電壓不變。頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動機的弱磁增速。問題3-4:正弦波恒流供電時交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的機械特性有何特點?U Ila, 1a1bI1>I 1b, 1a> T

33、a v1=cont小得多。但這并不影與恒壓頻比控制的機械特性相似，有空載轉(zhuǎn)矩點和最大轉(zhuǎn)矩點，恒流機械特性的最大轉(zhuǎn)矩與1無關，恒流變頻時最大轉(zhuǎn)矩不變，但改變定子電流時，最大轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比。由于Lul<<Lm,所以恒流機械特性的線性段比恒壓機械特性較平，而且最大轉(zhuǎn)矩處很尖。恒流特性限制了定子電流I1,而恒壓供電時隨著轉(zhuǎn)速n降低電流I1會不斷增大。所以額定電流時TemaxIll=cont比額定電壓時TemaxI響恒流控制得系統(tǒng)承擔短時過載能力。因為過載時加大定子電流，以產(chǎn)生更大得轉(zhuǎn)矩。問題3-5:交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式有恒磁通控制、包功率控制和恒電流控制三種，其中恒

34、磁通控制又稱恒轉(zhuǎn)矩控制問題3-6:如果在交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)采用恒轉(zhuǎn)矩控制時，出現(xiàn)勵磁電流急劇增加的現(xiàn)象（實際上時由于電壓補償過多），導致系統(tǒng)不能正常工作，應采取的解決辦法有：適當增加定子電壓U1和在開環(huán)系統(tǒng)上加電流負反饋，以便限制定子勵磁電流，（實際上，變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩負載加恒電流控制）問題3-7:已知一臺異步電動機參數(shù)如下：PN=3KW,U1N=380V,I1N=7.5A,nN=1450r/min,電樞繞組電阻R1=1.5,R2=0.823。定子漏抗iL=0.0038H,轉(zhuǎn)子漏抗2L'=0.00475H,勵磁電感Lm=0.0968H,勵磁電阻Rm=1.49,試計算：在Ui/fi=C

35、方式控制下，f1=5Hz時U1=?在Temax=C方式控制仁f1=5Hz時Ui=?在f1=5Hz時，U”f1=C方式控制下，Temax=?在f1=50Hz時，U1/f1=C方式控制下，Temax=?解：U”f1=C方式下，U1/f1=U1P/f1N=C丁相電壓U1=(f"f1N)義U1N=(5/50)X380/3=22伏Temax=C方式，民=f1/f1N=(5/50)=0.19=XN/R=2ttf1N(L+匕1)/R=2X3.140.0038+0.00475/1.5=1.778工J(3221Y=a",2=0.2571v,12U1=TU1N=YX220=56.5伏22伏結(jié)論

36、：恒轉(zhuǎn)矩控制方式下，在f1較低時提高了定子電壓。 f1=5Hz 時,Uf1=C方式控制下，nN=1450r/min,n=1500r/min,為2對磁極電機。3P Temax-n 5=2 f1212RR2 U2 f1(L 12 =15.2牛頓.米 )2 ,n=100.8牛頓.米 LT f1=50Hz時，U”f1=C方式控制下3PU2Temax-n1-50=訴2*R22f(L1111結(jié)論：U1/f1=C方式控制下，在f1較低時應補償了定子繞組壓降，以提高最大轉(zhuǎn)矩.0問題3-8:從結(jié)構(gòu)上看，靜止式變頻裝置分為哪兩類？間接變頻裝置（交-直-交變頻）直接變頻裝置（交-交變頻）問題3-9:什么是間接變頻？

37、按照控制方式不同，請畫出三種間接變頻的結(jié)構(gòu)圖，并說明其優(yōu)缺點先將交流經(jīng)整流裝置變成直流，再經(jīng)過逆變裝置變成交流，實現(xiàn)調(diào)壓變頻功能。三相交流輸入經(jīng)品閘管組成的可控整流變成直流實現(xiàn)調(diào)壓，再由晶閘管組成的逆變器轉(zhuǎn)換成交流實現(xiàn)變頻。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、控制方便。缺點：輸入環(huán)節(jié)用可控整流，電壓和頻率較低時，電網(wǎng)的功率因數(shù)較小。輸出環(huán)節(jié)多由晶閘管組成的三相六拍逆變器（每周換流六次），輸出的諧波較大。三相交流輸入經(jīng)二極管組成的不控整流變成直流，然后由直流斬波器實現(xiàn)調(diào)壓，再由晶閘管組成的逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流實現(xiàn)變頻。優(yōu)點：不控整流，輸入功率因數(shù)高，控制較方便。缺點：輸出環(huán)節(jié)多由晶閘管組成的三相六拍逆變器（每周換

38、流六次），輸出的諧波較大。三相交流輸入經(jīng)二極管組成的不控整流變成直流，然后由PWM逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流實現(xiàn)變頻調(diào)壓。優(yōu)點：不控整流，輸入功率因數(shù)高，控制較方便。PWM逆變器輸出諧波減少。缺點：諧波減少程度取決于PWM逆變器的開關頻率，開關頻率受功率器件開關時間限制。解決方法：采用全控器件，提高開關頻率，組成SPWM（正弦波脈寬調(diào)制）逆變器。問題3-10:什么是直接變頻？晶閘管的觸發(fā)控制角采用怎樣的變化規(guī)律能得到正弦輸出電壓？三相交流輸入經(jīng)品閘管組成的交-交變頻器轉(zhuǎn)換成交流輸出，實現(xiàn)變頻調(diào)壓。a在0至p之間變化，輸出交流電壓，兩組三相可控整流電路反并聯(lián)組成的可逆電路，其輸出電壓和電流的方向及大

39、小是可以任意改變的。三個單相交-交變頻器互差120。工作，就構(gòu)成了一個三相交-交變頻器。問題3-11:什么是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速？在轉(zhuǎn)差率s很小的范圍內(nèi)，只要能夠維持氣隙磁通小m不變異步電機的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率s成正比，即在異步電機中，控制轉(zhuǎn)差率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。問題3-12:請從換能形式、換流方式、元件數(shù)量、調(diào)頻范圍、電網(wǎng)功率因數(shù)和適用場合等方面比較交-直-交間接變頻器和交-交直接變頻器比較項目交-直-交間接變頻器交-交直接艾頻器換能形式換能，效率較換能，效率較局換流方式強迫或負戚諧振換流電源電壓換流元件數(shù)量元件數(shù)量較元件數(shù)量較多少調(diào)頻范圍頻率調(diào)節(jié)范圍一般情況下，輸

40、出最高頻率為電網(wǎng)功率因數(shù)用可控整流調(diào)壓時電功率因數(shù)在低壓時較??；電網(wǎng)頻率的1/3較適用場合斬波器則PWM地胤R助裝功率因數(shù)置，低。特別適合于低頻大功率拖穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源和不停電電動。問題3-13:請從直流回路濾波環(huán)節(jié)、輸出電壓波形、輸出電流波形、輸出阻抗、回饋制動、調(diào)速動態(tài)響應、對晶閘管的要求和適用范圍等方面比較電壓源和電流源交-直-交變頻器。比較項目電壓源型電流源型直流回路濾波環(huán)節(jié)無功功率緩沖環(huán)節(jié)電容電感輸出電壓波形矩形決定于負裁，對異步電機輸出電流波形決定于負載的功率靡3有較大的諧波負裁叫t修正弦輸出阻抗分量。小典回饋制動須在電源側(cè)設置反并聯(lián)逆變器方便，主回路不需附加設備15調(diào)速動態(tài)響應較慢快

41、對品閘管的要求關斷時間要短，對耐壓要求一般較低;耐壓高，對關斷時間無特殊要使用范圍多電機拖動，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源求單電機拖動，可逆拖動問題3-14:請舉例說明交-直-交電壓源變頻調(diào)速系統(tǒng)、交-直-交電流源變頻調(diào)速系統(tǒng)、電流源變頻器-異步電動機變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)、電壓型變頻器的矢量控制系統(tǒng)、電壓型SPWM變頻器的矢量控制系統(tǒng)、交-交變頻器的矢量控制系統(tǒng)、無速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)的工作原理。問題3-15:異步電動機變壓變頻調(diào)速時，采用（B）控制方式，可獲得一線性機械特性。A、Ul/fl=常值；B、Egfl=常值；C、ESf1=常值；D、Er/f1=常值問題3-16:一般的間接變頻器中，逆變器起（B）

42、作用。A、調(diào)壓；B、調(diào)頻；C、調(diào)壓與逆變；D、調(diào)頻與逆變問題3-17:變頻器從結(jié)構(gòu)上看，可分為直接變頻、簡接變頻兩類,從變頻電源性質(zhì)看，可分為電流型、電壓型兩類。問題3-18:轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本思想是控制（C）。A、電機的調(diào)速精度；B、電機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩；C、電機的氣隙磁通；D、電機的定子電流問題3-19:交流異步電動機變頻調(diào)速控制策略的研究（電氣傳動自動化）2003,25（5）P2225常規(guī)控制策略：包壓頻比控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制現(xiàn)有控制策略：轉(zhuǎn)子參數(shù)推算法、自適應控制、魯棒控制非線性控制（非線性反饋控制、逆控制）智能控制（神經(jīng)網(wǎng)絡于內(nèi)模復合控制、模糊于模型參考自

43、適應復合控制、模糊于變結(jié)構(gòu)復合控制、滑模/模糊/神經(jīng)網(wǎng)絡的復合控制）熱門課題及關鍵技術非線性自適應控制智能控制器算法的實用化、雙優(yōu)控制、在線診斷和容錯控制）16四、交流異步電動機矢量變換控制問題4-1:在實際系統(tǒng)中，怎樣保證E2/fl=K?E2轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應電動勢，（忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗）轉(zhuǎn)子磁鏈包值，機械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能好，最難實現(xiàn)。是矢量控制追求的目標.問題4-2:什么是矢量控制系統(tǒng)VCS或TCS矢量變換控制系統(tǒng)？請畫出矢量控制系統(tǒng)的構(gòu)思框圖,并簡述其工作原理。將異步電動機經(jīng)過坐標變換可以等效成直流電動機，那么，模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過坐標

44、反變換，就能夠控制異步電動機。由于進行坐標變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCS（VectorControlSystem）矢量變換控制系統(tǒng)TCS（Trans-vectorControlSystem）+給信號反饋信號問題4-5:問題4-6:請寫出Park定理。問題4-3:三相異步電動機的數(shù)學模型包括：電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運動方程問題4-4:將三相交流電機變換成兩極直流電機的物理模型要經(jīng)過的坐標變換有哪些？先將靜止的三相坐標A-B-C轉(zhuǎn)換成靜止的兩相坐標a-B,再將靜止的兩相坐標a-B換成旋轉(zhuǎn)的兩相坐標d-q或極坐標（M-T）o三相異

45、步電動機動態(tài)數(shù)學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng),2V= -V3 aV3矢量V稱為Park矢量，即空間矢量，表示合成矢量在某時刻在空間的位c置。17三相電動勢、電壓、電流、磁動勢、磁通均是三相電磁量，若在復平面中，它們都能用一個矢量表示三相電磁量的合成作用，則可將三維物理量變?yōu)槎S物理量。問題4-7:坐標變換有哪些？坐標變換原則有哪兩種？它們各用于什么場合？P2461 I 2 1 2 1 2-1 C2R /3S= C3S/2R坐標變換有:靜止的三相坐標（A-B-C）一旋轉(zhuǎn)的兩相坐標（d-q-0）cos入sin入C3S/2R=cos（X-120C）sin（入-120C）qCos（入+1

46、20C）sin（入+120C）旋轉(zhuǎn)的兩相坐標（d-q）一靜止的三相坐標（A-B-C）,靜止的三相坐標（A-B-C）一靜止的兩相坐標（a-B-0）,零軸電流1J）22C3<3北C3S/2s=0-22IKKK 靜止的兩相坐標（a-B-0）一靜止的三相坐標（A-B-C）,C2s/3S=C3S/2-1 靜止的兩相坐標（a-B）一旋轉(zhuǎn)的兩相坐標（d-q）,C2s/2R=cos入sin入一-sin入cos入旋轉(zhuǎn)的兩相坐標（d-q）一靜止的兩相坐標（a-B）C2s/2R=C2R/2-1直角坐標與極坐標1=22i9=artg（）或I=f28=artg（iM）,iMT,iiT因為8在090c變化時，tg8

47、的變化范圍是08,這個變化范圍太大，常改用下式求9值:8=2artg（/）1iM坐標變換原則有功率不變原則和空間矢量不變原則兩種。功率不變原則是保持坐標變換前后的電動機功率不變，在電力拖動系統(tǒng)中應用較多?？臻g矢量不變原則是保持坐標變換前后的電流、電壓、電動勢等空間矢量的相位、幅值不變。問題4-8:磁鏈直接檢測的方法有哪些？各有何缺點？磁鏈直接檢測的方法有檢測線圈法和磁通傳感器法 檢測線圈法是在定子中安放寬度等于全極距的檢測線圈，可產(chǎn)生正比于磁通變化的信號，通過積分求得主磁通的測量值。這種方法由于積分有漂移，硬件上不易實現(xiàn)，故應用不多。 磁通傳感器法是異步電動機的氣隙中設置兩個磁鏈傳感器，它們分

48、別裝在與a相繞組磁軸重合和垂直的位置，用來分別檢測氣隙磁鏈在靜止坐標系中的兩個分量4am和小Bm。由于這種檢測方法必須在電機內(nèi)置檢測器，使用不方便，且檢測的氣隙磁鏈含有大量諧波，容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。18問題4-9:請寫出在二相靜止坐標系上的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型。在二相靜止坐標系上的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型有電流模型觀測器和電壓模型觀測器:電流模型觀測器：當電機轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的靜止坐標系(一u su s0I 0）中的電壓方程為:(Rs+Lsp00Rs+LspLmp LmI- LmLmpLmp 0Rr+Lrp-Lr0Lmp Lr Rr+Lrp10%,定子繞組壓降不可忽略，異步電動機在i si si r、i

49、r J(Lm i s+ Lr i r) + Rr i r (Lm i s+ Lr i r) + Rr i r轉(zhuǎn)子磁鏈可表不為:可得：0=p(Lmis+Lrir)十、0=p(Lmis+Lrir)一r=Lmis+Lrirr=Lmis+Lrir(Lm i s+ Tr r)1 T2 P1由上述3式解出ir、ir并化間得：(LmisTrr=1T2r),r=P式中：Tr一轉(zhuǎn)子繞組的電磁時間常數(shù)，us一定子繞阻電壓，us一定子繞阻電壓，is一定子繞阻電流，is一定子繞阻電流，r一與轉(zhuǎn)子繞阻匝鏈的磁鏈，r一與轉(zhuǎn)子繞阻匝鏈的磁鏈。電壓模型觀測器：當電機轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的10%以上，忽略定子繞組壓降，定子回路的電壓

50、平衡方程式為：us=ps=Lss+Lmr轉(zhuǎn)子磁鏈可以用電感和電流表示，r=Lmis+Lrir其中：p微分算子us一定子電壓，is一定子電流，s一定子磁鏈，r一轉(zhuǎn)子磁鏈，Rs一定子繞阻電阻，Rr一轉(zhuǎn)子繞阻電阻，Ls一定子繞阻全電感，Lr一轉(zhuǎn)子繞阻全電感，Lm定、轉(zhuǎn)子繞阻之間的互感。從上述兩式中歸去令：Ks=，ir,得:s Lr=Kr= 一sLmr L LL2 si rus- mLr dtL L L Lm 0 m- ?s dt,LmLrr在靜止坐標系中的分量為:r=Ks us- Kr di s dtdtr,s=Ksu-Kdt。dissdt問題4-10:異步電動機A、B、C、坐標系的數(shù)學模型經(jīng)三相旋

51、轉(zhuǎn)/兩相靜止/兩相旋轉(zhuǎn)坐標變換，可得到d-q-o坐標系的數(shù)學模型問題4-11:異步電動機的等效二相模型為什么簡單？四個方程中的為0項很多，轉(zhuǎn)矩和磁通分開控制（相互垂直）.問題4-12:磁鏈定向方法有哪些？采用M-T坐標系是按什么磁鏈定向?磁鏈定向方法有三種：按轉(zhuǎn)子磁鏈dr（42）定向：控制性能最好，但轉(zhuǎn)子磁鏈不易測量和控制;按氣隙磁鏈dm定向：氣隙磁鏈較易測量和控制，但控制性能不好；按定子磁鏈(|)s(61)定向：定子磁鏈最容易測量和控制，但控制性能不好;問題4-13:按轉(zhuǎn)子磁場定向和矢量控制變頻調(diào)速成系統(tǒng)中，在（C轉(zhuǎn)子磁鏈恒定；）條件下，有電動機轉(zhuǎn)矩與定子電流轉(zhuǎn)矩分量成正比的關系交流異步電動

52、機直接轉(zhuǎn)矩控制名詞解釋： DTCDSC SPWM原型電動機DTC（DirectTorqueControl）或DSC（DirectSelfControl）：直接轉(zhuǎn)矩控制，通過改變電機磁場對轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)差速率，以直接控制異步機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增加率，獲得電機的快速響應。SPWM:正弦波脈寬調(diào)制，將正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個與此面積相等的等高矩形脈沖來替代。三角波載波信號Ut與一組三相對稱的正弦參考電壓信號Ura、Urb、Urc比較后，產(chǎn)生的SPWM脈沖序列波Uda、Udb、Udc作為逆變器功率開關器件的驅(qū)動控制信號。逆變器輸出電壓的基波正是調(diào)制時所要求的正弦波，調(diào)節(jié)正

53、弦波參考信號的幅值和頻率就可以調(diào)節(jié)SPWM逆變器輸出電壓的幅值和頻率。原型電動機：（兩相電動機），它具有兩個集中繞組，即d軸繞組（直軸繞組）和q軸繞組（交軸繞組），兩個繞組互相垂直，可以對轉(zhuǎn)矩和磁通進行獨立控制其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與直流電動機一樣，有樞和換向器等。問題5-1:簡述直接轉(zhuǎn)矩控制的工作原理，并比較它與矢量控制的異同點直接轉(zhuǎn)矩控制技術利用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標下計算和控制交流電動機的轉(zhuǎn)矩，它采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調(diào)節(jié)（Band-Band控制）產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它省掉了復雜的矢量變換與電動機的數(shù)學模型的簡化處理，

54、沒有通常的PWM信號發(fā)生器，它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制手段直接，信號處理的物理結(jié)構(gòu)明確。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應迅速，限制在一拍以內(nèi)。且無超調(diào)，是一種具有高性能的交流調(diào)速方法。 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同點是：兩者都要對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進行控制。 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同異點如下：直接轉(zhuǎn)矩控制只利用定子側(cè)參數(shù)，而矢量變換控制是利用轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)，這些參數(shù)容易受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的影響；直接轉(zhuǎn)矩控制在靜止的坐標系中進行，控制運算比矢量變換控制簡單；直接轉(zhuǎn)矩控制對轉(zhuǎn)矩進行閉環(huán)控制，準確性高，動態(tài)性好，而矢量控制則過分要求圓磁磁鏈和正弦波電流；直接轉(zhuǎn)矩控制和直接磁鏈控制采用滯環(huán)，參數(shù)選擇適當可彌補由直接

55、轉(zhuǎn)矩控制引起的速度下降。直接轉(zhuǎn)矩控制利用相電壓矢量的概念，對逆變器的功率開關進行綜合控制，開關次數(shù)少，開關損耗少。問題5-2:請畫出異步電動機的空間矢量等效電路圖，并推出穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩的計算公式在正交定子坐標系（a-B坐標系）上描述異步電機的等效電路圖,us定子電壓空間矢量, ir 轉(zhuǎn)子電流空間矢量, 巾s定子磁鏈空間矢量，is定子電流空間矢量電角速度（機械角速度對極對數(shù)的積）rr轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量異步電動機在定子坐標系下的電壓方程:us=Rsis+s0=Rrir-1+jcor定子磁鏈s=Liu,轉(zhuǎn)子磁鏈巾r=Ws-L/u定子旋轉(zhuǎn)磁場提供的功率其中：s定s =-s4 sBP=3STd=2(sisa+sisB)圖5-1異步電動機的空間矢量等效電路圖子頻率(定子旋轉(zhuǎn)磁場頻率)3s=s巾sa行轉(zhuǎn)矩Td=5(巾saisB巾sBisa)1