電力拖動自動控制系統(tǒng)第4版復(fù)習(xí)要點

1、復(fù)習(xí)提示 ：1.在使用本復(fù)習(xí)題（要點）之前，務(wù)必要將教材的相關(guān)章節(jié)至少通讀2 遍以上，以免造成知識不系統(tǒng)、不連貫。切記！切記！2.本復(fù)習(xí)題（要點）覆蓋了運動控制系統(tǒng)考試所要求的所有知識點，要求理解加記憶，但這絕不是考試原題。切記！3.有些是書中例題和課后習(xí)題。第 2 章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 直流電機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：直流電動機穩(wěn)態(tài)表達(dá)式nUIRK e式中 : n 轉(zhuǎn)速（ r/min ）,U 電樞電壓 （ V ）, I 電樞電流 （ A ）, R 電樞回路總電阻 （）,勵磁磁通（ Wb ） , Ke 電動勢常數(shù)。直流電機主要有三種基本調(diào)速方

2、法：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U，減弱勵磁磁通，改變電樞回路電阻R。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調(diào)速； 減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速， 但調(diào)速范圍不大， 往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。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)變流機組用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。2）靜止式可控整流器用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開

3、關(guān)器件斬波或進行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。3靜差率s與空載轉(zhuǎn)速n0 的關(guān)系如何 ?答：靜差率s 與空載轉(zhuǎn)速n0 成反比， n0 下降， s 上升。所以檢驗靜差率時應(yīng)以最低速時的靜差率 sn 為準(zhǔn)。no min轉(zhuǎn)速控制的要求是什么？答： 1）調(diào)速 -在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔的或平滑的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。2）穩(wěn)速 -以一定的精度在所需轉(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）加、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)受劇烈速度變化的機械則要求起、制動盡量平穩(wěn)。解釋反饋控制規(guī)律？答（ 1）被調(diào)量有靜差2）抵抗擾動與服從給定

4、3）系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測精度閉環(huán)空載轉(zhuǎn)速 n0 cl 比開環(huán)空載轉(zhuǎn)速 n0op 小多少 ?答：n0cl 是 n0op 的 1/（ 1+K ）。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)節(jié)器ASR 、觸發(fā)器GT 、晶閘管變流器VT 、測速發(fā)電機TG 等組成；當(dāng)電動機負(fù)載T L 增加時，電樞電流Id 也增加，電樞回路壓降增加，電動機轉(zhuǎn)速下降，則轉(zhuǎn)速反饋電壓U n 也相應(yīng)下降，而轉(zhuǎn)速給定電壓U n* 不變， U nU n*U n 增加。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 輸出 U c 增加，使控制角減小，晶閘管整流裝置輸出電壓U d 增加， 于是電動機轉(zhuǎn)速便相應(yīng)自動回升，

5、其調(diào)節(jié)過程可簡述為：TLI dI d (R Rd )nU fnUU cU dnU0上述過程循環(huán)往復(fù)，直至U0為止。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)電機的負(fù)反饋電壓比較，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓U n 。2）比例放大器 A ：將轉(zhuǎn)速偏差電壓U n 放大，產(chǎn)生電力電子變換器 UPE 所需的控制電壓 U c 。3）電力電子變換器UPE：將輸入的三相交流電源轉(zhuǎn)換為可控的直流電壓U d 。4） M 電機：驅(qū)動電機。5） TG 發(fā)電機：測速發(fā)電機檢測驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速。6）電位器：將測速發(fā)電機輸出電壓降壓，以適應(yīng)給定電壓幅值U *n 。說明單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能

6、減少穩(wěn)態(tài)速降的原因，改變給定電壓或者調(diào)整轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)能否改變電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 ?為什么 ?答：負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補償電樞回路電阻壓降的變化。穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為：K P K SU n*I d Rnn0 clnclCe (1 K )C e (1 K )從上式可可得：改變給定電壓能改變穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速；調(diào)整轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，則KK p K s也Ce要改變，因此也能改變穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的定義？與開環(huán)系統(tǒng)比較有何特點？答（ 1）定義：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。K P K SU n*I d RnC e (1

7、K )Ce (1 K )2）特點：1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬的多，2）如果比較同一 N0 的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小的多。3）當(dāng)要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。4）要取得上述三項優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾能力和控制精度的原因？答：閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在負(fù)反饋基礎(chǔ)上，按偏差進行控制。 當(dāng)系統(tǒng)中由于某種原因使被控量偏離希望值而出規(guī)偏差時，必定產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個偏差，使被控制量與希望值趨于一致，所以閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾動能力和控制精度。反饋控制系統(tǒng)為什么極性不能接錯？答：控制系統(tǒng)一般都是負(fù)反饋系統(tǒng)。

8、如果錯接成正反饋系統(tǒng)，對調(diào)速系統(tǒng)造成超速“飛車 ”或振蕩等故障，后果非常嚴(yán)重。有靜差系統(tǒng)與無差系統(tǒng)的區(qū)別？答：根本區(qū)別在于結(jié)構(gòu)上(控制器中 )有無積分控制作用，PI 控制器可消除階躍輸入和階躍擾動作用下的靜差，稱為無靜差系統(tǒng)， P 控制器只能降低靜差，卻不能消除靜差，故稱有靜差系統(tǒng)。15 比例積分 (PI) 調(diào)節(jié)器的特點？答： PI 調(diào)節(jié)器的輸出電壓UcP i是比例部分， 第二部分1Udt由兩部分組成。 第一部分 K UTli是積分部分。當(dāng) t=0 突加 Ui 瞬間，電容 C 相當(dāng)于短路，反饋回路只有電阻Rf，此時相當(dāng)于P 調(diào)節(jié)器，輸出電壓 U oK pU i ，隨著電容 C 被充電開始積分，

9、輸出電壓U c 線性增加，只要輸入 Ui 繼續(xù)存在， U c 一直增加飽和值（或限幅值）為止。16 PID 控制各環(huán)節(jié)的作用是什么?答： PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用是：比例環(huán)節(jié) P：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦出現(xiàn)，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以便減少偏差，保證系統(tǒng)的快速性。積分環(huán)節(jié) I：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的控制精度和無差度。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，減少調(diào)節(jié)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) I

10、 d I dcr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K P K SU n*I d RnC e (1 K )Ce (1 K )當(dāng) I dI dcr 時，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成KpKs(U*Ucom)(RKpKR )Idnns sC e (1K )C e (1K )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K p K s Rs ，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂。（ 2）比較電壓U com 與給定電壓 U n*的作用一致，好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高到n0K p K s (U n*U com )Ce (1K )采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)

11、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：采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)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。但基本控制原理與轉(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)節(jié)。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：采用中光電式旋轉(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

12、PWM 電動機系統(tǒng)比晶閘管電動機系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答： PWM 電動機系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：1） 主電路線路簡單，需用的功率器件少。2） 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(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)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強。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） 直流電源采用不控整流時，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

13、什么說“脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了”？答：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母表示， 即Dnm ax 其中， nmax 和 nm in 一般都指電動機額定負(fù)載時的最高和最低轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)載nmin很輕的機械，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)載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率s ，即 snN或用百分比表示 snN100%n0n0在直流電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以電動機的額定轉(zhuǎn)速作為最高轉(zhuǎn)速N nnNnN則 snminnNn0nN(1s) nN nminnNssnmaxnN

14、 sDnN (1 s)nmin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。對于同一個調(diào)速系統(tǒng)， nN 值一定， 如果對靜差率要求越嚴(yán)，即要求 s 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？改變給定電壓能否改變電動機的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變， 調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？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控制系統(tǒng)，其被被調(diào)量仍是有靜差的。

15、2）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動，服從給定。擾動性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。3）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。2）改變給定電壓會改變電動機的轉(zhuǎn)速，因為反饋控制系統(tǒng)完全服從給定作用。3）如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比或測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制， 反而會增大被調(diào)量的誤差。 反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。2-13）為什么用積分控制的調(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，偏差電壓U0 時，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入答：在動態(tài)過程中，當(dāng)U n 變化時，只要其極性不變，積分調(diào)節(jié)

16、器的輸出U c便一直增長；只有達(dá)到U n*U n ，U n0 時，U c 才停止上升；不到U n變負(fù)，U c 不會下降。當(dāng)U n0 時，U c 并不是零，而是一個終值；如果U n 不再變化，這個終值便保持恒定而不再變化， 這是積分控制的特點。因此，積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。雖然現(xiàn)在U n0，但歷史上有過U n，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運行時需要的控制電壓U c 。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)電機精度的影響？并

17、說明理由。答：系統(tǒng)的精度依賴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)節(jié)作用，為什么？（ 1）放大器的放大系數(shù)K p ；（ 2）供電電網(wǎng)電壓； （ 3）電樞電阻Ra ；（ 4）電動機勵磁電流；（ 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)K p 發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用再通過反饋控制作用，因為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。電動機勵磁電流、 電樞電阻Ra 發(fā)生變化時仍然和開環(huán)系統(tǒng)一樣，因為電樞電阻處于反饋環(huán)外。當(dāng)供電電網(wǎng)

18、電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用。 因為電網(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定。當(dāng)電壓反饋系數(shù)發(fā)生變化時， 它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。反饋控制系統(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)電動機額定轉(zhuǎn)速為nN =1430r/min ，額定速降 n N =115r/min ，當(dāng)要求靜差率s30%時，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率s 20%，則調(diào)速范圍是多少？如果希望調(diào)速范圍達(dá)到 10，所能滿足的靜差率是多少？解： 在要求 s 30% 時，允許的調(diào)速范圍為n N s14300.35.3D115 (10.3)nN (1 s)若要求

19、 s 20%，則允許的調(diào)速范圍只有14300.2D3.1115(10.2)若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是DnN10115sD nN14300.446 44.6%nN10 115（例題2-2）某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW ，220V ，305A ，1000r/min ，采用 V-M 系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18，電動機電動勢系數(shù)Ce=0.2Vmin/r 。如果要求調(diào)速范圍 D=20 ，靜差率s 5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降n N 最多能有多少？解： 當(dāng)電流連續(xù)時，V-M 系統(tǒng)的額定速降為nNI dN R305 0.18 =27

20、5r/minCe0.2開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為sNnN275nN0.216 21.6%nN 1000 275如要求D 20， s5% ，即要求nN s10000.052.63r / minnN20 (10.05)D(1 s)（例題 2-3 ）在例題 2-2 中，龍門刨床要求D=20 ，s 5%，已知Ks=30 ，= 0.015Vmin/r ，Ce=0.2Vmin/r ，采用比例控制閉環(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)該有多少？解：已知開環(huán)系統(tǒng)額定速降為nop=275 r/min ，閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為ncl2.63 r/min ，clnopnop2751 103.6由式可得

21、K1nncl1K2.63則得 K pK103.646K s/ Ce 300.015 /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)采用的是三相橋式可控整流電路，已知電樞回路總電阻R 0.18，電感量 L3mH，系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量GD 260 N m2 ，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：電磁時間常數(shù)L0.0030.0167 sTl0.18R機電時間常數(shù)GD2 R60 0.18sTm300.075375Ce Cm3750.20.2晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為Ts0.00167 s為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：Tm (Tl Ts ) Ts20.075(0.016

22、70.00167 ) 0.001672K49.5Tl Ts0.01670.00167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 K103.6 是矛盾的。（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PWM 調(diào)速系統(tǒng)，電動機不變，電樞回路參數(shù)為：R0.1， L1mH， K s44， PWM 開關(guān)頻率為8kHz 。按同樣的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) D =20， s 5%，該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？如果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)TlL0.001sR0.10.01機電時間常數(shù) TmGD2R600.1s375CeC m0.04173750.23

23、00.21晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為Ts0.000125s8000為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：Tm (Tl T s ) Ts20.0417 (0.01 0.000125) 0.0001252K0.01 0.000125339.4T l Ts按照穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D20、 s 5% 要求ncl2.63r/min （見例題1-2）nopI N R305 0.1152.5 r/minCe0.2Knop152.5157ncl12.63PWM 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 339.4n clnop152.51 K0.45r / min1 339.4DclnN

24、s10000.05ncl (1s) 0.45(11170.05)第 3 章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用?答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的作用：1）轉(zhuǎn)速 n 跟隨轉(zhuǎn)速給定電壓U *n 變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。突加負(fù)載時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 和電流調(diào)節(jié)器 ACR 均參與調(diào)節(jié)作用， 但轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR處于主導(dǎo)作用，對負(fù)載變化起抗擾作用。3）其輸出電壓限幅值決定允許最大電流值。電流調(diào)節(jié)器 ACR 的作用起動過程中保證獲得允許最大電流。2) 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其電流給定電壓U *n 變化。電源電壓波動時及時抗擾作用，使

25、電動機轉(zhuǎn)速幾乎不受電源電壓波動的影響。當(dāng)電動機過載、堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起到安全保護作用。2 在轉(zhuǎn)速、 電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動與負(fù)載擾動時，哪個調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用 ?答：電網(wǎng)電壓波動時，ACR 起主要調(diào)節(jié)作用；負(fù)載擾動時，ASR 起主要抗擾調(diào)節(jié)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，如果要改變雙閉環(huán)有靜差V-M 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)什么參數(shù)?改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器放大系數(shù)K p 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)放大系數(shù)K s 和改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)能行否 ?如果要改變堵轉(zhuǎn)電流應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)?-轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)-電流反饋系數(shù)答：要改變轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)給定電U n* 或轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。，要改變堵轉(zhuǎn)電

26、流，應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值U i* 或改變電流反饋系數(shù)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：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).2）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制，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、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，ASR、 ACR均采用PI 調(diào)節(jié)器。（ 1）突增負(fù)載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)， 則 ACR的輸出電壓 U c 、變流裝置輸出電壓U d ，電動機轉(zhuǎn)速 n ，較之負(fù)載變化前是增加、減少，還是不變？為什

27、么？（2） 如果速度給定 U n* 不變時，要改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)什么參數(shù)？T LI dLU cC en I L R C eU n*I dL R答： (1)K sU d K sU cK sU n*c, nc(2)因為 U n*U nn,nU n*, 所以調(diào)節(jié)可以改變轉(zhuǎn)速 n 。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D、靜差率s、nN 。動態(tài)性能指標(biāo)分成給定控制信號和擾動信號作用下兩類性能指標(biāo)。給定控制信號作用下的動態(tài)性能指標(biāo)有上升時間t r ，調(diào)節(jié)時間t s ( 亦稱過濾過程時間)和超調(diào)量% 。擾動信

28、號作用下的動態(tài)性能指標(biāo)有最大動態(tài)速降nmax 、恢復(fù)時間t v 。7 調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程可以簡化為哪兩步?答： 1.選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)2.選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)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，抗擾能力 (強 )，穩(wěn)態(tài)（無靜差） 。電流環(huán)按典型（ I）型系統(tǒng)設(shè)計，抗擾能力 (稍差 )，超調(diào) （?。?。9 如果轉(zhuǎn)速、 電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI 調(diào)節(jié)器， 而改為P 調(diào)節(jié)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)節(jié)器時其輸出量總是正比于輸入量， PI 調(diào)節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分， 到達(dá)穩(wěn)態(tài)時

29、， 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)的需要決定的。3-6）在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動機的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)？改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)K n行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)K s 行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)行不行？若要改變電動機的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)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)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系U *nU nnn0因此轉(zhuǎn)速n 是由給定電壓U n* 決定的； 改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)也可以改變電動機轉(zhuǎn)速。改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)K n和電力電子變換器的放大倍數(shù)K s 不可以。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)

30、節(jié)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)節(jié)器都不飽和時，它們的輸入偏差電壓都是零。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 的輸出限幅電壓U im*決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR 的輸出限幅電壓U cm 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓U dm 。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n 是由給定電壓U *n決定的。ASR的輸出量U i* 是由負(fù)

31、載電流I dL決定的?？刂齐妷篣 c 的大小則同時取決于n 和I d，或者說，同時取決于U n* 和I dL 。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)計算相似。（ 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K p K s Rs ，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂；比較電壓 U com 與給定電壓U n* 的作用一致， 好象把理想空載轉(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特性。3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。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

32、， 因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)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)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)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)抵抗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及時的調(diào)節(jié)，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)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)1 異步電動機從定子傳入轉(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

33、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(biāo)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。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)速屬于這一類。在三類異步電機調(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)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(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， 繞線電機串級調(diào)速或雙饋電機調(diào)

34、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。 只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣， 可以構(gòu)成高動態(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機容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器， 相比之下，設(shè)備成本最高。2 異步交流電機變頻器上電壓和頻率為什么要協(xié)調(diào)控制？答：在進行電機調(diào)速時，常須考慮的一個重要因素是：希望保持

35、電機中每極磁通量m為額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機。在交流異步電機中， 磁通m 由定子和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生，因為有 Eg4.44 f1 N skNS m ，此式可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可達(dá)到控制磁通m的目的。3 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，分別采用什么方法使電機每極的磁通恒定?答：異步電動機的氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢E g4.44 f1 N s k NsmE g如果使c 氣隙磁鏈保持不變，要保持直流電機的磁通

36、恒定，因為其勵磁系統(tǒng)是獨f1立的， 只要對電樞反應(yīng)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。簡述恒壓頻比控制方式。答：繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，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 sE g ，則得U sC 。這是恒壓頻比的控制方式。 但是，f1在低頻時U s 和 Eg都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時，需要人為地把電壓U s 抬高一些，以便近似地補償定子壓降。5 下圖為異步電動機在不同控制方式下的機械特性，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

37、方面進行比較。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)子磁通控制答： E gc ，氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢/輸入頻率為恒值，機械特性非線性，難f1實現(xiàn)，加定子電壓補償?shù)哪繕?biāo)，改善低速性能。Tmax ， nm 與頻率無關(guān)，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。U1c ，定子相電壓 /輸入頻率為恒值， U1定子相電壓，機械特性非線性，易實現(xiàn)。f1f1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(fù)載。實際上U1c ，由于頻率很低時定子電阻損耗相對較大，不可忽略，故必須進行定子電壓f 1補償。Erc

38、 ，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， Er 轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定f 1子中的感應(yīng)電動勢(忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗)轉(zhuǎn)子磁鏈恒值，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(biāo)。6 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)律?答：恒磁通調(diào)速 (基頻以下 )U1c ，并補償定子電阻損耗。恒功率調(diào)速 (基頻以上 )升高電源f1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，類似于直流電動機的弱磁增速。交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主要有哪兩種？答：交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主要

39、有兩種：有恒磁通控制和恒功率控制兩種，其中恒磁通控制又稱恒轉(zhuǎn)矩控制。8 什么是脈沖寬度調(diào)制（PWM ）?答：利用電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)可變的電壓，并通過控制脈沖寬度或周期達(dá)到變壓變頻的目的。9 什么是 SPWM 控制方式 ?答： SPWM即以正弦波作為調(diào)制信號對載波信號進行調(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器開關(guān)元件的控制信號，從而在逆變器負(fù)載上(多為異步電動機)得到與控制信號波形相同，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圖正六邊形定子磁鏈軌

40、跡圖電壓空間矢量的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”。逆變器 8 個電壓狀態(tài)：V 1(100) ，V 2(010) ，V 3(010) ，V 4(011) ，V 5(001) ，V 6(101) 構(gòu)成正六邊形的項點，V 7(111) ，V 0(000) 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)順序一致6 個狀態(tài)一個周期(狀態(tài)1狀態(tài)6)，相電壓波形幅值一致：2U d/ 3和4U d/ 3。忽略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 d s / dt 或 s usts0

41、s0 一定子磁鏈的初始值。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)噶縮 的增長方向，即s 矢頭的運動方向決定于電壓矢量us 的方向；定子磁鏈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V1V6 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) ) S1 -區(qū)段 (扇區(qū))S6 。s 矢頭的運動速率與us 的幅值 U s 成正比；若 us0則s 停止運動(V 0、 V7)若有

42、效電壓矢量依照矢量圖V1V 2V3V 4V5V6 的次序交替作用，且作用時間相等，s 矢頭的運動軌跡為一正六邊形。11 什么是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(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。轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠仿照直流電動機雙閉環(huán)系統(tǒng)進行控制，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，存在差距的原因有以下幾個方面：（ 1）在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時，是從異步電機穩(wěn)態(tài)等

43、效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 m 恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動態(tài)中 m 如何變化還沒有深入研究，但肯定不會恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能。2） Us = f( 1 , I s)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 1 = s + ，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。 然而，如果轉(zhuǎn)速檢測信號不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差，因為所有這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上來了。(5-8)兩電平 PWM 逆變器主回路，采用雙

44、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)。根據(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：交 -直 -交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖采用雙極性調(diào)制時，忽略死區(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：U dSx12u xU dSx02u xU d (2Sx 1)2u s(u Au B e juC e j 2 )以直流電源中點O 為參考點(5-9)當(dāng)三相電壓分別為uAO ，u BO ， uCO ，如何定義三相定子電壓空間矢量u AO ， u BO ， u CO 和合成矢量

45、u s，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:u AOuAOu BOuBO e ju COuCO e j 2u su AO u BO u CO u AO uBO e juCO e j 2電壓空間矢量(5-10)忽略定子電阻的影響,討論定子電壓空間矢量us 與定子磁鏈s 的關(guān)系。當(dāng)三相電壓 uAO 、uBO 、 uCO 為正弦對稱時，寫出電壓空間矢量us 與定子磁鏈s 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：u sdsRsi sdt忽略定子電阻的影響，u sd s 或sus dtdt即電壓空間矢最的積分為定子磁鏈的增量

46、。當(dāng)三相電壓為正弦對稱時，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量ssej (1t)us1 sej ( 1t)電壓空間矢量2圖旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運動軌跡圖電壓矢量圓軌跡(5-12)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us 的幅值小于2U d3，空間角度任意，如何用有限的PWM逆變器輸出電壓矢量來逼近期望的?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)， 根據(jù)空間角度 確定所在的扇區(qū)， 然后用扇區(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)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)從動態(tài)數(shù)學(xué)模型可以看

47、出三相異步電動機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是一個高階、非線性、強混合的多變量系統(tǒng)，三相異步電動機的數(shù)學(xué)模型包括哪幾類方程？答：三相異步電動機的數(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(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)-，再將靜止的兩相坐標(biāo)-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：靜止的三相坐標(biāo) (A - B- C) - 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo) (d- q- 0)，旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo) (d- q

48、) - 靜止的三相坐標(biāo) (A - B - C)，靜止的三相坐標(biāo) (A - B- C) - 靜止的兩相坐標(biāo) ( - - 0 )靜止的兩相坐標(biāo) ( - - 0 )- 靜止的三相坐標(biāo) (A - B- C)靜止的兩相坐標(biāo) ( - )- 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo) (d- q) ，旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo) (d- q) - 靜止的兩相坐標(biāo) ( - )直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)5 異步電動機的等效二相模型為什么簡單?答：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)。6 磁鏈定向方法有哪些?分別采用了哪種坐標(biāo)系?答：磁鏈定向方法有兩種：1) 按轉(zhuǎn)子磁鏈r 定向：控制性能最好，但轉(zhuǎn)子磁鏈不易測量和控制；采用M - T 坐標(biāo)系；2

49、)按定子磁鏈s 定向：定子磁鏈最容易測量和控制，但控制性能不好；采用-坐標(biāo)系。什么是矢量控制系統(tǒng)（ VCS ）?并簡述其工作原理。圖矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖答：將異步電動機經(jīng)過坐標(biāo)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(biāo)反變換， 就能夠控制異步電動機。 由于進行坐標(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)變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCS(Vector Control System)。8 下圖為異步電動機矢量控制原理結(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？給定

50、信號i* mi*i* Ai Aii m等效直流電i* B電流控制 i B控制器Ai*BC i D動機模型+i* C變頻器iCiti* t異步電動機1反饋信號答： A 矢量旋轉(zhuǎn)逆變換VR 1 ，二相靜止坐標(biāo)變成三相靜止坐標(biāo)變換三相靜止坐標(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)下的互相垂直的交流信號變換成二相旋轉(zhuǎn)的互相垂直的直流信號。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？iAisismLmriBABTr p 1TLi stiCisL mTen p

51、npJpLr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)下的互相垂直的交流信號變換成二相旋轉(zhuǎn)的互相垂直的直流信號。其等效變換的原則是旋轉(zhuǎn)磁場等效或磁動勢等效。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。答： 1) 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(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-B and 控制 )產(chǎn)生PWM信號， 直接對逆變器的開關(guān)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(fù)雜的矢量變換與電動機的數(shù)學(xué)模型的簡化處理，沒有通常的PWM信號發(fā)生器， 它的控制思想新穎，控

52、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(yīng)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(biāo)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(zhǔn)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(dāng)可彌補由直接轉(zhuǎn)矩控制引起的速度下降。 直接轉(zhuǎn)矩控制利用

53、相電壓矢量的概念， 對逆變器的功率開關(guān)進行綜合控制，開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗少。坐標(biāo)變換是矢量控制的基礎(chǔ)，試分析交流電機矢量變換的基本概念和方法。答：將交流電機的物理模型等效地變換成類似直流電機的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標(biāo)變換正是按照這條思路進行的。在這里， 不同電機模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動勢完全一致。交流電機三相對稱的靜止繞組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1（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

54、組，通以平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，當(dāng)然以兩相最為簡單。在三相坐標(biāo)系下的iA 、i B 、i C，在兩相坐標(biāo)系下的i、 i 和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流im、 i t 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，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機模型。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。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)強調(diào)Te 與 r 的解耦，有利于分別設(shè)計轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍；但按定子r定向受電動機轉(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 T e 與 s

55、 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， 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：根據(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。 根據(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，但也都受電機參數(shù)變化的影響，從而改變時間常數(shù) T r，磁飽和程度將影響電感 L m 和 L r，從而 T r 也改變。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，電壓模型受電動機參數(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，積分的初始值和累積誤