交流調(diào)速課后題解答

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恒壓頻比控制

基頻以下：（基頻附近：恒壓頻比）、（低頻：定子上電阻壓降補償）恒轉矩控制

基頻以上：恒功率控制

種類：電壓正弦脈寬調(diào)制、電流正弦脈寬調(diào)制、磁鏈軌跡法矢量控制系統(tǒng)

基本思想：模擬直流電機進行控制坐標變換（坐標系）：相變換、旋轉變換

數(shù)學模型：磁鏈方程、電壓方程、轉矩方程、運動方程）控制方程：???

磁鏈觀測器：測量法存在工藝和技術的問題模型法依靠轉子參數(shù)直接轉矩控制

本質：在定子坐標系下，利用空間矢量的數(shù)學分析方法，實現(xiàn)對轉矩的計算和控制

電機模型：（電磁轉矩模型、磁鏈模型）U-n模型

電壓空間矢量：工作電壓空間矢量、零矢量(與磁鏈的關系對轉矩的影響)電壓空間矢量的正確選擇:取決于定子磁鏈空間矢量的運動軌跡(由磁鏈開關信號來確定電壓開關信號)

1、什么是PWM技術。PWM技術應用于交流調(diào)速系統(tǒng)的意義是什么？答：PWM技術即脈寬調(diào)制技術，是利用全控型電力電子器件的導通和關斷

把電壓變成一定形狀的電壓脈沖，實現(xiàn)變壓、變頻控制并且消除諧波的技術,變頻調(diào)速系統(tǒng)采用pwm技術不僅能及時、確鑿地實現(xiàn)變壓變頻控制要求，而且更重要的意義是抑制逆變器輸出電壓或電流中的諧波分量，從而降低或消除了變頻調(diào)速時電機的轉矩脈動，提高了電機的工作效率，擴大了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。

2、PWM控制方式所引起的主要問題有哪些？主要用哪些性能指標來描述。答：PWM控制方式所引起的主要問題有電流畸變、變換器中的開關損耗、

負載中的諧波損耗以及電機轉矩的脈動。主要用電流諧波、載波比、最大調(diào)制度、諧波轉矩、開關頻率和開關損耗來描述。

3、什么是載波比？什么是調(diào)制度？輸出電壓的大小和其中的哪個量有關？

答：在spwm逆變器中，載波頻率fc與調(diào)制波頻率fm之比Ncm=fc/fm稱為載波比，也稱調(diào)制比。調(diào)制度定義為參考電路的峰值Umn與三角載波信號的峰值Ucm之比，輸出電壓的大小與調(diào)制度有關。

4、簡述電壓SPWM的基本控制思想。

答：電壓SPWM基本控制思想即沖量有效原理。

對于電壓正弦SPWM來說，可以把電壓正弦半波分為N等份，然后每一等份的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都是一個與此面積相等的等高矩形脈沖來代替，矩形脈沖的中點與正弦波每一等份的中點重合。這樣由N個等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的波形與正弦波的半周等效。

5、分析異步調(diào)制和同步調(diào)制各自的優(yōu)缺點，并說明分段同步調(diào)制的基本思想。

答：同步調(diào)制的優(yōu)點是對稱性好，低頻特性差是它的缺點。異步調(diào)制的優(yōu)點是低頻特性好，缺點是對稱性差。

分段同步調(diào)制的基本思想：將逆變器輸出地整個變頻范圍劃分為若干個頻段，在每個頻段內(nèi)都保持載波比Ncm為恒定，不同頻段載波比不同，在逆變器輸出頻率fm的不同頻段內(nèi)，用不同的載波比進行同步調(diào)制，而各頻段載波頻率的變化范圍基本一致。頻率低得采用較高的載波比，使載波頻率不致過低而對負載不利，在高頻段，采用較低的載波比，滿足功率開關器件對開關頻率的限制。

6、什么是電流滯環(huán)SPWM？它的特點是什么？

答：電流滯環(huán)spwm是把正弦電流參考波形和電流的實際波形通過滯環(huán)比較器進行比較，其結果決定逆變器橋璧上下開關器件的導通和關斷。它的特點是控制簡單、響應快、瞬時電流可以被限制，功率開關器件得到自動保護。缺點是

相對的電流諧波較大。

7、定子電壓空間矢量有幾個？其幅值為多少？

答：定子電壓空間矢量有8個，開關狀態(tài)全0或全1，Vo=0，零矢量幅值

為0，其余狀態(tài)非零，幅值為2/3Ud。

8、電壓空間矢量PWM技術（磁鏈追蹤法）有什么特點？添加零矢量的作用是什么？

答：磁鏈軌跡pwm控制方法將逆變器和交流電機視為一個整體，它的數(shù)學模型是建立在電機統(tǒng)一理論和電機坐標軸系變換理論基礎之上，物理意義直觀，數(shù)學模型簡單，便于微機實時控制，并具有轉矩脈動小、噪聲低、電壓利用率高地優(yōu)點。

添加零矢量是為了調(diào)理磁鏈空間矢量Ψs的運動速度。

變頻器組成：交流電動機、控制器、電力電子功率變換器、電量檢測器拓撲結構主要分為兩種：交-交、交-直-交（電壓源型、電流源型）當今工業(yè)生產(chǎn)中應用最多、最廣泛的變頻器是交-直-交電壓源型SPWM變

頻器。由于這類變頻器通用性好，因此尋常稱為通用變頻器。

9、為什么在恒壓頻比控制中，額定轉速以下調(diào)速時需要保持電機中每

極磁通為額定值？

答：基頻以下的Us/fs=C的控制方式，fs中基頻降至低頻的變速過程

中能保持Φm=C，可以獲得Tei=Teimax=C的控制效果，所以要保護電機中每極磁通的額定值。假使磁通下降則異步電動機的電磁轉矩Tei將減小，這樣，在基速以下時，無疑會失去調(diào)速系統(tǒng)的恒轉矩機械特性。另外隨著電機的最大轉矩的下降，有可能造成電機堵轉，有被燒毀可能。反之，假使磁通上升，又會使電機磁路飽和，勵磁電流將迅速上升，導致電機鐵損大量增加，造成電機鐵心嚴重過熱，不僅會使電機輸出功率大大降低，而且由于電機過熱，造成電機繞組絕緣降低，嚴重時，有燒毀電機的危險，所以要保持刺痛恒定。

10、恒壓頻比控制中為什么在低頻時需要電壓補償？

答：由于恒壓頻比控制方式成立的前提條件是：忽略了定子阻抗上的壓

降，fs較低時，定子感應電動勢有效值Es也變小了，其中惟有IsRs項并不減小。與Es相比，IsZs比重加大。Us/fs=C控制原理失效，異步電動機勢必處于弱磁工作狀態(tài)，異步電動機的最大轉矩Teimax必然嚴重降低，導致電動機過載能力下降，也就是說fs較低時定子阻抗壓降不能再忽略。采用Ts*Rs補償措施

即根據(jù)負載電流大小把定子相電壓有效值Us適當?shù)靥Ц?，以補償定子阻抗壓降的影響

11、主電路依照結構形成分可以分為哪幾類？

答：變頻器主電路的拓撲結構主要分為兩種：交-直-交結構形式，交-交

結構方式。

12、什么叫電壓源型變頻器？什么叫電流型逆變器？簡單說明其性能的

差異。

答:變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)是采用大電容濾波，使直流電壓波形

比較平直，對于負載來說是一個內(nèi)阻抗為零的恒壓源，這類變頻調(diào)速裝臵叫做電壓源型變頻器。當交直交變壓變頻裝臵的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波時，直流電流波形比較平直，而電源內(nèi)阻抗很大，對負載來說基本上是一個恒流源，這類變頻裝臵叫電流源型逆變器。

性能差異：

（1）無功能量的緩沖，兩者采用的儲能元件不同。

（2）電流源型簡單實現(xiàn)回饋制動，電壓源型要接電力電子器件去回饋制

動

（3）電流源型變頻器的直流電壓可以迅速改變，所以調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響

應比較快，而電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應相對較慢。

（4）電壓源型變頻器屬于恒壓源，電壓控制響應慢，適用于作為多臺電

機同步運行時的供電電源，且不要求快速加速減速的場合。電流源型變頻器屬于恒流源，系統(tǒng)對負載電流變化的反應遲鈍，因而適用于單臺電機傳動，但可滿足快速起、制動和可逆運行的要求。

3.1異步電動機的坐標系包括哪些？哪些是實際存在的空間矢量？什么是坐標變換矩陣？基本的變換原則是什么？

答：異步電動機的坐標系包括：定子坐標系、轉子坐標系、同步旋轉坐標系，磁通、磁勢是實際存在的空間矢量。

基本變換原則：在確定電流變換矩陣時，應遵守變換前后所產(chǎn)生的旋轉磁場等效原則在確定電壓變換矩陣和阻抗變換矩陣時，應遵守變換前后電機功率不變的原則。

3.2簡述矢量控制的基本思想。

答：交流電流等效為直流電機來控制，通過矢量坐標變換將異步電機的轉矩控制與直流電動機的轉矩控制統(tǒng)一起來。

3.3轉子磁鏈矢量的檢測獲取有哪兩種方式。其特點分別是什么？答：轉子磁鏈矢量的檢測有直接法和間接法

直接法：檢測精度高，在電機定子內(nèi)表面裝貼霍爾元件或者在電機槽內(nèi)埋設探測線圈直接檢測轉子磁鏈。在電機內(nèi)裝設元件會遇到不少工藝和技術問題

間接法：即檢測交流電機的定子電壓，電流及轉速等易得的物理量。利用轉子磁鏈觀測模型，實時計算轉子磁鏈的模值和空間位臵，結果依靠于電機參數(shù)。

3.4三相靜止坐標系下的異步電動機的數(shù)學模型具有哪些特點？答：三相靜止坐標系下的異步電動機的數(shù)學模型具有以下特點：高階、非線性、多變量、強耦合。

3.5什么是定向？什么是磁場定向？磁場定向軸的選擇有哪些？答：定向：選擇特定的同步旋轉坐標系，即確定M-T軸系的取向磁場定向：選擇電機某一旋轉磁場軸作為特定的同步旋轉坐標軸磁場定向軸的選擇有三種：即轉子磁場定向、氣隙磁場定向、定子磁場方向。

3.6轉子磁場定向的控制方程是什么？分別說明什么樣的物理意義？解：（1）Tei=CimΨisT轉矩大小正比于轉矩電流分量，同步旋轉坐標系上，假使按異步電動機轉子磁鏈定向，則異步電動機的電磁轉矩模型就與直流電動機的電磁轉矩模型完全一樣。

（2）Ψr=（Lmd/Trp+1）*ismΨr與ism之間的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，轉子磁鏈惟一由定子電流矢量的勵磁電流分量ism產(chǎn)生。

（3）isT=（TrΨr/Lmd）*△W當磁鏈恒定時，無論是穩(wěn)態(tài)還是動態(tài)過程，轉差角頻率△W都與異步電動機的轉矩電流分量isT成正比。

磁鏈觀測器

如圖，本系統(tǒng)依照轉子磁場定向，分為轉速控制系統(tǒng)和磁鏈控制系統(tǒng)，其中轉速控制子系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)類似采用了串級控制結構。

轉子控制子系統(tǒng)中設置了轉速調(diào)理器ASR，轉速反饋信號取自于電機軸上的測速傳感器。轉速調(diào)理器輸出作為內(nèi)環(huán)轉矩調(diào)理器ATR的給定值，轉矩反饋信號取自轉子磁鏈觀測器，其計算值為：

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如前所述，設置轉矩閉環(huán)的目的是，降低或消除兩個通道之間的慣性耦合作用，另外從閉環(huán)意義來說，磁鏈一旦發(fā)生變化，相當于對轉矩內(nèi)環(huán)的一種擾動作用，必將受到轉矩閉環(huán)的抑制，從而減少或避免磁鏈突變對轉矩的影響。

在磁鏈控制子系統(tǒng)中，設置了磁鏈調(diào)理器，其給定由函數(shù)發(fā)生器GF給出，磁鏈反饋信號來自于磁鏈觀測器。磁鏈閉環(huán)的作用是，當速度低于額定轉速時，控制磁鏈為定值，實現(xiàn)恒轉矩調(diào)速方式，當速度超過額定轉速時，控制磁鏈使其隨速度的增加而減小，實現(xiàn)恒功率（弱磁）調(diào)速方式。恒轉調(diào)速方式和恒功率調(diào)速方式由函數(shù)發(fā)生器GF的輸入-輸出特性決定。

虛框部分為電流控制PWM電壓源逆變器環(huán)節(jié)，逆變器所用功率器件為IGBT或IGCT，由于電流控制環(huán)的高增益和逆變器具有PWM控制模式，使電動機輸出的三相電流能夠快速跟蹤三相電流參考信號。這種具有強迫輸入功能的快速電流控制模式是目前普遍采用的使用技術。

磁鏈觀測器

如圖，本系統(tǒng)依照轉子磁場定向，分為轉速控制系統(tǒng)和磁鏈控制系統(tǒng)，其中轉速控制子系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)類似采用了串級控制結構。

轉子控制子系統(tǒng)中設置了轉速調(diào)理器ASR，轉速反饋信號取自于電機軸上的測速傳感器。轉速調(diào)理器輸出作為內(nèi)環(huán)轉矩調(diào)理器ATR的給定值，轉矩反饋信號取自轉子磁鏈觀測器，其計算值為：

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如前所述，設置轉矩閉環(huán)的目的是，降低或消除兩個通道之間的慣性耦合作用，另外從閉環(huán)意義來說，磁鏈一旦發(fā)生變化，相當于對轉矩內(nèi)環(huán)的一種擾動作用，必將受到轉矩閉環(huán)的抑制，從而減少或避免磁鏈突變對轉矩的影響。

在磁鏈控制子系統(tǒng)中，設置了磁鏈調(diào)理器，其給定由函數(shù)發(fā)生器GF給出，磁鏈反饋信號來自于磁鏈觀測器。磁鏈閉環(huán)