交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案

《溝通調(diào)速系統(tǒng)》課后習(xí)題答案

第5章閉環(huán)限制的異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)

PPP

5-1異步電動(dòng)機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率桁中，有一部分是及轉(zhuǎn)差成正比的轉(zhuǎn)差功率1依據(jù)對(duì)$處理方

式的不同，可把溝通調(diào)速系統(tǒng)分成哪兒類？并舉例說(shuō)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(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)記。從這

點(diǎn)動(dòng)身，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(lái)?yè)Q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(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，所以還有確

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(guò)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(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速屬于這一類。無(wú)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(wú)論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變，

因此效率更高，變極對(duì)數(shù)調(diào)速，變壓變頻調(diào)速屬于此類。其中變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的，應(yīng)用場(chǎng)合有限。只有變壓變頻調(diào)

速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的溝通調(diào)速系統(tǒng)，取代宜流調(diào)速：但在定子電路中須配備及電動(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,在某一狀況下運(yùn)行，自定子方面輸入的功率

為6.32kW,定子銅損耗為341L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?運(yùn)行狀況下該電動(dòng)機(jī)的效率，轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速。

由已知條件得電磁功率為；所以有

5-3筒述濡通變壓調(diào)速系統(tǒng)的仇缺點(diǎn)和苣用喻人

5.5741

答：制燃成本上劃E,限帝簡(jiǎn)單，抨滑性較好，電氣和機(jī)械沖擊均較小，可四

象限運(yùn)行。

缺點(diǎn)：1）低點(diǎn)功耗較力運(yùn)行式性能箓力2）調(diào)速范圍很小，必需采納高轉(zhuǎn)子電阻電機(jī)或在轉(zhuǎn)

、45wJJjj

子中串入頻敏變阻器實(shí)行閉桶限制。第7閉環(huán)溝通變壓調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)載變化范圍受限于電壓和Jlnw,時(shí)

的機(jī)械特性，超出此范圍閉邛嫌豌便失去限制實(shí)力。

運(yùn)用場(chǎng)合：適用于調(diào)速精度要求不高的場(chǎng)合，如：低速電梯，起重機(jī)械，風(fēng)機(jī)類等。

5-4何謂軟起動(dòng)器？溝通異步電動(dòng)機(jī)采納軟起動(dòng)器有什么好處？

答：帶電流閉環(huán)的電子限制軟起動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速上升后電流自動(dòng)衰減下來(lái)，起動(dòng)時(shí)

間也短于一級(jí)降壓起動(dòng)。主電路采納晶閘管溝通調(diào)壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓來(lái)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(zhǎng)期工牛。視起動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小，起動(dòng)電流可在（0.5?4）,SN之間調(diào)整，以

獲得最佳的起動(dòng)效果，但無(wú)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)速系統(tǒng)（VVVF）

6-1簡(jiǎn)述恒壓頻比限制方式。

答二望組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接限制的,當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽視定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相

電壓則得

%

71常值

這是恒壓頻比的限制方式。但是，在低頻時(shí)u，和g都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不能再忽視。這

時(shí)，須要人為地把電壓"s抬高一些,以便近似地補(bǔ)償定子壓降。

6-2簡(jiǎn)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)限制時(shí)的機(jī)械特性并進(jìn)行比較：

（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；

（2）基頻以下電壓一頻率協(xié)調(diào)限制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：

（3）基頻以上恒壓變頻限制時(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：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)矩近似及S成正比，機(jī)械特性是一段直線，

s接近于1時(shí)轉(zhuǎn)矩近似及s成反比，這時(shí)，R=f（s）是對(duì)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)限制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：恒壓頻比限制的變頻機(jī)械特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，轉(zhuǎn)速再降低，特性就折回來(lái)了。而且頻率越低時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值越小，能夠滿意一般的調(diào)

速要求，但低速帶載實(shí)力有些差強(qiáng)人意，須對(duì)定子壓降實(shí)行補(bǔ)償。恒與■限制是通常對(duì)恒壓頻比限制實(shí)行電壓補(bǔ)償?shù)?/p>

標(biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到conslanl,從而改善了低速性能，但機(jī)械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的實(shí)力仍受到限

制。恒耳■限制可以得到和直流他勵(lì)電機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，依據(jù)轉(zhuǎn)子全破通rm恒定進(jìn)行限制，而且在動(dòng)態(tài)中也

盡可能保持'加恒定是矢量限制系統(tǒng)的目標(biāo)。

3）基頻以上恒壓變頻限制時(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，而形態(tài)基本不變?；l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)械將性：恒流機(jī)械特性的線性段比較平，而最大轉(zhuǎn)矩處形態(tài)很尖。恒流機(jī)械

特性的最大轉(zhuǎn)矩值及頻率無(wú)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)矩及電流的平方成正比。

6-3如何區(qū)分交一直一交變壓變頻器是電壓源變頻器還是電流源變頻器？它們?cè)谛阅苌嫌惺裁床町悾?/p>

答：依據(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)采納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，志向狀況下是一個(gè)內(nèi)阻為零的恒壓源，輸出溝通電壓是矩形波或梯形波。直流環(huán)節(jié)采納大電感濾波是電流

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，輸出溝通電流是矩形波或梯形波。在性能上卻帶來(lái)了明顯

的差異，主要表現(xiàn)如下：

（1）無(wú)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)及負(fù)載電機(jī)之

間，除了有功功率的傳送外，還存在無(wú)功功率的交換。濾波器除濾波外還起著對(duì)無(wú)功功率的緩沖作用，使它不致影響到溝

通電網(wǎng)。因此，兩類逆變器的區(qū)分還表現(xiàn)在采納什么儲(chǔ)能元件（電容器或電感器）來(lái)緩沖無(wú)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，就是簡(jiǎn)單實(shí)

現(xiàn)能壇的回饋，從而便于四象限運(yùn)行，適用于須要回饋制動(dòng)和常常正，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)的直流電壓可以快速改變，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(chǎng)合。電壓源型逆變器恒壓源電壓限制響應(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)電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動(dòng)和快速減速的場(chǎng)合。采納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)，

但可以滿意快速起制動(dòng)和可逆運(yùn)行的要求。

6-4電壓源變頻器輸出電壓處方波，輸出電流是近似正弦波?電流源變頻器帖出電流是方波，愉出電壓是近似正弦

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)盼望得到的是正弦波電壓還是正弦波電流？

答：在溝通電機(jī)中，實(shí)際須要保證的應(yīng)當(dāng)是正弦波電流。因?yàn)樵跍贤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)重量。因此，若能對(duì)電流實(shí)行閉環(huán)限制，以保證其正弦波形，明顯將比電壓開(kāi)環(huán)限

制能夠獲得更好的性能。

6-5采納二極管不控整流器和功率開(kāi)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(guò)它同時(shí)調(diào)整電壓和頻率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。采納全控型

的功率開(kāi)關(guān)器件，只通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓脈沖進(jìn)行限制，電路也簡(jiǎn)單，效率高。

<2）輸出電壓波形雖是一系列的PW波，但由于采納了恰當(dāng)?shù)腜WM限制技術(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)濾波器參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也得以提高。

（4）采納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(chǎng)合？為什么？

答：正，反兩組按確定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓如心的幅值確定于各組可控整流裝置的限

制角右，結(jié)的頻率確定于正，反兩組整流裝置的切換頻率。假如限制角始終不變，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)窯等大容盤(pán)，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溝通PWM變換器和直流PWM變換器有什么異同？

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：而溝通

PWM變換器是將恒壓恒頻的溝通電變換成恒定的直流電后再電變換變壓變頻的溝通電（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），而溝通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，而溝通PWM變換器的負(fù)載是溝通負(fù)載。

6-8請(qǐng)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隨意型號(hào)的通用變頻器資料，用它及異步電動(dòng)機(jī)組成一

個(gè)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比限制的調(diào)速系統(tǒng)，然后說(shuō)明該系統(tǒng)的工作原理。

6-9轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率限制的變頻調(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)行限制，但是其動(dòng)鄢態(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，存在差距的綠山有以下幾個(gè)方面：

（1）在分析轉(zhuǎn)差頻率限制規(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)矩公式動(dòng)身的，所謂的“保持磁通恒

定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)狀況下才能成立。在動(dòng)態(tài)中如何變化還沒(méi)有深入探討，但確定不會(huì)恒定，這不得不影響系統(tǒng)的

實(shí)際動(dòng)態(tài)性能。

<2）數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒(méi)有限制到電流的相位，而在動(dòng)態(tài)中電流的相位也

是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。

（3）在頻率限制環(huán)節(jié)中，取使頻率得以及轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率限制的優(yōu)點(diǎn)。然而，

假如轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)不精確或存在干擾，也就會(huì)直接給頻率造成誤差，因?yàn)槿窟@些偏差和干擾都以正反饋的形式戛無(wú)衰減

地傳遞到頻率限制信號(hào)上來(lái)了。

6-10在轉(zhuǎn)差頻率限制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率的測(cè)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(guò)程中，實(shí)際頻率°?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。假如轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)不精確或存在干擾，也就會(huì)直接給頻率造成誤差，因?yàn)槿窟@些偏差和干擾都以正反饋的形式亳

無(wú)衰減地傳遞到頻率限制信號(hào)上來(lái)了。

6-11分別簡(jiǎn)述直接矢量限制系統(tǒng)和間接矢量限制系統(tǒng)的工作原理，磁鏈定向的精度受哪些參數(shù)的影響？

答：直接矢量限制的工作原理：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)整器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)的限制。在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對(duì)限制對(duì)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。

間接矢量限制的工作原理：采納磁鏈開(kāi)外限制，系統(tǒng)反而會(huì)簡(jiǎn)單一些。在這種狀況下，常利用矢量限制方程中的轉(zhuǎn)

差公式，構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量限制系統(tǒng)，它繼承了基于穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率限制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)用基于動(dòng)態(tài)模型的矢量限制

規(guī)律克服了它的大部分不足之處。轉(zhuǎn)差型矢量限制系統(tǒng)的主電路采納了交一直-交電流源型變頻器，適用于數(shù)千kW的大容

量裝置，在中，小容量裝置中多采納帶電流限制的電壓源型PWM變壓變頻器。

磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量限制系統(tǒng)的磁場(chǎng)定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)確定，靠矢量限制方程保證，并沒(méi)有實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子

磁鏈及其相位，所以屬于間接矢量限制。

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：依據(jù)描述磁鏈及電流關(guān)系的磁轄方程來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈.所得出的模型叫做電流椽型。依據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動(dòng)

勢(shì)等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動(dòng)勢(shì)的積分就可以得到磁鏈，這樣的模型叫電壓模型。

轉(zhuǎn)子磁鏈模型須要實(shí)測(cè)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)h磁飽和程度將影

響電感乙和從而Z也改變。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值及相位信號(hào)失真，而反饋信號(hào)的失真必定使磁鏈閉環(huán)限制系

統(tǒng)的性能降低。

電壓模型只須要實(shí)測(cè)的電流和電壓信號(hào)，不須要轉(zhuǎn)速信號(hào)，且算法及轉(zhuǎn)子電阻兆無(wú)關(guān)，只及定子電阻有關(guān)它是簡(jiǎn)單

測(cè)得的。

及電流模型相比，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(jiǎn)單，便于應(yīng)用。但是，山丁電壓模型包含純

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)變換是矢量限制的基礎(chǔ)，試分析溝通電機(jī)矢量變換的基本概念和方法。

答：將溝通電機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和限制就可以大大簡(jiǎn)化。坐標(biāo)變換正是依據(jù)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：在不同坐標(biāo)卜.所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)完全一樣。

溝通電機(jī)三相對(duì)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(shì)是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)廣，它

在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速?I（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(shì)并不確定非要三相不

可，除單相以外，二相，三相，四相，……等隨意對(duì)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(shì)，當(dāng)然

??

以兩相最為簡(jiǎn)單。在三相坐標(biāo)系下的九人，心在兩相坐標(biāo)系下的"和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流，，。是

等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。這樣通過(guò)坐標(biāo)系的變換，可以找到及溝通三相繞組等效的直流電機(jī)模型。

6-14按定子磁鏈限制的直接轉(zhuǎn)矩限制CTC）系統(tǒng)及磁鏈閉環(huán)限制的矢量限制（VC）系統(tǒng)在限制方法上有什么異

同？

答：1）轉(zhuǎn)矩和磁鏈的限制采納雙位式砰-砰限制器，并在PWM逆變器中直接用這兩個(gè)限制信號(hào)產(chǎn)生電壓的SVPWM波

形，從而避開(kāi)了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈定量，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流限制，簡(jiǎn)化了限制器的結(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(lái)，計(jì)算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)

變化的影響，提高了限制系統(tǒng)的魯棒性。假如從數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)按定子磁鏈限制的規(guī)律，明顯要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)困難，

但是，由于采納了砰-砰限制，這種困難性對(duì)限制器并沒(méi)有影響。

3）由于采納了直接轉(zhuǎn)矩限制，在加減速或負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可以獲得快速為轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必需留意限制過(guò)

大的沖擊電流，以免損壞功率開(kāi)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試分析并說(shuō)明矢量限制系統(tǒng)及直流轉(zhuǎn)矩限制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：兩者都采納轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)速）和磁鏈分別限制，但兩者在限制性能上卻各有千秋。

VC系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)7；及陰的解耦，有利于分別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速及磁鏈調(diào)整器：實(shí)行連續(xù)限制，可獲得較寬的調(diào)速范圍：但按

叫定向受電動(dòng)機(jī)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(shí)行7：及叫砰-砰限制，避開(kāi)了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)化/限制結(jié)構(gòu)；限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；但不可避開(kāi)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)及性

能的比較。

性能及特點(diǎn)直接轉(zhuǎn)矩限制系統(tǒng)矢量限制系統(tǒng)

磁鏈限制定子磁鏈轉(zhuǎn)子磁鏈

轉(zhuǎn)矩限制砰-砰限制，有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)連續(xù)限制，比較平滑

坐標(biāo)變換靜止坐標(biāo)變換，較簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較困難

轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無(wú)［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(jiǎn)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(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理是什么？在起動(dòng)，調(diào)速，停車的過(guò)程中，逆變角尸是如何限制的？

答：對(duì)于只用于次同步電動(dòng)狀態(tài)的工況來(lái)說(shuō)，比較便利的方法是將轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流電壓，然后再引入一個(gè)附

加的直流電動(dòng)勢(shì)，限制此直流附加電動(dòng)勢(shì)的幅值，就可以調(diào)整異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但對(duì)直流附加電動(dòng)勢(shì)有2個(gè)技術(shù)要求：

首先，它應(yīng)當(dāng)是可平滑調(diào)整的，以滿意對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平滑調(diào)整的要求：其次，從節(jié)能的角度看，盼望產(chǎn)生附加直流電動(dòng)勢(shì)

的裝置能夠汲取從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來(lái)的轉(zhuǎn)差功率并加以利用。因此，采納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(shì)的電源，并通過(guò)改變角的大小調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

起動(dòng)限制：限制逆變角夕，使在起動(dòng)開(kāi)始的瞬間，整流電壓和逆變電壓的差值能產(chǎn)生足夠大的電流，以滿意所需的

電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過(guò)允許的電流值，使電機(jī)在確定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動(dòng)。

調(diào)速原理：通過(guò)改變角的大小調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

停車：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)沒(méi)有制動(dòng)停車功能。只能靠減小角漸漸減速，并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。

7-3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性有什么特征？

答：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的主要特征：

1）志向空載轉(zhuǎn)速：在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)及旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速都不變，同步轉(zhuǎn)速是恒定的，但是它的志

向空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地調(diào)整。

2）機(jī)械特性的斜率及最大轉(zhuǎn)矩：串級(jí)調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級(jí)調(diào)速裝置（包括兩套整流裝置，平波電抗器,

逆變變壓器等），事實(shí)上相當(dāng)于在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子網(wǎng)路中接入了確定數(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)子回路電阻的即響，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)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

（B=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(jí)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(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率比轉(zhuǎn)子串電阻的效率要高的緣由是什么？

答：在串級(jí)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(jí)調(diào)速裝置損耗后通

過(guò)轉(zhuǎn)子整流器及逆變器返回電網(wǎng)，這部分返回電網(wǎng)的功率稱作回饋功率巴。對(duì)整個(gè)串級(jí)周速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它從電網(wǎng)汲取的凈

有功功率應(yīng)為=R-P-其效率為

當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，假如負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，￡p和5川都基本不變，所以對(duì)效率的影響并不太大。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路用電阻調(diào)速時(shí)，效率為

而所串電阻越大（串也越大，因而效率拉: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(jí)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)，停車要留意些什么？分別說(shuō)明直接起動(dòng)和間接起動(dòng)的過(guò)程及工作原理。

答：在起動(dòng)時(shí)必需使逆變器先電機(jī)而接上電網(wǎng)，停車時(shí)則比電機(jī)后脫離電網(wǎng)，以防止逆變器溝通側(cè)斷電，使晶閘管

無(wú)法關(guān)斷，造成逆變器的短路事故。

1,間接起動(dòng)的過(guò)程及工作原理：

（1）先合上裝置電源總開(kāi)關(guān)，使逆變器在兒“下等待工作。

（2）然后接入起動(dòng)電阻，再把電機(jī)定子回路及電網(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(jí)調(diào)速裝置匕同時(shí)切斷起動(dòng)電阻，此后電動(dòng)機(jī)就以串

級(jí)調(diào)速的方式接著加速到所需的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

2,直接起動(dòng)的過(guò)程及工作原理：

直接起動(dòng)又稱串級(jí)調(diào)速方式起動(dòng)。在起動(dòng)限制時(shí)讓逆變器先于電動(dòng)機(jī)接通溝通電網(wǎng)，然后使電動(dòng)機(jī)的定子及溝通電

網(wǎng)接通，此時(shí)轉(zhuǎn)子呈開(kāi)路狀態(tài)，可防止因電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的合閘過(guò)電壓通過(guò)轉(zhuǎn)子回路損壞整流裝置.，最終再使轉(zhuǎn)子回路及整

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r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：

1）溝通電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速所及定子電源頻率f有確定的關(guān)系：

9=——

異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)運(yùn)的，二者之差叫做轉(zhuǎn)差??:同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速等于同步，犁，轉(zhuǎn)差

=0。

2）異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)僅靠定子供電產(chǎn)生，而同步電動(dòng)機(jī)除定子磁動(dòng)勢(shì)外，轉(zhuǎn)子側(cè)還有獨(dú)立的宜流勵(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)的定子都有同樣的溝通繞組，一般都是三相的，而轉(zhuǎn)子繞蛆則不同，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)的氣隙是勻稱的，而同步電動(dòng)機(jī)則有隱極及凸極之分，隱極式電機(jī)氣隙勻稱，凸極式則不勻稱，兩

軸的電感系數(shù)不等，造成數(shù)學(xué)模型上的困難性。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)磁的須要，必需從電源吸取滯后的無(wú)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(guò)調(diào)

整轉(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/=L0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)要莫加大轉(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)更，同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)對(duì)

轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有更強(qiáng)的承受實(shí)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(kāi)環(huán)恒壓頻比限制的同步電動(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)

山交-交變壓變頻器供電的大型低速同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

4)按氣隙磁場(chǎng)定向的同步電動(dòng)機(jī)矢量限制系統(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：D磁鏈方程35+Lma/t+LmaiD

式中，Zsd一等效兩相定綺叫好I乩m(xù)q/^d“S+Zmd;

Asq一等效兩相定歹微14糊油感g(shù)4s十4I#的q；

L\s一等效兩相沙任扁施:+L