電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)習題解答第6章

1、第6章習題解答6-1 一臺三相籠型異步電動機銘牌數(shù)據(jù)為：額定電壓，額定轉速，額定頻率，定子繞組Y聯(lián)接。由實驗測得定子電阻，定子漏感，定子繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，轉子電阻，轉子漏感，轉子參數(shù)已折合到定子側，忽略鐵心損耗。（1）畫出異步電動機T型等效電路和簡化等效電路；（2）額定運行時的轉差率，定子額定電流和額定電磁轉矩；（3）定子電壓和頻率均為額定值時，理想空載時的勵磁電流；（4）定子電壓和頻率均為額定值時，臨界轉差率和臨界轉矩，畫出異步電動機的機械特性。解：（1）異步電動機T型等效電路和簡化等效電路 （2）額定運行時的轉差率根據(jù)簡化等效電路，定子額定電流額定電磁轉矩，其中，（3）定子電壓

2、和頻率均為額定值時，理想空載時的勵磁電流（4）定子電壓和頻率均為額定值時，臨界轉差率和臨界轉矩異步電動機的機械特性6-2 異步電動機參數(shù)如6-1題所示，畫出調壓調速在和時的機械特性，計算臨界轉差率和臨界轉矩，分析氣隙磁通的變化，在額定電流下的電磁轉矩，分析在恒轉矩負載和風機類負載兩種情況下，調壓調速的穩(wěn)定運行范圍。解：調壓調速在和時的機械特性臨界轉差率時，臨界轉矩氣隙磁通時，臨界轉矩氣隙磁通帶恒轉矩負載工作時，穩(wěn)定工作范圍為，帶風機類負載運行，調速范圍。6-3異步電動機參數(shù)如6-1題所示，若定子每相繞組匝數(shù)，定子基波繞組系數(shù)，定子電壓和頻率均為額定值。求：（1）忽略定子漏阻抗，每極氣隙磁通量和

3、氣隙磁通在定子每相中異步電動勢的有效值；（2）考慮定子漏阻抗，在理想空載和額定負載時的和；（3）比較上述三種情況下，和的差異，并說明原因。解：（1）忽略定子漏阻抗，（2）考慮定子漏阻抗，在理想空載時同（1）額定負載時，根據(jù)簡化等效電路，定子額定電流；（3）忽略定子漏阻抗時，不考慮定子漏阻抗壓降，理想空載時，定子漏阻抗壓降等于零，兩者相同。考慮定子漏阻抗時，定子漏阻抗壓降使得和減小。6-4 接上題，（1）計算在理想空載和額定負載時的定子磁通和定子每相繞組感應電動勢；（2）轉子磁通和轉子繞組中的感應電動勢（折合到定子邊）；（3）分析與比較在額定負載時，、和的差異，、和的差異，并說明原因。解：（1）

4、定子磁通和定子每相繞組感應電動勢理想空載時，忽略勵磁電流（下同），額定負載時，根據(jù)簡化等效電路，定子額定電流；理想空載和額定負載時的（2）轉子磁通和轉子繞組中的感應電動勢（折合到定子邊）；理想空載時， ，額定負載時，根據(jù)簡化等效電路，定子額定電流；（3）額定負載時，離電機輸入端遠的反電勢小。6-5 按基頻以下和基頻以上，分析電壓頻率協(xié)調的控制方式，畫出（1）恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性；（2）基頻以下電壓-頻率協(xié)調控制時異步電動機的機械特性；（3）基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性；（4）畫出電壓頻率特性曲線。解：（1）恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性；（2）基頻以

5、下電壓-頻率協(xié)調控制時異步電動機的機械特性；（3）基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性；（4）電壓頻率特性曲線6-6 異步電動機參數(shù)同6-1題，逆變器輸出頻率等于額定頻率時，輸出電壓等于額定電壓?？紤]低頻補償，當頻率，輸出電壓。（1）求出基頻以下，電壓頻率特性曲線的表達式，并畫出特性曲線；（2）當時，比較補償與不補償?shù)臋C械特性曲線，兩種情況下的臨界轉矩。解：（1）基頻以下，電壓頻率特性曲線（2）補償與不補償?shù)臋C械特性曲線，兩種情況下的臨界轉矩當時，補償后電壓臨界轉矩不補償臨界轉矩6-7 異步電動機基頻下調速時，氣隙磁通、定子磁通和轉子磁通受負載的變換而變化，要保持恒定需采用電流補償控制。

6、寫出保持三種磁通恒定的電流補償控制的相量表達式，若僅采用幅值補償是否可行，比較兩者的差異。解：（1）定子磁通恒定的電流補償控制的相量表達式（2）氣隙磁通恒定的電流補償控制的相量表達式（3）轉子磁通恒定的電流補償控制的相量表達式精確的補償應該是幅值補償和相位補償，考慮實現(xiàn)方便的原因，也可僅采用幅值補償。6-8 兩電平PWM逆變器主回路，采用雙極性調制時，用“1”表示上橋臂開通，“0”表示上橋臂關斷，共有幾種開關狀態(tài)，寫出其開關函數(shù)。根據(jù)開關狀態(tài)寫出其電壓空間矢量表達式，畫出空間電壓矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路：采用雙極性調制時，忽略死區(qū)時間影響，用“1”表示上橋臂開通，“0”表示下橋臂開

7、通，逆變器輸出端電壓：，以直流電源中點為參考點00001001100100110011011110空間電壓矢量圖：6-9 當三相電壓分別為、，如何定義三相定子電壓空間矢量、和合成矢量，寫出他們的表達式。解：A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量：合成矢量：6-10 忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量與定子磁鏈的關系，當三相電壓、為正弦對稱時，寫出電壓空間矢量與定子磁鏈的表達式，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：忽略定子電阻的影響，即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。當三相電壓為正弦對稱時，定子磁鏈旋轉矢量電壓空間矢量：6-11 采用電壓空間矢量P

8、WM調制方法，若直流電壓恒定，如何協(xié)調輸出電壓與輸出頻率的關系。解：直流電壓恒定則六個基本電壓空間矢量的幅值一定，零矢量作用時間增加，所以插入零矢量可以協(xié)調輸出電壓與輸出頻率的關系。6-12 兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有限的，若期望輸出電壓矢量的幅值小于直流電壓，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輸出電壓矢量。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。6-13 在轉速開環(huán)變壓變頻調速系統(tǒng)中需要

9、給定積分環(huán)節(jié)，論述給定積分環(huán)節(jié)的原理與作用。解：由于系統(tǒng)本身沒有自動限制起制動電流的作用，因此，頻率設定必須通過給定積分算法產(chǎn)生平緩的升速或降速信號，6-14 論述轉速閉環(huán)轉差頻率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律，實現(xiàn)方法以及系統(tǒng)的優(yōu)缺點。解：轉差頻率控制的規(guī)律為：（1）在的范圍內，轉矩基本上與成正比，條件是氣隙磁通不變。（2）在不同的定子電流值時，按圖5-43的函數(shù)關系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。轉差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：轉差角頻率與實測轉速相加后得到定子頻率，在調速過程中，實際頻率隨著實際轉速同步地上升或下降，加、減速平滑而且穩(wěn)定。同時，由于在動態(tài)過程中轉速調節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)以對應于的最大轉矩起、制動，并限制了最大電流，保證了在允許條件下的快速性。轉差頻率控制系統(tǒng)的缺點是：轉差頻率控制系統(tǒng)是基于