電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第4版復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、第2章 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 直流電機(jī)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(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)表達(dá)式 式中:轉(zhuǎn)速（r/min）,電樞電壓（V）,電樞電流（A）,電樞回路總電阻（）,勵(lì)磁磁通（Wb）,電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。直流電機(jī)主要有三種基本調(diào)速方法：調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U，減弱勵(lì)磁磁通 F，改變電樞回路電阻 R。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)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(jí)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(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。2 常

2、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(jī)組用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)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，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進(jìn)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(yàn)靜差率時(shí)應(yīng)以最低速時(shí)的靜差率 為準(zhǔn)。5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

3、運(yùn)行，在各種可能的干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。3）加、減速-頻繁起、制動(dòng)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(jī)械則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。6 解釋反饋控制規(guī)律？答（1）被調(diào)量有靜差（2）抵抗擾動(dòng)與服從給定（3）系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測(cè)精度 7 閉環(huán)空載轉(zhuǎn)速比開環(huán)空載轉(zhuǎn)速小多少? 答： 是的1/（1+K）。8 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(cè)速發(fā)電機(jī)TG等組成；當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載TL增加時(shí)，電樞電流Id也增加，電樞回路壓降增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則轉(zhuǎn)速反饋電壓也相應(yīng)下

4、降，而轉(zhuǎn)速給定電壓不變，增加。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸出增加，使控制角 減小，晶閘管整流裝置輸出電壓增加，于是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速便相應(yīng)自動(dòng)回升，其調(diào)節(jié)過程可簡(jiǎn)述為：上述過程循環(huán)往復(fù)，直至為止。9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(cè)速發(fā)電機(jī)的負(fù)反饋電壓比較，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓。2）比例放大器A：將轉(zhuǎn)速偏差電壓放大，產(chǎn)生電力電子變換器UPE所需的控制電壓。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。4）M電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)。5）TG發(fā)電機(jī)：測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。6）電位器：將測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓降壓，以適應(yīng)給定電壓幅值。10 說明單

5、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能減少穩(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(dòng)機(jī)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(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)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(bǔ)償電樞回路電阻壓降的變化。穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為： 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)，則也要改變，因此也能改變穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。 11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(diǎn)？答（1）定義：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。（2）特點(diǎn)：1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)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

6、靜差率一定時(shí)，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(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。12 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(jìn)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(shí)，必定產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個(gè)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(dòng)能力和控制精度。13反饋控制系統(tǒng)為什么極性不能接錯(cuò)？答：控制系統(tǒng)一般都是負(fù)反饋系統(tǒng)。如果錯(cuò)接成正反饋系統(tǒng)，對(duì)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。14 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

7、作用，PI控制器可消除階躍輸入和階躍擾動(dòng)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(diǎn) ？答： PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc由兩部分組成。第一部分KPUi是比例部分，第二部分是積分部分。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(shí)相當(dāng)于P調(diào)節(jié)器，輸出電壓，隨著電容C被充電開始積分，輸出電壓Uc線性增加，只要輸入U(xiǎn)i繼續(xù)存在，Uc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：(l) 比例環(huán)節(jié)P：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦出現(xiàn)，控制器立即產(chǎn)生控

8、制作用，以便減少偏差，保證系統(tǒng)的快速性。(2) 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。(3) 微分環(huán)節(jié)D：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得過大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)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(diǎn)？答：當(dāng) Id Idcr 時(shí)，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)重寫于下當(dāng) Id Idcr時(shí)，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成 特點(diǎn)：（1）電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂

9、。（2）比較電壓 與給定電壓 的作用一致，好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高到18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(yùn)行時(shí)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(yùn)行時(shí)的速度是無靜差的。 電壓負(fù)反饋實(shí)際是一個(gè)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。 19光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法主要有哪幾種？各用于何種場(chǎng)合？答：采用中光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法主要有M 法測(cè)速，T 法測(cè)速，M

10、/T 法測(cè)速，M法適用于測(cè)高速，T法適用于測(cè)低速，M/T 法即適用于測(cè)低速，又適用于測(cè)高速。（2-4）為什么 PWM電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？ 答：PWM電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性： （1） 主電路線路簡(jiǎn)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(jī)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(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 （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(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。 （6） 直流電源采

11、用不控整流時(shí)，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(jī)械要求電動(dòng)機(jī)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，即其中，和一般都指電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率，即或用百分比表示 在直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速作為最高轉(zhuǎn)速N n則 由上式可看出調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)

12、速范圍、靜差速降和最小靜差率之間的關(guān)系。對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，值一定，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)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(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)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(gè)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。 2）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng)，服從給定。擾動(dòng)性能是反饋控制系統(tǒng)

13、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(cè)的精度。 （2）改變給定電壓會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榉答伩刂葡到y(tǒng)完全服從給定作用。 （3）如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓的分壓比或測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)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(huì)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(dòng)。（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，當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓 時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？答：在動(dòng)態(tài)過程中，當(dāng)變化時(shí)，只要其極性不變，積分調(diào)節(jié)器的輸出 便一直增長(zhǎng)；只有達(dá)到，時(shí)，才停止上升；不到變負(fù)， 不會(huì)下降。當(dāng)時(shí)

14、，并不是零，而是一個(gè)終值；如果不再變化，這個(gè)終值便保持恒定而不再變化，這是積分控制的特點(diǎn)。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(yùn)行，實(shí)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 ，但歷史上有過 ，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)需要的控制電壓 。 （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(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響？并說明理由。 答：系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)的精度。 因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)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

15、列參數(shù)發(fā)生變化時(shí)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) ；（2）供電電網(wǎng)電壓；（3）電樞電阻；（4）電動(dòng)機(jī)勵(lì)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)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用再通過反饋控制作用，因?yàn)樗麄兊淖兓罱K會(huì)影響到轉(zhuǎn)速，減小它們對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流、電樞電阻 發(fā)生變化時(shí)仍然和開環(huán)系統(tǒng)一樣，因?yàn)殡姌须娮杼幱诜答伃h(huán)外。 當(dāng)供電電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用。因?yàn)殡娋W(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(shí)，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)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

16、環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)。 （例題2-1 ）某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為=1430r/min，額定速降=115r/min，當(dāng)要求靜差率s30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率s20%，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(shí)，允許的調(diào)速范圍為若要求s 20%，則允許的調(diào)速范圍只有若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是（例題2-2 ）某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.2Vmin/r。如果要求調(diào)速范圍D=20

17、，靜差率s5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？ 解：當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為如要求 ，即要求（例題2-3 ）在例題2-2中，龍門刨床要求D=20，s5%，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(shí)，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 =275 r/min，閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為2.63 r/min，由式可得則得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

18、總電阻，電感量3mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：電磁時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù)晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和例題2-3中穩(wěn)態(tài)性能要求是矛盾的。（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(dòng)機(jī)不變，電樞回路參數(shù)為：，1mH，PWM開關(guān)頻率為8kHz。按同樣的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D=20，s5%，該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？如果對(duì)靜差率的要求不變，在保證穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)能夠達(dá)到的最大調(diào)速范圍有多少？解：電磁時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù)晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：按照穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 、 要求 （見例

19、題1-2） PWM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(yùn)行。 若系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀況， 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：(1) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的作用：1）轉(zhuǎn)速n跟隨轉(zhuǎn)速給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。2) 突加負(fù)載時(shí)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(duì)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。(2) 電流調(diào)節(jié)器ACR的作用1) 起動(dòng)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變化。3) 電源電壓波動(dòng)時(shí)

20、及時(shí)抗擾作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎不受電源電壓波動(dòng)的影響。4) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載、堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到安全保護(hù)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(dòng)與負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，哪個(gè)調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用?答：電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，ACR起主要調(diào)節(jié)作用；負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，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) 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)放大系數(shù)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)給定電或轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。，要改變堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)

21、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值或改變電流反饋系數(shù)4 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程特點(diǎn)是什么？答：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程特點(diǎn)是：1) 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(shí)間最優(yōu)控制，恒流升速可使起動(dòng)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(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則ACR的輸出電壓、變流裝置輸出電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，較之負(fù)載變化前是增加、減少，還是不變？為什么？（2） 如果速度給定不變時(shí)，要改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，可

22、調(diào)節(jié)什么參數(shù)？ 答：(1) (2) 因?yàn)樗哉{(diào)節(jié)可以改變轉(zhuǎn)速。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(dòng)態(tài)性能指標(biāo)兩個(gè)部分。 靜態(tài)主要性能指標(biāo)有調(diào)速范圍D、靜差率s、。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)分成給定控制信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)作用下兩類性能指標(biāo)。給定控制信號(hào)作用下的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有上升時(shí)間，調(diào)節(jié)時(shí)間(亦稱過濾過程時(shí)間)和超調(diào)量。擾動(dòng)信號(hào)作用下的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有最大動(dòng)態(tài)速降、恢復(fù)時(shí)間7調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過程可以簡(jiǎn)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)8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(jìn)行設(shè)計(jì)？為什么？答：轉(zhuǎn)速環(huán)按典型（II）型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗擾能力(強(qiáng))

23、，穩(wěn)態(tài)（無靜差）。電流環(huán)按典型（I）型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗擾能力(稍差)，超調(diào) （?。? 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(duì)系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能將會(huì)產(chǎn)生什么影響？ 答：改為 P 調(diào)節(jié)器時(shí)其輸出量總是正比于輸入量，PI 調(diào)節(jié)器的輸出量在動(dòng)態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，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(dòng)機(jī)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) 行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 行不行？若要改變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？

24、 答：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系 因此 轉(zhuǎn)速 是由給定電壓決定的；改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)也可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)和電力電子變換器的放大倍數(shù)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(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)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(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，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 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 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。 （3-9）試從下述五個(gè)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)

25、速系統(tǒng)的靜態(tài)特性；（2）動(dòng)態(tài)限流性能；（3）起動(dòng)的快速性；（4）抗負(fù)載擾動(dòng)的性能；（5）抗電源電壓波動(dòng)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(diǎn)上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓 決定的。ASR 的輸出量 是由負(fù)載電流 決定的?？刂齐妷旱拇笮t同時(shí)取決于和，或者說，同時(shí)取決于和 。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)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(diǎn)：電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂；比較電壓與給定電壓 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(jī)特性。 （3）雙閉環(huán)直流調(diào)

26、速系統(tǒng)的起動(dòng)過程有以下三個(gè)特點(diǎn)：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 （4）由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì) ASR 時(shí)，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(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)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(dòng)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(dòng)可以通過電流反饋得到比較及時(shí)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(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1 異步電動(dòng)機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率 中，有一部分是與

27、轉(zhuǎn)差成正比的轉(zhuǎn)差功率 根據(jù)對(duì) 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)志。從這點(diǎn)出發(fā)，可以把異步電機(jī)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(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)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)）。可是這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價(jià)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

28、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(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)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(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(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。 2異步交流電機(jī)變頻器

29、上電壓和頻率為什么要協(xié)調(diào)控制？答：在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持電機(jī)中每極磁通量 Fm 為額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。在交流異步電機(jī)中，磁通 Fm 由定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生，因?yàn)橛?，此式可知，只要控制?Eg 和 f1 ，便可達(dá)到控制磁通Fm 的目的。3 在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，為什么要保持每極磁通量為額定值不變?對(duì)直流電機(jī)和交流異步電機(jī)，分別采用什么方法使電機(jī)每極的磁通恒定?答：異步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如果使氣隙磁鏈保持不變，要保持直流電

30、機(jī)的磁通恒定，因?yàn)槠鋭?lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，容易做到保持磁通恒定。要保持交流異步電機(jī)的磁通恒定，必須采用恒壓頻比控制。4簡(jiǎn)述恒壓頻比控制方式。 答：繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 ，則得。這是恒壓頻比的控制方式。但是，在低頻時(shí) 和 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(shí)，需要人為地把電壓 抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。5 下圖為異步電動(dòng)機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性，交流異步電動(dòng)機(jī)的恒壓頻比控制有哪三種方式?試就其實(shí)現(xiàn)難易程度、機(jī)械特性等方面進(jìn)行比較。 a）恒壓頻比控制 b）恒定子

31、磁通控制 c）恒氣隙磁通控制 d）恒轉(zhuǎn)子磁通控制答：，氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)/輸入頻率為恒值，機(jī)械特性非線性，難實(shí)現(xiàn)，加定子電壓補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)，改善低速性能。，與頻率無關(guān)，機(jī)械特性平行，硬度相同，類似于直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。，定子相電壓/輸入頻率為恒值，定子相電壓，機(jī)械特性非線性，易實(shí)現(xiàn)。接近額定頻率時(shí)，變化不大，的降低，變化較大，在低速時(shí)甚至拖不動(dòng)負(fù)載。實(shí)際上，由于頻率很低時(shí)定子電阻損耗相對(duì)較大， 不可忽略，故必須進(jìn)行定子電壓補(bǔ)償。，轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)/輸入頻率為恒值，轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗)轉(zhuǎn)子磁鏈恒值，機(jī)械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能

32、和動(dòng)態(tài)性能好，最難實(shí)現(xiàn)。這是矢量控制追求的目標(biāo)。6 交流異步電動(dòng)機(jī)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) ，并補(bǔ)償定子電阻損耗。恒功率調(diào)速(基頻以上)升高電源電壓時(shí)不允許。在頻率上調(diào)時(shí)，只能保持電壓不變。頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動(dòng)機(jī)的弱磁增速。7 交流異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主要有兩種：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，

33、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(hào)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)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(hào)，從而在逆變器負(fù)載上(多為異步電動(dòng)機(jī))得到與控制信號(hào)波形相同，等效于正弦波的驅(qū)動(dòng)電壓。10什么是電壓型逆變器8個(gè)電壓狀態(tài)形成的電壓空間矢量圖？并說明定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡。 圖 基本電壓空間矢量圖 圖 正六邊形定子磁鏈軌跡 圖 電壓空間矢量的6個(gè)扇區(qū)答：電壓型逆變器，為三組六個(gè)開關(guān)同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)互為反向：一個(gè)接通“1”，另一個(gè)斷開“0”。1) 逆變器8個(gè)電壓狀態(tài)：V1(100)，V2(0

34、10)，V3(010) ，V4(011) ，V5(001) ，V6(101)構(gòu)成正六邊形的項(xiàng)點(diǎn)，V7(111) ，V0(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(gè)狀態(tài)一個(gè)周期(狀態(tài)1 狀態(tài)6)，相電壓波形幅值一致： 和。2) 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： 或 一定子磁鏈的初始值。3) 從電壓型逆變器8個(gè)電壓狀態(tài)形成的電壓、空間矢量圖可見：定子磁鏈?zhǔn)噶康脑鲩L(zhǎng)方向，即矢頭的運(yùn)動(dòng)方向決定于電壓矢量的方向；定子磁鏈空間矢量頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和軌跡對(duì)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

35、就能得到很好地近似)，在適當(dāng)?shù)貢r(shí)候依次給出定子電壓空間矢量，則得到的定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡依次按運(yùn)動(dòng)， 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(gè)周期的運(yùn)動(dòng)軌跡，稱區(qū)段(扇區(qū))-區(qū)段(扇區(qū))S6。矢頭的運(yùn)動(dòng)速率與的幅值成正比； 若則停止運(yùn)動(dòng)(V0、V7) 若有效電壓矢量依照矢量圖的次序交替作用，且作用時(shí)間相等，矢頭的運(yùn)動(dòng)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不變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率 成正比，即在異步電機(jī)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。12 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

36、流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制，但是其動(dòng)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(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，存在差距的原因有以下幾個(gè)方面： （1）在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(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(dòng)態(tài)中 m如何變化還沒有深入研究，但肯定不會(huì)恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)性能。 （2）Us = f(1 , Is)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(dòng)態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。 （3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 1 = s + ，使頻率得以與轉(zhuǎn)速

37、同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會(huì)直接給頻率造成誤差，因?yàn)樗羞@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(hào)上來了。(5-8)兩電平PWM逆變器主回路，采用雙極性調(diào)制時(shí)，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(shí)，忽略死區(qū)時(shí)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： 以直流電源中點(diǎn)為參考點(diǎn)(5-9)當(dāng)三相電壓分別為 ，如何定義三相定子電壓

38、空間矢量，和合成矢量，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: 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與定子磁鏈的關(guān)系。當(dāng)三相電壓、為正弦對(duì)稱時(shí)，寫出電壓空間矢量與定子磁鏈的表達(dá)式，畫出各自的運(yùn)動(dòng)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，或即電壓空間矢最的積分為定子磁鏈的增量。當(dāng)三相電壓為正弦對(duì)稱時(shí)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量電壓空間矢量 圖 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)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的幅值小于，空間角度任意，如何用有限的PWM

39、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(gè)基本空間電壓矢量，這六個(gè)基本空間電壓矢量將電壓空間矢量分成六個(gè)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(gè)基本空間電壓矢量分別作用一段時(shí)間等效合成期望的輸出電壓矢量。第6章 基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1 從動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以看出三相異步電動(dòng)機(jī)是什么樣的一個(gè)系統(tǒng)？答：從動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以看出三相異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)混合的多變量系統(tǒng)，2 三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括哪幾類方程？ 答：三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括：電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程。3將三相交流電機(jī)變換成兩極直流電機(jī)的物理模型要經(jīng)過的坐標(biāo)變換有哪

40、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：1) 靜止的三相坐標(biāo)(A-B-C) -旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)(d-q-0)，2) 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)(d-q) -靜止的三相坐標(biāo)(A-B-C)，3) 靜止的三相坐標(biāo)(A-B-C) -靜止的兩相坐標(biāo)() 4) 靜止的兩相坐標(biāo)()-靜止的三相坐標(biāo)(A-B-C) 5) 靜止的兩相坐標(biāo)()-旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)(d-q)，6) 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)(d-q) -靜止的兩相坐標(biāo)() 7) 直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)5 異步電動(dòng)機(jī)的等效二相模型為什么簡(jiǎn)單?答

41、：四個(gè)方程中的為0項(xiàng)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)子磁鏈定向：控制性能最好，但轉(zhuǎn)子磁鏈不易測(cè)量和控制；采用M-T坐標(biāo)系；2) 按定子磁鏈定向：定子磁鏈最容易測(cè)量和控制，但控制性能不好；采用 坐標(biāo)系。7 什么是矢量控制系統(tǒng)（VCS）?并簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動(dòng)機(jī)，那么，模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動(dòng)機(jī)。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流(代表磁動(dòng)勢(shì))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

42、控制系統(tǒng)VCS(Vector Control System) 。8 下圖為異步電動(dòng)機(jī)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(qǐng)指出它們分別表示什么變換？ 這些變換的等效原則是什么 ？w控制器AB電流控制變頻器CD等效直流電動(dòng)機(jī)模型+i*mi*tj w1i*ai*bi*Ai*Bi*CiAiBiCiaiimit反饋信號(hào)異步電動(dòng)機(jī)給定信號(hào)j 答：A 矢量旋轉(zhuǎn)逆變換 ，B 二相靜止坐標(biāo)變成三相靜止坐標(biāo)變換C 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(hào)變換成二相旋轉(zhuǎn)的互相垂直的直流信號(hào)。 等效變換的原則是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效或磁動(dòng)勢(shì)等效。9下圖為

43、異步電動(dòng)機(jī)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(qǐng)指出它們分別表示什么變換？這些變換的等效原則是什么？ABw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(hào)變換成二相旋轉(zhuǎn)的互相垂直的直流信號(hào)。其等效變換的原則是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效或磁動(dòng)勢(shì)等效。10 簡(jiǎn)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(diǎn)。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(jì)算和控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，它采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)(Band-B and控制)產(chǎn)生PWM信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性

44、能。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化處理，沒有通常的PWM信號(hào)發(fā)生器，它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)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。2) 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同點(diǎn)是：兩者都要對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制 3) 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同異點(diǎn)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(jìn)行，控制運(yùn)算比矢量變換控制簡(jiǎn)單；直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行閉環(huán)控制，準(zhǔn)確性高，動(dòng)態(tài)性好，而矢量控制則過分要求圓磁磁鏈和正弦波電

45、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(bǔ)由直接轉(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(duì)逆變器的功率開關(guān)進(jìn)行綜合控制，開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗少。11坐標(biāo)變換是矢量控制的基礎(chǔ)，試分析交流電機(jī)矢量變換的基本概念和方法。 答：將交流電機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和控制就可以大大簡(jiǎn)化。坐標(biāo)變換正是按照這條思路進(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)下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)完全一致。 交流電機(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)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

46、 A-B-C 的相序旋轉(zhuǎn)。然而，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)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(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 iA、iB 、iC，在兩相坐標(biāo)系下的、 和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流 im、it 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(jī)模型。12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(diǎn)。 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(qiáng)調(diào) Te 與r 的解耦，有利于分別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實(shí)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(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 Te 與s 砰-砰控制，避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)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(dòng)，低速性能較差，調(diào)速范圍受到限制。 （6-7）試比較轉(zhuǎn)