運動控制系統(tǒng)思考題參考答案(_阮毅_陳伯時) (7)

1、第二章思考題：2-1直流電動機有哪幾種調(diào)速方法？各有哪些特點？1. 電樞回路串電阻調(diào)速特點：電樞回路的電阻增加時，理想空載轉(zhuǎn)速不變，機械特性的硬度變軟。反之機械特性的硬度變硬。2. 調(diào)節(jié)電源電壓調(diào)速特點：電動機的轉(zhuǎn)速隨著外加電源電壓的降低而下降，從而達到降速的目的。不同電源電壓下的機械特性相互平行，在調(diào)速過程中機械特性的硬度不變，比電樞回路串電阻的降壓調(diào)速具有更寬的調(diào)速范圍。3. 弱磁調(diào)速特點：電動機的轉(zhuǎn)速隨著勵磁電流的減小而升高，從而達到弱磁降速的目的。調(diào)速是在功率較小的勵磁回路進行，控制方便，能耗小，調(diào)速的平滑性也較高。2-2簡述直流 PWM 變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。IGBT，電容，續(xù)流二極

2、管，電動機。2-3直流 PWM 變換器輸出電壓的特征是什么？直流電壓2-4為什么直流PWM變換器-電動機系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？直流PWM變換器-電動機系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電動機損耗及發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；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；電力電子開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導通損耗小，當開關(guān)頻率適中時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；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。2-5在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當電動機停止不動時， 電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電流？為什么？電樞兩

3、端還有電壓，因為在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，電動機電樞兩端電壓僅取決于直流。電路中無電流，因為電動機處已斷開，構(gòu)不成通路。2-6直流PWM變換器主電路中反并聯(lián)二極管有何作用？如果二極管斷路會產(chǎn)生什么后果？反并聯(lián)二極管是續(xù)流作用。若沒有反并聯(lián)二極管，則IGBT的門極控制電壓為負時，無法完成續(xù)流，導致電動機電樞電壓不近似為零。2-7直流 PWM 變換器的開關(guān)頻率是否越高越好？為什么？不是越高越好，因為太高的話可能出現(xiàn)電容還沒充完電就IGBT關(guān)斷了，達不到需要的輸出電壓。2-8泵升電壓是怎樣產(chǎn)生的？對系統(tǒng)有何影響？如何抑制？對濾波電容充電的結(jié)果造成直流側(cè)電壓升高。過高的泵升電壓將超過電力電子器件的耐壓限制

4、值。選取電容量較大且合適的電容。2-9在晶閘管整流器-電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為什么轉(zhuǎn)速隨負載增加而降低？負載增加，負載轉(zhuǎn)矩增大，電動機轉(zhuǎn)速下降直到電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩時速度就不變了，達到穩(wěn)態(tài)。T-TL=J*dn/dt2-10靜差率和調(diào)速范圍有何關(guān)系？靜差率和機械特性硬度是一回事嗎？舉個例子。不是一回事。靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。機械特性硬度是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的降落的。是機械特性的斜率。如：變壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機械特性是相互平行的，機械特性硬度是一樣的，但是靜差率卻不同，空載轉(zhuǎn)速高的靜差率小。2-11調(diào)速范圍與靜態(tài)速降和最小靜差率之間有何關(guān)系？為什

5、么必須同時提才有意義？若只考慮一個量，其余兩個量在一個量一定的情況下另一個量就會不滿足要求。2-12 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些特點？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)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)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？特點：減小轉(zhuǎn)速降落，降低靜差率，擴大調(diào)速范圍。改變給定電壓能改變電動機轉(zhuǎn)速，因為改變給定電業(yè)會改變電壓變化值，進而改變控制電壓，然后改變輸出電壓，最后改變轉(zhuǎn)速。如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)是能夠改變轉(zhuǎn)速，因為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)會改變反饋電壓，進而改變電壓變化值，控制電壓，輸出電壓，最終改變轉(zhuǎn)速。如果測

6、速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，會造成Ce的變化，會影響轉(zhuǎn)速，被測速裝置檢測出來，再通過反饋控制的作用，減小對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。系統(tǒng)有克服這種干擾的能力。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，當積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓U=0 時，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它決定于哪些因素？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。雖然到穩(wěn)態(tài)時，只要歷史上有過，其積分就有一定的數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運行所需要的控制電壓UC。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？為什么？受影響。因為無靜差轉(zhuǎn)速

7、單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)若給定電源發(fā)生偏移或者測速發(fā)電機精度受到影響會導致轉(zhuǎn)速改變，進而反饋電壓改變，使電壓偏差為零，所以轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度會受影響。2-15在轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當下列參數(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) Kp。（2）供電電網(wǎng)電壓 Ud。（3）電樞電阻 Ra。（4）電動機勵磁電流 If。（5）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 。（1） 放大器的放大系數(shù)Kp發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因為Kp發(fā)生變化時，控制電壓Uc就會改變，然后輸出電壓Ud0就會改變，轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達到調(diào)節(jié)作用。（2） 供電電網(wǎng)電壓 Ud發(fā)生變化時系統(tǒng)有

8、調(diào)節(jié)作用，因為Ud發(fā)生變化時，會使Ks變化，進而改變輸出電壓和轉(zhuǎn)速，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達到調(diào)節(jié)作用。（3） 電樞電阻Ra發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因為Ra發(fā)生變化時，會使電樞電路總電阻變化，使得轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達到調(diào)節(jié)作用。（4） 電動機勵磁電流 If發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因為If發(fā)生變化時，使得Ce變化，轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達到調(diào)節(jié)作用。（5） 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因為發(fā)生變化時，使反饋電壓改變，改變電壓偏差進一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達到調(diào)節(jié)作用

9、。2-16（1）在轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負載變化前是增加、減少還是不變？ （2）在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負載后進入穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速n和整流裝置的輸出電壓 Ud 是增加、減少還是不變？在轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時轉(zhuǎn)速有所增大，反饋電壓增大，電壓偏差減小，控制電壓減小，晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負載變化前減小。在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負載后引起動態(tài)速降時，產(chǎn)生電壓偏差，控制電壓Uc從Uc1不斷上升，使電樞電壓也由Ud1不斷上升，從而使轉(zhuǎn)速n在下降到一定程度后又回升。達到新的穩(wěn)態(tài)時

10、，電壓偏差又恢復為零，但Uc已從Uc1上升到Uc2，使電樞電壓由Ud1上升到Ud2，以克服負載電流增加的壓降。所以轉(zhuǎn)速是不變的，輸出電壓Ud是增加的。2-17 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本特征？它能減少或消除轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差的實質(zhì)是什么？基本特征：閉環(huán)，有反饋調(diào)節(jié)作用，減小速降，降低靜差率，擴大調(diào)速范圍。實質(zhì)：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中參數(shù)變化時會影響到轉(zhuǎn)速，都會被測速裝置檢測出來，再通過反饋控制的作用，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響從而減小或消除轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差。第三章思考題：3-1 在恒流起動過程中，電樞電流能否達到最大值 Idm？為什么？答：不能達到最大值，因為在恒流升速階段，電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的擾動是電動機的反電動勢，它正

11、是一個線性漸增的斜坡擾動量，所以系統(tǒng)做不到無靜差，而是Id 略低于Idm 。3-2 由于機械原因，造成轉(zhuǎn)軸堵死，分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)。答：轉(zhuǎn)軸堵死，則n=0， 比較大,導致 比較大， 也比較大，然后輸出電壓 較大，最終可能導致電機燒壞。3-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，給定電壓 Un*不變，增加轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù) ，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓 Un 和實際轉(zhuǎn)速 n 是增加、減小還是不變？答：反饋系數(shù)增加使得 增大， 減小， 減小， 減小，輸出電壓 減小，轉(zhuǎn)速n減小，然后 會有所減小，但是由于增大了，總體還是增大的。3-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時，遇到下列情況會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（1） 電流反饋極

12、性接反。 （2）轉(zhuǎn)速極性接反。答：（1）轉(zhuǎn)速一直上升，ASR不會飽和，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)有靜差。（2）轉(zhuǎn)速上升時，電流不能維持恒值，有靜差。3-5 某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，ASR、 均采用 PI 調(diào)節(jié)器，ACR 調(diào)試中怎樣才能做到 Uim*=6V時，Idm=20A；如欲使 Un*=10V 時，n=1000rpm，應(yīng)調(diào)什么參數(shù)？答：前者應(yīng)調(diào)節(jié)，后者應(yīng)調(diào)節(jié)。3-6 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(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)Kn行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù) Ks 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：轉(zhuǎn)速n是由給定電壓決定

13、的，若要改變電動機轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)給定電壓。改變Kn和Ks不行。改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)行。若要改變電動機的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)或者。3-7 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？答：均為零。因為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時為零。各變量之間關(guān)系如下：3-8 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，若速度調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，或電流調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響如何？答：穩(wěn)態(tài)運行時有靜差，不能實現(xiàn)無靜差。穩(wěn)定性能沒有比例積分調(diào)節(jié)器作用時好。3-9 從下述五個方面來比較轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系

14、統(tǒng)和帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉 環(huán)直流調(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）抗負載擾動的性能。 （5）抗電源電壓波動的性能。答：轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性，動態(tài)限流性能，起動的快速性，抗負載擾動的性能，抗電源電壓波動的性能均優(yōu)于帶電流截止負反饋環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。3-10 根據(jù)速度調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR的作用，回答下面問題（設(shè)ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器）：（1） 雙閉環(huán)系統(tǒng)在穩(wěn)定運行中，如果電流反饋信號線斷開，系統(tǒng)仍能正常工作嗎？（2） 雙閉環(huán)系統(tǒng)在額定負載下穩(wěn)定運行時，若電動機突然失磁，最終電動機會飛車嗎？答

15、：（1）系統(tǒng)仍能正常工作，但是如果有擾動的話，系統(tǒng)就不能穩(wěn)定工作了。 （2）電動機突然失磁，轉(zhuǎn)子在原有轉(zhuǎn)速下只能產(chǎn)生較小的感應(yīng)電動勢，直流電機轉(zhuǎn)子電流急劇增加，可能飛車。第四章思考題：4-1分析直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的不可逆和可逆電路的區(qū)別。答：直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的不可逆電路電流、轉(zhuǎn)速不能夠反向，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的可逆電路電流、轉(zhuǎn)速能反向。4-2 晶閘管電路的逆變狀態(tài)在可逆系統(tǒng)中的主要用途是什么？答：晶閘管電路處于逆變狀態(tài)時，電動機處于反轉(zhuǎn)制動狀態(tài)，成為受重物拖動的發(fā)電機，將重物的位能轉(zhuǎn)化成電能，通過晶閘管裝置回饋給電網(wǎng)。4-3 V-M系統(tǒng)需要快速回饋制動時，為什么必須采用可逆線路。答：由于晶閘管

16、的單向?qū)щ娦?，對于需要電流反向的直流電動機可逆系統(tǒng)，必須使用兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)線路來實現(xiàn)可逆調(diào)速?？焖倩仞佒苿訒r，電流反向，所以需要采用可逆線路。4-4采用單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)，畫出其在整流和逆變狀態(tài)下的機械特性，并分析該種機械特性適合于何種性質(zhì)的負載。答：單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)整流和逆變狀態(tài)下的機械特性適合于拖動起重機等位能性負載。因為當>90°，Ud0為負，晶閘管裝置本身不能輸出電流，電機不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩提升重物，只有靠重物本身的重量下降，迫使電機反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反向的電動勢-E。所以適合于位能性負載。4-5晶閘管可逆系統(tǒng)中的環(huán)流產(chǎn)生的原因是什么？有哪些抑制的

17、方法？答：原因：兩組晶閘管整流裝置同時工作時，便會產(chǎn)生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流。抑制的方法：1. 消除直流平均環(huán)流可采用=配合控制，采用能更可靠地消除直流平均環(huán)流。2. 抑制瞬時脈動環(huán)流可在環(huán)流回路中串入電抗器（叫做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器）。4-6 試從電動機與電網(wǎng)的能量交換，機電能量轉(zhuǎn)換關(guān)系及電動機工作狀態(tài)和電動機電樞電流是否改變方向等方面對本組逆變和反組回饋制動列表作一比較。答：本組逆變：大部分能量通過本組回饋電網(wǎng)。電動機正向電流衰減階段，VF組工作，VF組是工作在整流狀態(tài)。電動機電樞電流不改變方向。反組回饋制動：電動機在恒減速條件下回饋制動，把屬于機械能的動能轉(zhuǎn)

18、換成電能，其中大部分通過VR逆變回饋電網(wǎng)。電動機恒值電流制動階段，VR組工作。電動機電樞電流改變方向。4-7 試分析配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)正向制動過程中各階段的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及正、反組晶閘管所處的狀態(tài)。答：在制動時，當發(fā)出信號改變控制角后，同時降低了ud0f和ud0r的幅值，一旦電機反電動勢E>|ud0f|=|ud0r|，整流組電流將被截止，逆變組才真正投入逆變工作，使電機產(chǎn)生回饋制動，將電能通過逆變組回饋電網(wǎng)。當逆變組工作時，另一組也是在等待著整流，可稱作處于“待整流狀態(tài)”。即正組晶閘管處于整流狀態(tài)，反組晶閘管處于逆變狀態(tài)。4-8邏輯無環(huán)流系統(tǒng)從高速制動到低速時需經(jīng)過幾個象限？相應(yīng)

19、電動機與晶閘管狀態(tài)如何？答：邏輯無環(huán)流系統(tǒng)從高速制動到低速時需經(jīng)過一，二兩個象限。相應(yīng)電動機與晶閘管狀態(tài)：正組逆變狀態(tài)：電動機正轉(zhuǎn)減速，VF組晶閘管工作在逆變狀態(tài)，電樞電流正向開始衰減至零；反組制動狀態(tài)：電動機繼續(xù)減速，VR組晶閘管工作在逆變狀態(tài)，電樞電流由零升至反向最大并保持恒定。4-9從系統(tǒng)組成、功用、工作原理、特性等方面比較直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的異同點。答：系統(tǒng)組成：直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)：六個二極管組成的整流器，大電容濾波，橋式PWM變換器。晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：兩組晶閘管整流裝置反向并聯(lián)。功用：直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)：電流一定連續(xù)，可使電動機四象限運行晶閘

20、管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：能靈活地控制電動機的起動，制動和升、降速。工作原理：直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)：六個二極管構(gòu)成的不可控整流器負責把電網(wǎng)提供的交流電整流成直流電，再經(jīng)過PWM變換器調(diào)節(jié)直流電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)控制電動機的正反轉(zhuǎn)。制動過程時，晶閘管整流裝置通過逆變工作狀態(tài)，把電動機的動能回饋給電網(wǎng)，在直流PWM系統(tǒng)中，它是把動能變?yōu)殡娔芑仞伒街绷鱾?cè)，但由于整流器的單向?qū)ㄐ?，電能不可能通過整流裝置送回交流電網(wǎng)，只能向濾波電容充電，產(chǎn)生泵升電壓，及通過Rb消耗電能實現(xiàn)制動。晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：當正組晶閘管VF供電，能量從電網(wǎng)通過VF輸入電動機，此時工作在第I象限的正組整流電動運行狀態(tài)；當電機需要回饋制

21、動時，反組晶閘管裝置VR工作在逆變狀態(tài)，此時為第II象限運行；如果電動機原先在第III象限反轉(zhuǎn)運行，那么它是利用反組晶閘管VR實現(xiàn)整流電動運行，利用反組晶閘管VF實現(xiàn)逆變回饋制動。特性：直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)： 1.電流一定連續(xù)；2.可使電動機四象限運行；3.電動機停止時有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)；4.低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍大；5.低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導通。晶閘管直流可逆調(diào)速系統(tǒng)：可四象限運行，電流不連續(xù)；實現(xiàn)了正組整流電動運行，反組逆變回饋制動，反組整流電動運行，正組逆變回饋發(fā)電四種狀態(tài)。習題4-1試分析提升機構(gòu)在提升重物和重物下降時，晶閘管、電

22、動機工作狀態(tài)及角的控制范圍？答：提升重物：<90°，平均整流電壓Ud0>E（E為電動機反電動勢），輸出整流電流Id，電動機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩作電動運行，提升重物，這時電能從交流電網(wǎng)經(jīng)晶閘管裝置傳送給電動機，V-M系統(tǒng)運行于第象限。重物下降：>90°，Ud0為負，晶閘管裝置本身不能輸出電流，電機不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩提升重物，只有靠重物本身的重量下降，迫使電機反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反向的電動勢-E。4-2在配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)中，為什么要控制最小逆變角和最小整流角？系統(tǒng)中如何實現(xiàn)？答：原因：為了防止出現(xiàn)“逆變顛覆” ，必須形成最小逆變角min保護。實現(xiàn)：通常取min= min=30

23、 °4-3何謂待逆變、本組逆變和它組逆變，并說明這三種狀態(tài)各出現(xiàn)在何種場合下。答：待逆變：該組晶閘管裝置在逆變角控制下等待工作，這時逆變組除環(huán)流外并未流過負載電流，也沒有能量回饋給電網(wǎng)。 本組逆變階段：電動機正向電流衰減階段，VF組工作； 它組逆變階段：電動機恒值電流制動階段，VR組工作4-4 分析配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)反向起動和制動的過程，畫出各參變量的動態(tài)波形，并說明在每個階段中ASR和ACR各起什么作用，VF和VR各處于什么狀態(tài)。答：ASR 控制轉(zhuǎn)速設(shè)置雙向輸出限幅電路以限制最大起制動電流，ACR 控制電流設(shè)置雙向輸出限幅電路以限制最小控制角min 與最小逆變角min。反向起

24、動時VF 處于整流狀態(tài)，VR處于待逆變狀態(tài)；制動時VF處于逆變狀態(tài)，VR處于待整流狀態(tài)。4-5邏輯控制無環(huán)流可逆系統(tǒng)消除環(huán)流的出發(fā)點是什么？答：可逆系統(tǒng)中一組晶閘管工作時（不論是整流工作還是逆變工作），用邏輯關(guān)系控制使另一組處于完全封鎖狀態(tài)，徹底斷開環(huán)流的通路，確保兩組晶閘管不同時工作。4-6 為什么邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的切換過程比配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)的切換過程長？這是由哪些因素造成的？答：原因：邏輯切換指令發(fā)出后并不能馬上執(zhí)行，還需經(jīng)過兩段延時時間，以確保系統(tǒng)的可靠工作。 這就是封鎖延時和開放延時。造成的因素：封鎖延時和開放延時。4-7 無環(huán)流邏輯控制器中為什么必須設(shè)置封鎖延時和開放延時？延時

25、過大或過小對系統(tǒng)有何影響？答：原因：由于主電流的實際波形是脈動的，如果脈動的主電流瞬時低于I0就立即發(fā)出零電流數(shù)字信號，實際上電流仍在連續(xù)地變化，突然封鎖觸發(fā)脈沖將產(chǎn)生逆變顛覆。 在檢測到零電流信號后等待一段時間，若仍不見主電流再超過I0 ，說明電流確已終止，再封鎖本組脈沖。封鎖延時tabl 大約需要半個到一個脈波的時間。在封鎖觸發(fā)脈沖后，已導通的晶閘管要過一段時間后才能關(guān)斷，再過一段時間才能恢復阻斷能力。如果在此以前就開放它組脈沖，仍有可能造成兩組晶閘管同時導通，產(chǎn)生環(huán)流。 開放延時時間 tdt ，一般應(yīng)大于一個波頭的時間4-8 弱磁與調(diào)壓配合控制系統(tǒng)空載起動到額定轉(zhuǎn)速以上，主電路電流和勵磁

26、電流的變化規(guī)律是什么？答：當提高Un，轉(zhuǎn)速升到額定轉(zhuǎn)速nN以上時，將根據(jù)感應(yīng)電動勢不變（E=EN）的原則，逐步減小勵磁電流給定U*if，在勵磁電流閉環(huán)控制作用下，勵磁電流If<IfN，氣隙磁通小于額定磁通N，電動機工作在弱磁狀態(tài)，實現(xiàn)基速以上的調(diào)速。第五章思考題：5-1 對于恒轉(zhuǎn)矩負載，為什么調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍不大？電動機機械特性越軟，調(diào)速范圍越大嗎？答：對于恒轉(zhuǎn)矩負載，普通籠型異步電動機降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為0<S<Sm 所以調(diào)速范圍不大。電動機機械特性越軟，調(diào)速范圍不變，因為Sm不變。5-2 異步電動機變頻調(diào)速時，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是否

27、可行？為何在基頻以下時，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保存電壓恒定？答：當異步電動機在基頻以下運行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電動機的鐵心，是一種浪費；如果磁通，又會使鐵心飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時還會因繞組過熱而損壞電動機。由此可見，最好是保持每極磁通量為額定值不變。當頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Eg使，即在基頻以下應(yīng)采用電動勢頻率比為恒值的控制方式。然而，異步電動機繞組中的電動勢是難以直接檢測與控制的。當電動勢值較高時，可忽略定子電阻和漏感壓降，而認為定子相電壓。在整個調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是不可行的。在基頻以上調(diào)速時，頻率從額定值向上升高，受到電動機絕緣耐壓和磁路飽

28、和的限制，定子電壓不能隨之升高，最多只能保持額定電壓不變，這將導致磁通與頻率成反比地降低，使得異步電動機工作在弱磁狀態(tài)。5-3 異步電動機變頻調(diào)速時，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功率還是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式？為什么？所謂恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，是否指輸出功率或轉(zhuǎn)矩恒定？若不是，那么恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？答：在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”方式；在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，輸出功率基本不變，屬于“近似的恒功率調(diào)速”方式。5-4基頻以下調(diào)速可以是恒壓頻比控制、恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式，從機械特性和系統(tǒng)實現(xiàn)兩個方面分

29、析與比較四種控制方法的優(yōu)缺點。答：恒壓頻比控制：恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。在對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，速降落越大，機械特性越軟，與直流電動機弱磁調(diào)速相似。在基頻以下運行時，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡便的優(yōu)點，但負載變化時定子壓降不同，將導致磁通改變，因此需采用定子電壓補償控制。根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以保持磁通恒定。恒定子磁通：雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變 。恒定子磁通控制的臨

30、界轉(zhuǎn)差率大于恒壓頻比控制方式。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于恒壓頻比控制方式?？刂品绞骄枰ㄗ与妷貉a償，控制要復雜一些。恒氣隙磁通：雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。保持氣隙磁通恒定： ，除了補償定子電阻壓降外，還應(yīng)補償定子漏抗壓降。與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機械特性更硬?？刂品绞骄枰ㄗ与妷貉a償，控制要復雜一些。恒轉(zhuǎn)子磁通：機械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動機一樣的線性機械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。5-5常用的交流PWM有三種控制方式，分別為SPWM、CFPWM和SVPWM，論述

31、它們的基本特征、各自的優(yōu)缺點。答：SPWM：特征：以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列。優(yōu)缺點：普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分量，減少電動機轉(zhuǎn)矩脈動，可以采用直接計算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。CFPWM：特征：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值。優(yōu)缺點：在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。精度高、響應(yīng)快，且易于實現(xiàn)。但功率開關(guān)

32、器件的開關(guān)頻率不定。SVPWM：特征：把逆變器和交流電動機視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標來控制逆變器的工作，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現(xiàn)的。優(yōu)缺點：8個基本輸出矢量，6個有效工作矢量和2個零矢量，在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個有效工作矢量只作用1次的方式，生成正6邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導致轉(zhuǎn)矩脈動。 用相鄰的2個有效工作矢量，合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。開關(guān)周期越小，旋轉(zhuǎn)磁場越接近于圓，但功率器件的開關(guān)頻率將提高。用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計算簡便。與一般的SPWM相比較，SVPWM控制方式的輸出電壓最多可提高15%。5-6分析電流滯環(huán)跟蹤PW

33、M控制中，環(huán)寬h對電流波動于開關(guān)頻率的影響。答：當環(huán)寬h選得較大時，開關(guān)頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開關(guān)頻率卻增大了。5-7三相異步電動機Y聯(lián)結(jié)，能否將中性點與直流側(cè)參考點短接？為什么？答：能。雖然直流電源中點和交流電動機中點的電位不等，但合成電壓矢量的表達式相等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點無關(guān)?？梢詫⒅行渣c與直流側(cè)參考點短接。5-8當三相異步電動機由正弦對稱電壓供電，并達到穩(wěn)態(tài)時，可以定義電壓向量U、電流向量I等，用于分析三相異步電動機的穩(wěn)定工作狀態(tài)，4.2.4節(jié)定義的空間矢量與向量有何區(qū)別？在正弦穩(wěn)態(tài)時，兩者有何聯(lián)系？答：相量是從時間域的三

34、角函數(shù)到復指數(shù)函數(shù)的映射,空間矢量是從空間域的三角函數(shù)到復指數(shù)函數(shù)的映射。相量的正弦性表現(xiàn)為時間域的正弦性,空間矢量的正弦性表現(xiàn)為空間域的正弦性。從本質(zhì)看它們都是正弦性,但從形式上看,相量的正弦性還表現(xiàn)為復數(shù)在旋轉(zhuǎn),而空間矢量的正弦性則僅表示原象在空間按正弦規(guī)律變化。當然,也有旋轉(zhuǎn)的空間矢量,但此時空間矢量的旋轉(zhuǎn)性也是由于電流在時間上按正弦規(guī)律變化而引起的,并不起因于空間矢量本身的正弦性。5-9采用SVPWM控制，用有效工作電壓矢量合成期望的輸出電壓矢量，由于期望輸出電壓矢量是連續(xù)可調(diào)的，因此，定子磁鏈矢量軌跡可以是圓，這種說法是否正確？為什么？答：實際的定子磁鏈矢量軌跡在期望的磁鏈圓周圍波動

35、。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓，但開關(guān)頻率隨之增大。由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。5-10總結(jié)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律，若設(shè)置不當，會產(chǎn)生什么影響？一般來說，正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內(nèi)環(huán)，系統(tǒng)卻能穩(wěn)定，為什么？答：控制規(guī)律：1）在 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變。2）在不同的定子電流值時，按定子電壓補償控制的電壓頻率特性關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。若 設(shè)置不當，則不能保持氣隙磁通恒定。一般來說，正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內(nèi)環(huán)，系統(tǒng)卻能穩(wěn)定，是因為

36、還設(shè)置了轉(zhuǎn)速負反饋外環(huán)。習題5-1（1）T形等效電路：簡化等效電路：（2） （3） （4）臨界轉(zhuǎn)差率： 臨界轉(zhuǎn)矩： 5-2 氣隙磁通隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速。額定電流下的電磁轉(zhuǎn)矩： Us可調(diào)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比隨著定子電壓的降低而減小。帶恒轉(zhuǎn)矩負載時，普通籠型異步電動機降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為0<S<Sm，調(diào)速范圍有限。帶風機類負載運行，穩(wěn)定運行范圍可以稍大一些0<S<1。5-3（1）忽略定子漏阻抗： （2）考慮定子漏阻抗：理想空載： 額定負載： （3）忽略定子漏阻抗的氣隙磁通要大于考慮定子漏阻抗理想空載時的氣隙磁通大于考慮定子漏阻抗額定負載時

37、氣隙磁通。忽略定子漏阻抗的 大于考慮下定子漏阻抗理想空載時的大于額定負載時的。原因：忽略定子漏阻抗時，氣隙磁通在定子每相中異步電動勢的有效值就等于定子相電壓，而考慮定子漏阻抗時的要用定子相電壓減去定子漏阻抗的壓降，所以忽略定子漏阻抗時的必然大，相應(yīng)每極氣隙磁通也大?？紤]定子漏阻抗時，理想空載時勵磁電感上的壓降只有勵磁電感產(chǎn)生，而額定負載時還有負載并在勵磁電感上，總的阻抗減小，壓降也減小，所以理想空載時的大于額定負載時的，相應(yīng)的每極氣隙磁通也大。5-4（1）理想空載： 額定負載： （2） （3）額定負載時：氣隙磁通 是由定子勵磁繞組和轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的，定子全磁通 是定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)子全

38、磁通 是轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的。 是轉(zhuǎn)子磁通在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動勢， 氣隙磁通在是定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢， 是定子全磁通在每相繞組中的感應(yīng)電動勢。5-5（1）（2）（3）（4）5-6（1）考慮低頻補償時： 不考慮低頻補償時： （2）f=5Hz，考慮補償：不考慮補償： f=2Hz，考慮補償： 不考慮補償： 5-7定子磁通恒定： 氣隙磁通恒定： 轉(zhuǎn)子磁通恒定： 若僅采用幅值補償不可行，缺少相位的補償。5-8共有8種開關(guān)狀態(tài)。(SA ,SB ,SC)=(0，0，0), (uA ,uB ,uC)=(-Ud/2,-Ud/2, -Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(1，0，0), (uA ,uB ,uC

39、)=(Ud/2,-Ud/2, -Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(1，1，0), (uA ,uB ,uC)=(Ud/2,Ud/2, -Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(0，1，0), (uA ,uB ,uC)=(-Ud/2,Ud/2, -Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(0，1，1), (uA ,uB ,uC)=(-Ud/2,Ud/2, Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(0，0，1), (uA ,uB ,uC)=(-Ud/2,-Ud/2, Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(1，0，1), (uA ,uB ,uC)=(Ud/2,-Ud/2, Ud/2) (SA ,S

40、B ,SC)=(1，1，1), (uA ,uB ,uC)=(Ud/2,Ud/2, Ud/2) 5-9交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。定義三相定子電壓空間矢量（k為待定系數(shù)）： 三相合成矢量： 5-10 忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為 當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈矢量頂端的運動軌跡呈圓形（簡稱為磁鏈圓）。定子磁鏈矢量： 定子電壓矢量： 5-11若采用電壓空間矢量PWM調(diào)制方法，若直流電壓Ud恒定，要保持恒定，只要使t1為常數(shù)即可。輸

41、出頻率越低，t越大，零矢量作用時間t0也越大，定子磁鏈矢量軌跡停留的時間越長。5-12按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，當期望輸出電壓矢量落在某個扇區(qū)內(nèi)時，就用與期望輸出電壓矢量相鄰的2個有效工作矢量等效地合成期望輸出矢量。按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，每個扇區(qū)對應(yīng)/3, 基本電壓空間矢量的線性組合構(gòu)成期望的電壓矢量。期望輸出電壓矢量與扇區(qū)起始邊的夾角。在一個開關(guān)周期 T0，u1的作用時間t1，u2的作用時間t2，合成電壓矢量5-13給定積分環(huán)節(jié)的原理與作用：由于系統(tǒng)本身沒有自動限制起動制動電流的作用，因此頻率設(shè)定必須通過給定積分算法產(chǎn)生平緩的升速或者降

42、速信號。5-14控制規(guī)律：1.轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變，且2.在不同的定子電流值時，按定子電壓補償控制的電壓頻率特性關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。控制方法：保持氣隙磁通不變，在s值較小的穩(wěn)態(tài)運行范圍內(nèi)，異步電動機的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比。在保持氣隙磁通不變的前提下，可以通過控制轉(zhuǎn)差角頻率來控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想。忽略電流相量相位變化的影響，僅采用幅值補償優(yōu)缺點：轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足平滑調(diào)速的要求，但靜、動態(tài)性能不夠理想。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制可提高靜、動態(tài)性能，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。需增加轉(zhuǎn)速傳感器、相應(yīng)的檢測電路和測速軟件等。轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)

43、差頻率控制的變壓變頻調(diào)速是基于異步電動機穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。5-15臨界轉(zhuǎn)差頻率： 最大的允許轉(zhuǎn)差頻率 起動時的定子電流和啟動轉(zhuǎn)矩：定子電壓：起動時的定子電流：起動轉(zhuǎn)矩：第六章思考題：6-1異步電動機變壓變頻調(diào)速時需要進行電壓（或電流）和頻率的協(xié)調(diào)控制，有電壓（或電流）和頻率兩種獨立的輸入變量。在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速外，磁通也是一個輸出變量。異步電動機無法單獨對磁通進行控制，電流乘磁通產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速乘磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在數(shù)學模型中含有兩個變量的乘積項。三相異步電動機三相繞組存在交叉耦合，每個繞組都有各自的電磁慣性，再考慮運動系統(tǒng)的機電慣性，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的積分關(guān)系等，動態(tài)模型是一個高階系統(tǒng)

44、。6-2異步電動機三相數(shù)學模型中存在一定的約束條件。三相變量中只有兩相是獨立的，因此三相原始數(shù)學模型并不是物理對象最簡潔的描述。完全可以而且也有必要用兩相模型代替。兩相模型相差90°才能切割d軸最大地產(chǎn)生磁通，產(chǎn)生電動勢。相差180°不行，無法切割d軸產(chǎn)生磁通。6-3三相繞組可以用相互獨立的兩相正交對稱繞組等效代替，等效的原則是產(chǎn)生的磁動勢相等。功率相等不是變換的必要條件?？梢圆捎迷褦?shù)相等的交換原則。變換前后的功率不相等。6-4旋轉(zhuǎn)變換的等效原則是磁動勢相等。因為當磁動勢矢量幅值恒定、勻速旋轉(zhuǎn)時，在靜止繞組中通入正弦對稱的交流電流，同步旋轉(zhuǎn)坐標系以與磁動勢矢量轉(zhuǎn)速相同的轉(zhuǎn)速

45、旋轉(zhuǎn)，如果站在d軸上看，就是兩個通入直流而相互垂直的靜止繞組，所以同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的電流是直流電流。如果坐標系的旋轉(zhuǎn)速度大于或者小于磁動勢矢量的旋轉(zhuǎn)速度時，繞組中的電流是交流量。6-5坐標變換的優(yōu)點：與三相原始模型相比，3/2變換減少了狀態(tài)變量的維數(shù)，簡化了定子和轉(zhuǎn)子的自感矩陣。旋轉(zhuǎn)變換改變了定、轉(zhuǎn)子繞組間的耦合關(guān)系，將相對運動的定、轉(zhuǎn)子繞組用相對靜止的等效繞組來代替，消除了定、轉(zhuǎn)子繞組間夾角對磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響。將非線性變參數(shù)的磁鏈方程轉(zhuǎn)化為線性定常的方程，但卻加劇了電壓方程中的非線性耦合程度，將矛盾從磁鏈方程轉(zhuǎn)移到電壓方程中來了，并沒有改變對象的非線性耦合性質(zhì)。6-6矢量控制系統(tǒng)的基本工作原

46、理：通過坐標變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標系中，得到等效的直流電動機模型。仿照直流電動機的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標系中的控制量反變換得到三相坐標系的對應(yīng)量，以實施控制通過按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分解為勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積，實現(xiàn)了定子電流兩個分量的解耦。在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標系中的異步電動機數(shù)學模型與直流電動機動態(tài)模型相當。6-7計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型：基本原理：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。優(yōu)缺點：需要實測的電流和轉(zhuǎn)速信號，不

47、論轉(zhuǎn)速高低時都能適用。受電動機參數(shù)變化的影響。電動機溫升和頻率變化都會影響轉(zhuǎn)子電阻，磁飽和程度將影響電感。這些影響都將導致磁鏈幅值與位置信號失真，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，這是電流模型的不足之處。計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型：基本原理：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。優(yōu)缺點：電壓模型包含純積分項，積分的初始值和累積誤差都影響計算結(jié)果，在低速時，定子電阻壓降變化的影響也較大。電壓模型更適合于中、高速范圍，而電流模型能適應(yīng)低速。有時為了提高準確度，把兩種模型結(jié)合起來。6-8直接定向：根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈的實際值進行控制的方法稱作直接定向。優(yōu)缺點

48、：轉(zhuǎn)子磁鏈的直接檢測比較困難，多采用按模型計算的方法。間接定向：利用給定值間接計算轉(zhuǎn)子磁鏈的位置，可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種方法稱為間接定向。優(yōu)缺點：用定子電流轉(zhuǎn)矩分量和轉(zhuǎn)子磁鏈計算轉(zhuǎn)差頻率給定信號將轉(zhuǎn)差頻率給定信號加上實際轉(zhuǎn)速，得到坐標系的旋轉(zhuǎn)角速度，經(jīng)積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生矢量變換角。定子電流勵磁分量給定信號和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號之間的關(guān)系是靠式建立的，比例微分環(huán)節(jié)在動態(tài)中獲得強迫勵磁效應(yīng)，從而克服實際磁通的滯后。磁鏈定向的精度受轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響。6-9矢量控制系統(tǒng)通過電流閉環(huán)控制，實現(xiàn)定子電流的兩個分量的解耦，進一步實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的解耦，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

49、圍。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向受電動機轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)采用雙位式控制，根據(jù)定子磁鏈幅值偏差、電磁轉(zhuǎn)矩偏差的符號以及期望電磁轉(zhuǎn)矩的極性，再依據(jù)當前定子磁鏈矢量所在的位置，直接產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號，避開了旋轉(zhuǎn)坐標變換，簡化了控制結(jié)構(gòu)。不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，影響低速性能，調(diào)速范圍受到限制。6-106個有效工作電壓空間矢量，將產(chǎn)生不同的磁鏈增量。由于六個電壓矢量的方向不同，有的電壓作用后會使磁鏈幅值增大，另一些電壓作用則使磁鏈幅值減小，磁鏈的空間矢量位置也都有相應(yīng)變化。選擇電壓空間矢量的規(guī)則：d軸分量usd為“+”時，定子磁鏈幅值加大； 為“-”時，定子磁鏈幅值減??；為“0

50、”時，定子磁鏈幅值維持不變。q軸分量usq為“+”時，定子磁鏈矢量正向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)差頻率增大，電流轉(zhuǎn)矩分量和電磁轉(zhuǎn)矩加大為“-”時，定子磁鏈矢量反向旋轉(zhuǎn)，電流轉(zhuǎn)矩分量急劇變負，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩；為“0”時，定子磁鏈矢量停在原地，轉(zhuǎn)差頻率為負，電流轉(zhuǎn)矩分量和電磁轉(zhuǎn)矩減小。轉(zhuǎn)矩脈動的原因：由于采用雙位式控制，實際轉(zhuǎn)矩必然在上下限內(nèi)脈動；抑制轉(zhuǎn)矩脈動的方法：對磁鏈偏差和轉(zhuǎn)矩偏差實行細化，使磁鏈軌跡接近圓形，減少轉(zhuǎn)矩脈動。6-11帶有滯環(huán)的雙位式控制器優(yōu)缺點：轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式控制器，并在PWM逆變器中直接用這兩個控制信號產(chǎn)生輸出電壓，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)。由于采用雙位式控制，

51、實際轉(zhuǎn)矩必然在上下限內(nèi)脈動。6-12直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)需采用兩相靜止坐標計算定子磁鏈，而避開旋轉(zhuǎn)坐標變換。定子磁鏈計算模型：，這是一個電壓模型，適合于以中高速運行的系統(tǒng)，在低速時的誤差較大，甚至無法應(yīng)用。必要時，只好在低速時切換到電流模型，但這時上述能提高魯棒性的優(yōu)點就不得不丟棄了。轉(zhuǎn)矩計算模型：由于磁鏈計算采用了帶積分環(huán)節(jié)的電壓模型，積分初值、累積誤差和定子電阻的變化都會影響磁鏈計算的準確度。6-13矢量控制系統(tǒng)的控制方法： 轉(zhuǎn)子磁鏈可以閉環(huán)控制也可以開環(huán)控制，轉(zhuǎn)矩連續(xù)控制，電流閉環(huán)控制。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制方法：定子磁鏈閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)矩雙位式控制，電流無閉環(huán)控制。習題6-1 兩相電流空間互差90°，三相電流空間互差120°電角度。兩相電流幅值是三相電流的倍。6-2 6-3按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)坐標系中狀態(tài)方程為：坐標系旋轉(zhuǎn)角速度：假定電流閉環(huán)控制性能足夠好，電流閉環(huán)控制的等效傳遞函數(shù)為慣性環(huán)節(jié)：穩(wěn)定性：轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)節(jié)為穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可