交流調(diào)速答案

1、1. 異步電動(dòng)機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率 Pm 中，有一部分是與轉(zhuǎn)差成正比的轉(zhuǎn)差功率 Ps ，根據(jù)對(duì) Ps 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)）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

2、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

3、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.轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠仿照直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制，但其動(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。  

4、（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。3.對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為什么調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍不大？電機(jī)機(jī)械特性越軟調(diào)速范圍越大？ 答：帶恒轉(zhuǎn)

5、矩負(fù)載工作時(shí)，普通龍型異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速時(shí)的穩(wěn)定工作范圍為0<s<sm，sm本來就不大，因此調(diào)速范圍也不大，降壓調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性變軟，但sm不變，故調(diào)速犯胃不變。 4. 簡(jiǎn)述異步電動(dòng)機(jī)在下面四種不同的電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(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） 基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械 3）  基頻以上恒壓變頻控制時(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

6、性；  答：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)矩近似與S成正比，機(jī)械特性是一段直線，s接近于1時(shí)轉(zhuǎn)矩近似與s成反比，這時(shí)，Te = f（s）是對(duì)稱于原點(diǎn)的一段雙曲線。 基頻以下電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：恒壓頻比控制的變頻機(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，特性就折回來了。而且頻率越低時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值越小，能夠滿足一般的調(diào)速要求，但低速帶載能力有些差強(qiáng)人意，須對(duì)定子壓降實(shí)行補(bǔ)償。恒Eg /1 控制是通常對(duì)恒壓頻比控制實(shí)行電壓補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到rm

7、 = Constant，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)矩的能力仍受到限制。恒 Er /1 控制可以得到和直流他勵(lì)電機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通 rm 恒定進(jìn)行控制，而且，在動(dòng)態(tài)中也盡可能保持 rm 恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標(biāo)，  基頻以上恒壓變頻控制時(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，而形狀基本不變。基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。  恒流正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：恒流機(jī)械特性的

8、線性段比較平，而最大轉(zhuǎn)矩處形狀很尖。恒流機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩值與頻率無關(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)矩與電流的平方成正比。5.轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型有電壓模型和電流模型兩種，分析兩種模型的基本原理， 比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 答： 根據(jù)定子電流和定子電壓的檢測(cè)值來估算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型是電壓模 型。采用電壓模型法，由于存在電壓積分問題，結(jié)果在低速運(yùn)行時(shí)，模型運(yùn)算困 難。 根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈， 所得出的模型是電流 模型，采用電流模型法時(shí)，由于存在一階滯后環(huán)節(jié)，在動(dòng)態(tài)過程中難以保證控制 精度。6.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

9、換模塊，請(qǐng)指出它們分別表示什么變換？（8分）這些變換的等效原則是什么（2分）？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 解：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 7.按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制 （DTC） 系統(tǒng)與磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制 （VC） 統(tǒng) 系

10、 在控制方法上有什么異同？ 答：1）轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰-砰控制器，并在 PWM 逆變器中直接用這兩個(gè)控制信號(hào)產(chǎn)生電壓的 SVPWM 波形， 從而避開了將定 子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈分量， 省去了旋轉(zhuǎn)變 換和電流控制，簡(jiǎn)化了控制器的結(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， 計(jì)算磁 鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。如果從數(shù)學(xué)模型推導(dǎo) 按 定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)復(fù)雜，但是，由于采用了砰-砰控 制，這 種復(fù)雜性對(duì)控制器并沒有影響。 3）由于采 用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)過程中，

11、可以獲得快速的 轉(zhuǎn) 矩響應(yīng)， 但必須注意限制過大的沖擊電流， 以免損壞功率 開關(guān)器件， 因此實(shí)際的轉(zhuǎn)矩響 應(yīng)的 快速性也是有限的 8.9.籠型異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)為：額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，額定頻率，定子繞組Y聯(lián)接。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得定子電阻，轉(zhuǎn)子電阻，定子自感，轉(zhuǎn)子自感，定、轉(zhuǎn)子互感，轉(zhuǎn)子參數(shù)已折合到定子側(cè)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在額定工作狀態(tài)，試求：轉(zhuǎn)子磁鏈和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的定子電流兩個(gè)分量、。解：由異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型得額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差電流矢量幅值由按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動(dòng)態(tài)模型得穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，故，解得轉(zhuǎn)子磁鏈10.對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為什么調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍不大？電動(dòng)機(jī)機(jī)械特

12、性越軟，調(diào)速范圍越大嗎？答：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，普通籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速時(shí)的穩(wěn)定工作范圍為 ，本來就不大，因此調(diào)速范圍也不大。降壓調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性變軟，但不變，故調(diào)速范圍不變。11.異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，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：在基頻以下調(diào)速，采用恒壓頻比控制，則磁通保持恒定，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩恒定，因此屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。在基頻以下調(diào)速，采用恒電壓控制，則在基頻以上隨轉(zhuǎn)速的升高，磁通將減少，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩減小，因此允許輸出功率

13、基本保持不變，屬于恒功率調(diào)速方式。恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式并不是指輸出功率或輸出轉(zhuǎn)矩恒定，而是額定電流下允許輸出的功率或允許輸出的轉(zhuǎn)矩恒定。12. 簡(jiǎn)述異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速的基本原理和異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速的五種工況指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的定子繞組與交流電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組與其他含電動(dòng)勢(shì)的電路相連接，使它們可以進(jìn)行電功率的相互傳遞。13. 同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)可分為他控式和自控式。試分析并比較兩種方法的基本特征，各自的優(yōu)缺點(diǎn)。14.在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。（1）在此系統(tǒng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值Unm*=15V時(shí),n=nN=1500 r/min;

14、電流給定信號(hào)最大值Uim*=10V時(shí),允許最大電流Idm=30A,電樞回路總電阻R=2,晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks=30 ,電動(dòng)機(jī)額定電流IN =20A ,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce =0.128V·min/r。現(xiàn)系統(tǒng)在Un*=5V ,Idl=20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=? ACR的輸出電壓Uc =?（2）當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)突然失磁(=0) , 系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象? 試分析并說明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來,則穩(wěn)定后n=? Un=? Ui*=? Ui=? Id=? Uc =? （3）該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì), 且按Mrmin準(zhǔn)則選擇參數(shù),取中頻寬h=5, 已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常

15、數(shù)Tn =0.05s ,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開環(huán)傳遞函數(shù),并計(jì)算出放大系數(shù)及各時(shí)間常數(shù)。（4）該系統(tǒng)由空載(=0)突加額定負(fù)載時(shí),電流和轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)過程波形是怎樣的?已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.05s,計(jì)算其最大動(dòng)態(tài)速降和恢復(fù)時(shí)間。1) = U*nm/nN =15/1500=0.01 Vmin/r = U*im/Idm = 10/30=0.33 V/A U*n =5 V，n=U*n/=5/0.01=500 r/min Uc=Ud0/Ks=(E+IdR)/Ks=(Cen+IdLlR)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467V2) 在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)突然失磁（=0）則電動(dòng)機(jī)無電動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后，n=0，Un=0 U*i=U*im =10， Ui=U*i =10 Id=Idm=30A Uc=Ud0/Ks=(E+IdR)/Ks=(0+30*2)/30=2 V 3) 在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：n=hTn=5*0.05=0.25sTn=0.05sKN=(h+1)/