《交流調(diào)速系統(tǒng)》課后習題答案

1、交流調(diào)速系統(tǒng)課后習題答案第5章 閉環(huán)控制的異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)5-1異步電動機從定子傳入轉(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，是評價調(diào)速 系統(tǒng)效率高低的標志。從這點出發(fā)，可以把異步電機的調(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。 在三類異步電機調(diào)速系 統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換

2、取 轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負載時）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的 應(yīng)用價值。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，繞線電機串級調(diào)速或雙饋電 機調(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。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，而且無論轉(zhuǎn)速 高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變，因此效率更高，變極對數(shù)調(diào)速、變壓變頻調(diào)速屬于此類。其中變 極對數(shù) 調(diào)速是有級的，應(yīng)用場合有限。只有變

3、壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動態(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機容量相當?shù)淖儔鹤冾l器, 相比之下，設(shè)備成本最高。5-2有一臺三相四極異步電動機，其額定容量為5.5kW，頻率為50Hz，在某一情況下運行，自定子方面輸入的功率為6.32kW，定子銅損耗為341W，轉(zhuǎn)子銅損耗為237.5W，鐵心損耗為167.5W，機械損耗為45W，附加損耗為29W，試繪出該電動機的功率流程圖，注明各 項功率或損耗的值，并計算在這一運行情況下該電動機的效率、轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速。解：.=632 “87，因為.0=晉=26050= 1500rpm，16s02375 =0.0415.8115由已

4、知條件得電磁功率為Pm =5.8115kw，所以有所以 n =no -sno =1500(1 0.041) =1439rpm5-3簡述交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點和適用場合。答：優(yōu)點：系統(tǒng)簡單、成本較低、控制容易、可靠性高、調(diào)速的平滑性較好、電氣和機械沖擊均較小、可四象限運行。缺點：1）低速功耗較大、發(fā)熱量較大、制動運行方式性能差。2）調(diào)速范圍很小，必須采用高轉(zhuǎn)子電阻電機或在轉(zhuǎn)子中串入頻敏變阻器，所以必須實行閉環(huán)控制。3）閉環(huán)交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的負載變化范圍受限于電壓Ulmin和Uimax時的機械特性，超出此范圍閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力。使用場合：適用于調(diào)速精度要求不高的場合，如：低速電梯、起重機械、

5、風機類等。5-4何謂軟起動器？交流異步電動機采用軟起動器有什么好處?答：帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動器可以限制起動電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自 動衰減下來，起動時間也短于一級降壓起動。主電路采用晶閘管交流調(diào)壓器，用連續(xù) 地改變其輸出電壓來保證恒流起動，穩(wěn)定運行時可用接觸器給晶閘管旁路， 以免晶閘管不必要地長 期工作。視起動時所帶負載的大小，起動電流可在（0.54） IsN之間調(diào)整，以獲得最佳的起動效果，但無論如何調(diào)整都不宜于滿載起動。 負載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時，可在 起動時突加短時的脈沖電流，以縮短起動時間。軟起動的功能同樣也可以用于制動，用以實現(xiàn)軟停車。第6章籠型異步電動機變壓變頻調(diào)

6、速系統(tǒng)（VVVF6-1簡述恒壓頻比控制方式。答：繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的， 當電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的 漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓 U Eg，則得這是恒壓頻比的控制方式。但是，在低頻時Us和Eg都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不能再忽略。這時，需要人為地把電壓Us抬高一些，以便近似地補償定子壓降。6-2簡述異步電動機在下面四種不同的電壓一頻率協(xié)調(diào)控制時的機械特性并進行比較; 恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性；(1)基頻以下電壓一頻率協(xié)調(diào)控制時異步電動機的機械特性;基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性；（4）恒流正弦波供電時異步電動機的機械特性；答

7、：1）恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性：當S很小時，轉(zhuǎn)矩近似與S成正比,機械特性是一段直線，S接近于1時轉(zhuǎn)矩近似與S成反比，這時,Te = f（ S）是對稱于原點的一段雙曲線。2）基頻以下電壓一頻率協(xié)調(diào)控制時異步電動機的機械特性:恒壓頻比控制的變頻機械特轉(zhuǎn)速再降低， 特性就折回來性基本上是平行下移，硬度也較好，當轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，了。而且頻率越低時最大轉(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人意，須對定子壓降實行補償。恒 Eg/叫控制是通常對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉藴?可以在穩(wěn)態(tài)時達到rm = Constant,從而改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，產(chǎn)生

8、轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。恒Er/O0i控制可以得到和直流他勵電機一樣的線性機械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通rm恒定進行控制，而且在動態(tài)中也盡可能保持 *rm恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標。3）基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性：當角頻率提高時，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機械特性上移，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。4）恒流正弦波供電時異步電動機的機械特性：恒流機械特性的線性段比較平，而最大轉(zhuǎn)矩處形狀很尖。恒流機械特性的最大轉(zhuǎn)矩值與頻率無關(guān)， 恒流變頻時最大轉(zhuǎn)矩不變，但改 變定子電流時，最大轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比。6-3如何區(qū)別交一直一交變壓變頻器是電壓源變頻器還是電流源變頻

9、器？它們在性能上有什么差異?答：根據(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)采用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，理想情況下是一個內(nèi)阻為零的恒壓源， 輸出交流電壓是矩形波或梯形波。直流環(huán)節(jié)采用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，相當于一個恒流源，輸出交流電流是矩形波或梯形波。 在性能上卻帶來了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下：1）無功能量的緩沖。在調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器的負載是異步電機，屬感性負載。在中間直流環(huán)節(jié)與負載電機之間, 除了有功功率的傳送外, 還存在無功功率的交換。 濾波器除濾 波外還起著對無功功率的緩沖作用, 使它不致影響到交流電網(wǎng)。 因此,兩類

10、逆變器的區(qū)別還 表現(xiàn)在采用什么儲能元件（電容器或電感器）來緩沖無功能量。2）能量的回饋。用電流源型逆變器給異步電機供電的電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)有一個顯著特征， 就是容易實現(xiàn)能量的回饋， 從而便于四象限運行， 適用于需要回饋制動和經(jīng) 常正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械。3）動態(tài)響應(yīng)正由于交 - 直- 交電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流電壓可以迅速改變，所以動態(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)用場合。電壓源型逆變器恒壓源電壓控制響應(yīng)慢，不易波動，所以適于做多臺電機同步運行時的供電電源, 或單臺

11、電機調(diào)速但不要求快速起制動和快速減速的場合。 采用 電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反， 不適用于多電機傳動， 但可以滿足快速起制動和可逆運行的 要求。6-4 電壓源變頻器輸出電壓是方波， 輸出電流是近似正弦波； 電流源變頻器輸出電流是 方波，輸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, 負載電動機希望得到 的是正弦波電壓還是正弦波電流？答：在交流電機中, 實際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流。 因為在交流電機繞組中只有通 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,不含脈動分量。 因此,若能對電流 實行閉

12、環(huán)控制,以保證其正弦波形,顯然將比電壓開環(huán)控制能夠獲得更好的性能。6-5采用二極管不控整流器和功率開關(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？答：具有如下優(yōu)點：1）在主電路整流和逆變兩個單元中，只有逆變單元可控，通過它同時調(diào)節(jié)電壓和頻率，結(jié)構(gòu)簡單。采用全控型的功率開關(guān)器件，只通過驅(qū)動電壓脈沖進行控制，電路也簡單， 效率高。（2）輸出電壓波形雖是一系列的 PWM波,但由于采用了恰當?shù)腜WM控制技術(shù)，正弦基波的比重較大， 影響電機運行的低次諧波受到很大的抑制， 因而轉(zhuǎn)矩脈動小， 提高了系統(tǒng)的 調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。（3）逆變器同時實現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，動態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參

13、數(shù)的影響，系 統(tǒng)的動態(tài)性能也得以提高。（4）采用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 于什么場合？為什么?答：正、反兩組按一定周期相互切換，在負載上就獲得交變的輸出電壓U0，UO的幅值決 定于各組可控整流裝置的控制角a，U0的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓是方波，一般主要用于軋機主傳動、球磨機、水泥回轉(zhuǎn)窯 等大容量、低轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)，供電給低速電機直接傳動時，可以省去龐大的齒輪減速箱。6-7交流PWM變換器和直流PWM變換器有什么異同?

14、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；而交流PWM變換器是將恒壓恒頻的交流電變換成恒定的直流 電后再電變換變壓變頻的交流電（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），而交流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）所載負荷不同：直流PWM變換器的負載是直流負載，而交流PWM變換器的負載是 交流負載。6-8請你外出時到一個變頻器廠家或變頻器專賣店索取一份任意型號的通用變頻器資料，用它與異步電動機組成一個轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比

15、控制的調(diào)速系統(tǒng)，然后說明該系統(tǒng)的工作 原理。6-9轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠仿照直流電動機雙閉環(huán)系統(tǒng)進行控制, 但是其動靜態(tài)性能卻不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，這是為什么?答：它的靜、動態(tài)性能還不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下 幾個方面:（1）在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時，是從異步電機穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的, 所謂的“保持磁通附恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動態(tài)中 *m如何變化還沒 有深入研究，但肯定不會恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能。(2) Us=f®i，ls)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

16、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 % =a S +C0，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。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測信號不準確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差, 因為所有這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上來了。6-10在轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，當轉(zhuǎn)差頻率的測量值大于或小于實際值時, 將給系統(tǒng)工作造成怎樣的影響?答：在調(diào)速過程中，實際頻率«1隨著實際轉(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。如果轉(zhuǎn)速檢測信號不準確或存在干擾，也就會直接給頻率造成 誤差，因為所有這些偏差和干擾都以正反饋

17、的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。6-11分別簡述直接矢量控制系統(tǒng)和間接矢量控制系統(tǒng)的工作原理，磁鏈定向的精度受 哪些參數(shù)的影響?答：直接矢量控制的工作原理：轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速。磁鏈給定信號由函數(shù)發(fā)生程 序獲得。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號，弱磁時它還受到磁鏈給定信號的控制。在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對控制對象的影響相當于一種擾動作用，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。間接矢量控制的工作原理：采用磁鏈開環(huán)控制，系統(tǒng)反而會簡單一些。在這種情況下, 常利用矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差公式，構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)，它繼承了基于穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn) 差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)

18、點，同時用基于動態(tài)模型的矢量控制規(guī)律克服了它的大部分不足之處。 轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的主電路采用了交-直-交電流源型變頻器，適用于數(shù)千kW的大容量裝 置，在中、小容量裝置中多采用帶電流控制的電壓源型 PWM變壓變頻器。磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號確定，靠矢量控制方程 保證，并沒有實際計算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接矢量控制。6-12試比較轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型和電流模型的運算方法及其優(yōu)缺點。答：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。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，這樣 的模型叫電壓模型。轉(zhuǎn)

19、子磁鏈模型需要實測的電流和轉(zhuǎn)速信號， 但也都受電機參數(shù)變化的影響，從而改變時 間常數(shù)Tr，磁飽和程度將影響電感Lm和Lr,從而Tr也改變。這些影響都將導致磁鏈幅值與相位信號失真，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。電壓模型只需要實測的電流和電壓信號，不需要轉(zhuǎn)速信號，且算法與轉(zhuǎn)子電阻Rr無關(guān),只與定子電阻有關(guān)它是容易測得的。與電流模型相比，電壓模型受電動機參數(shù)變化的影響較小，而且算法簡單，便于應(yīng)用。但是，由于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，低速時，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坐標變換是矢量控制的

20、基礎(chǔ)，試分析交流電機矢量變換的基本概念和方法。答：將交流電機的物理模型等效地變換成類似直流電機的模式，分析和控制就可以大大在不簡化。坐標變換正是按照這條思路進行的。在這里，不同電機模型彼此等效的原則是: 同坐標下所產(chǎn)生的磁動勢完全一致。交流電機三相對稱的靜止繞組A、B、C，通以三相平衡的正弦電流時，所產(chǎn)生的合成 磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速叫（即電流的角頻率）順著A-B-C 的相序旋轉(zhuǎn)。然而，旋轉(zhuǎn)磁動勢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)磁動勢，當然以兩相最為簡單。在三相坐標系下的iA、iB、ic，

21、在兩相坐標系下的 咕、ip和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標系下的直流im、 it是等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢。這樣通過坐標系的變換，可以找到與交流三相 繞組等效的直流電機模型。6-14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） 系統(tǒng)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 控制信號產(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，計算磁 鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影

22、響， 提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。如果從數(shù)學模型推導按 定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時復雜，但是，由于采用了砰-砰控制，這 種復雜性對控制器并沒有影響。3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負載變化的動態(tài)過程中，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，因此實際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的 快速性也是有限的。6-15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。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)強調(diào)Te與些的解耦，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)速范圍；但按 Wr定向受電動機轉(zhuǎn)子參數(shù)

23、變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。DTC系統(tǒng)則實行Te與些砰-砰控制，避開了旋轉(zhuǎn)坐標變換，簡化了控制結(jié)構(gòu)；控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；但不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，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)的特點與性能的比較。性能與特點直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)磁鏈控制定子磁鏈轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)矩控制砰-砰控制，有轉(zhuǎn)矩脈動連續(xù)控制，比較平滑坐標變換靜止坐標變換，較簡單旋轉(zhuǎn)坐標變換，較復雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無注有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬第7章繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速系統(tǒng)7-1簡述異步電動機雙饋調(diào)速的基本原理及其五種工況。答:略。7-2串級調(diào)速系統(tǒng)的原理是什么？在起動、調(diào)速、停車的

24、過程中，逆變角P是如何控制的?答:對于只用于次同步電動狀態(tài)的工況來說，比較方便的辦法是將轉(zhuǎn)子電壓先整流成直然后再引入一個附加的直流電動勢，控制此直流附加電動勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異流電壓，步電動機的轉(zhuǎn)速。但對直流附加電動勢有 2個技術(shù)要求：首先，它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿 足對電動機轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)的要求；其次，從節(jié)能的角度看，希望產(chǎn)生附加直流電動勢的裝置 能夠吸收從異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來的轉(zhuǎn)差功率并加以利用。因此，采用工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝置作為產(chǎn)生附加直流電動勢的電源， 并通過改變P角的大小調(diào)節(jié)電動 機的轉(zhuǎn)速。起動控制：控制逆變角P，使在起動開始的瞬間，整流電壓和逆變電壓的差值能產(chǎn)

25、生足 夠大的電流，以滿足所需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過允許的電流值，使電機在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩 下加速起動。調(diào)速原理：通過改變 P角的大小調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。停車：串級調(diào)速系統(tǒng)沒有制動停車功能。 只能靠減小P角逐漸減速，并依靠負載阻轉(zhuǎn)矩的 作用自由停車。7- 3串級調(diào)速系統(tǒng)的機械特性有什么特征?答：串級調(diào)速系統(tǒng)機械特性的主要特征:1）理想空載轉(zhuǎn)速：在串級調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的極對數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速都不變，同步 轉(zhuǎn)速是恒定的，但是它的理想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)。2）機械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩：串級調(diào)速時，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級調(diào)速裝置（包括 兩套整流裝置、平波電抗器、逆變變壓器等）， 實際上相當于在電動機轉(zhuǎn)

26、子回路中接入了一 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)子回路電阻的影響，異 步電動機串級調(diào)速時的機械特性比其固有特性要軟得多。當電機在最高速的特性上 90°帶額定負載，也難以達到其額定轉(zhuǎn)速。整流電路換相重疊角將加大，并產(chǎn)生強迫延遲 導通現(xiàn)象，使串級調(diào)速時的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動機在正常接線時的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。7-4串級調(diào)速系統(tǒng)的效率比轉(zhuǎn)子串電阻的效率要高的原因是什么?答：在串級調(diào)速時，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 的串級調(diào)速裝置損耗后通過轉(zhuǎn)子整流器與逆變器返回電網(wǎng)， 這部分返回電網(wǎng)的功率稱作回饋Pm (4 S) Pmech功

27、率Pf。對整個串級調(diào)速系統(tǒng)來說，它從電網(wǎng)吸收的凈有功功率應(yīng)為Pin = Pl-Pf。其效率n =二_!mechX100%Pm (1 - S)- Pmech + 邑P 十 Ptan當電動機的轉(zhuǎn)速降低時，如果負載轉(zhuǎn)矩不變，刀P和ptan都基本不變，所以對效率的影響并 不太大。當電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時，效率為n =Pm(1 - S)- Rnech"00%PmC1 - S) - Pmech 中工p而所串電阻越大（串的電阻越大，轉(zhuǎn)速才能越低）時，pcus越大，邛 也越大，因而效率n R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串級調(diào)速系統(tǒng)的起動、停車要注意些什么？分別說明

28、直接起動和間接起動的過程及 工作原理。答：在起動時必須使逆變器先電機而接上電網(wǎng)， 停車時則比電機后脫離電網(wǎng)，以防止逆 變器交流側(cè)斷電，使晶閘管無法關(guān)斷，造成逆變器的短路事故。1、間接起動的過程及工作原理：（1）先合上裝置電源總開關(guān)，使逆變器在 Pmin下等待工作。（2）然后接入起動電阻，再把電機定子回路與電網(wǎng)接通，電動機便以轉(zhuǎn)子串電阻的方式起動。（3）待起動到所設(shè)計的最低轉(zhuǎn)速時，使電動機轉(zhuǎn)子接到串級調(diào)速裝置上，同時切斷起動電阻，此后電動機就以串級調(diào)速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運行。2、直接起動的過程及工作原理:直接起動又稱串級調(diào)速方式起動。 在起動控制時讓逆變器先于電動機接通交流電網(wǎng)， 然后使

29、電動機的定子與交流電網(wǎng)接通，此時轉(zhuǎn)子呈開路狀態(tài)，可防止因電動機起動時的合閘過 電壓通過轉(zhuǎn)子回路損壞整流裝置，最后再使轉(zhuǎn)子回路與整流器接通。第8章同步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)8-1同步電動機變壓變頻調(diào)速的特點是什么？基本類型有哪些?答：同步電動機變壓變頻調(diào)速的特點是:2nf1np異步電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速的， 二者之差叫做轉(zhuǎn)差s；同步電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速1）交流電機旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速 助與定子電源頻率f1有確定的關(guān)系：1等于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差 桃=0。2）異步電動機的磁場僅靠定子供電產(chǎn)生，而同步電動機除定子磁動勢外，轉(zhuǎn)子側(cè)還有 獨立的直流勵磁，或者用永久磁鋼勵磁。3）同步電動機和異步電動機的定子

30、都有同樣的交流繞組,一般都是三相的，而轉(zhuǎn)子繞組則不同，同步電動機轉(zhuǎn)子除直流勵磁繞組（或永久磁鋼）外,還可能有自身短路的阻尼繞組。4）異步電動機的氣隙是均勻的，而同步電動機則有隱極與凸極之分，隱極式電機氣隙均勻，凸極式則不均勻，兩軸的電感系數(shù)不等，造成數(shù)學模型上的復雜性。但凸極效應(yīng)能產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，單靠凸極效應(yīng)運行的同步電動機稱作磁阻式同步電動機。5）異步電動機由于勵磁的需要，必須從電源吸取滯后的無功電流，空載時功率因數(shù)很低。同步電動機則可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵磁電流， 改變輸入功率因數(shù)，可以滯后，也可以超前。當 cos® = 1.0時，電樞銅損最小，還可以節(jié)約變壓變頻裝置的容量。6）由于

31、同步電動機轉(zhuǎn)子有獨立勵磁，在極低的電源頻率下也能運行，因此，在同樣條件下，同步電動機的調(diào)速范圍比異步電動機更寬。7）異步電動機要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩，而同步電機只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩,同步電動機比異步電動機對轉(zhuǎn)矩擾動具有更強的承受能力，能作出更快的動態(tài)響應(yīng)。同步電動機變壓變頻調(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他控變頻同步電動機調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本類型?答：他控變頻同步電動機調(diào)速系統(tǒng)主要有下列 4種類型:1)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的同步電動機群調(diào)速系統(tǒng)2)由交-直-交電流型負載換流變壓變頻器供電的同步電動機調(diào)速系統(tǒng)3)由交-交變壓變頻器供電的大型低速同步電動機調(diào)速系

32、統(tǒng)4)按氣隙磁場定向的同步電動機矢量控制系統(tǒng)8-3在同步電動機的多變量動態(tài)數(shù)學模型中，磁鏈方程、電壓矩陣方程、轉(zhuǎn)矩方程中各項的物理意義是什么？答：1)磁鏈方程屮d屮q 屮f 屮D 屮= Lsdid +LmdIf +LmdiDLsqiq + LmqiQLmdid +Lrflf +LmdiD Lmd id + Lmdlf + LrDiDQ = Lmqiq + LgiQ式中，Lsd 等效兩相定子繞組d軸自感,Lsc= Lls+Lmd ；Lsq 等效兩相定子繞組q軸自感,Lsq= Lls+Lmq ；L|s 等效兩相定子繞組漏感;Lmd d軸定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感,相當于同步電動機原理中的C軸電樞反應(yīng)電感;Lmq q軸定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感，相當于 q軸電樞反應(yīng)電感;Lrf 勵磁繞組自感，Lrf = Llf + Lmd ；LrD d軸阻尼繞組自感，L