電氣工程作業(yè)

1、黑龍江省專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)教育知識(shí)更新培訓(xùn)電氣工程專業(yè)2013年作業(yè)說明： 初級(jí)職稱學(xué)員“專業(yè)課作業(yè)一”為填空題 1-61-6 題；“專業(yè)課作業(yè)二”為問答題 1-31-3 題 中、高級(jí)職稱學(xué)員“專業(yè)課作業(yè)”為問答題全部；同時(shí)提交 30003000 字左右“學(xué)習(xí)心得”所有學(xué)員均需按要求提交“公需課作業(yè)”。作業(yè)提交時(shí)間：以網(wǎng)站通知為準(zhǔn)。一填空：1 1、常見的交流調(diào)速方法有： （降電壓調(diào)速）（轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速 ）（轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 ）（繞線 電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速 ）（變極對(duì)數(shù)調(diào)速 ）（變壓變頻調(diào)速 ）。2 2、按照交流異步電機(jī)的原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分成兩部分：一部分是（拖動(dòng)負(fù)載的有效功率

2、 ），稱作（ 機(jī)械功率 ）；另一部分是（ 傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與 轉(zhuǎn)差率 S S 成正比）。3 3、 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，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) ）；（轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng) ）；（轉(zhuǎn) 差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) ）。4 4、 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成（ 熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中 ）。在恒 轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，該調(diào)速系統(tǒng)是以增加（ 轉(zhuǎn)差功能 ）的消耗來換?。?轉(zhuǎn)速 ）降低的。屬于這 一類的三種調(diào)速方法有：（降電壓調(diào)速）（轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速 ）（轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 ）。5 5、 在轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子

3、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 ）；屬于這一類的調(diào)速方法是（ 繞線 轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速和雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速 ）。6 6、 在轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(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）; ; 屬于此類的調(diào)速方法有（ 變極對(duì)數(shù)調(diào)速 ）和（ 變 壓變頻調(diào)速 ）這兩種。二：問題答1 1、 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 0 0 s ssm,smsm,sm 本來就

4、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smsm 不變，故調(diào)速范圍不變。2 2、 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是 否可行？為何在基頻以下時(shí)，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？ 答：因?yàn)槎ㄗ与妷侯l率變化時(shí)，將導(dǎo)致氣隙磁通變化，影響電動(dòng)機(jī)工作。在整個(gè)調(diào)速范 圍內(nèi)，若保持電壓恒定，則在基頻以上時(shí)，氣隙磁通將減少，電動(dòng)機(jī)將出力不足；而在 基頻以下時(shí)，氣隙磁通將增加，由于磁路飽和勵(lì)磁電流將過大，電動(dòng)機(jī)將遭到破壞。因 此保持電壓恒定不可行。在基頻以下時(shí)，若保持電壓不變，則氣隙磁通增加，由于磁路 飽和，將使勵(lì)磁電流過大，破壞電動(dòng)機(jī)，故應(yīng)保持

5、氣隙磁通不變，即保持壓頻比不變， 即采用恒壓頻比控制；而在基頻以上時(shí)，受繞組絕緣耐壓和磁路飽和的限制，電壓不能 隨之升高，故保持電壓恒定。3 3、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)矩減少，因此允許 輸出功率基本保持不變，屬于恒功率調(diào)

6、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。4 4、分析電流滯環(huán)跟蹤 PWMPWM 控制中，環(huán)寬 h h 對(duì)電流波動(dòng)與開關(guān)頻率的影響。答：電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)寬有關(guān)，當(dāng)環(huán)寬選得較大時(shí)，可降低開關(guān)頻率，但 電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻使開關(guān)頻率增 大了。這是一對(duì)矛盾的因素，實(shí)用中，應(yīng)在充分利用器件開關(guān)頻率的前提下，正確地選 擇盡可能小的環(huán)寬。5 5、按基頻以下和基頻以上分析電壓頻率協(xié)調(diào)的控制方式，畫出：（1 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 2）基頻以下電壓 - -

7、頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。（3 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 4）電壓頻率特性曲線 U=fU=f f f6 6、 在轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中需要給定積分環(huán)節(jié)，論述給定積分環(huán)節(jié)的原理和作用。 答：轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速是依據(jù)交流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，按照電壓頻率協(xié)調(diào)控制方 式來保持氣隙磁通恒定，需要電動(dòng)機(jī)運(yùn)行滿足穩(wěn)態(tài)條件要求，不能快速變化，所以要用 給定積分器限制起動(dòng)和制動(dòng)的速率。7 7、結(jié)合異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài)模型， 討論異步電動(dòng)機(jī)非線性、 強(qiáng)耦合和多變量的性質(zhì)， 并說明具體體現(xiàn)在哪些方面？答：異步電動(dòng)機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合和多變量的性質(zhì)，要獲得良好的調(diào)速性能，

8、必須從 動(dòng)態(tài)模型出發(fā)，分析異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律，研究高性能異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是兩種基于動(dòng)態(tài)模型的高性能交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制 系統(tǒng)通過矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，得到等效直流電動(dòng)機(jī)模型，然后按照直流電動(dòng)機(jī) 模型設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)；直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)矩偏差和定子磁鏈幅值偏差的符號(hào)，根據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克?在的位置，直接選取合適的定子電壓矢量，實(shí)施電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制。8 8、旋轉(zhuǎn)變換的等效原則是什么？當(dāng)磁動(dòng)勢(shì)矢量幅值恒定、勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在靜止繞組中通入正弦對(duì)稱的交流電流，而在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流為什么是直流電流？如果坐標(biāo)系 的旋轉(zhuǎn)速度大于或小于磁動(dòng)勢(shì)矢量

9、的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，繞組中的電流是交流量還是直流量？ 答：兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的突出特點(diǎn)是，當(dāng)三相ABCABC 坐標(biāo)系中的電壓和電流是交流正弦波時(shí)，變換到 dqdq 坐標(biāo)系上就成為直流。9 9、坐標(biāo)變換（ 3/23/2 變換和旋轉(zhuǎn)變換）的優(yōu)點(diǎn)何在？能否改變或減弱異步電動(dòng)機(jī)非線性、 強(qiáng)耦合和多變量的性質(zhì)？答：在三相靜止繞組 A A、B B、C C 和兩相靜止繞組、 之間的變換，或稱三相靜止坐標(biāo)系和 兩相靜止坐標(biāo)系間的變換，簡稱 3/23/2 變換，變換前后總功率不變。通過坐標(biāo)變換，可以 使之降階并化簡，不能改變其非線性、多變量的本質(zhì)。1010、論述矢量控制系統(tǒng)的基本工作原理，矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的作

10、用，等效的直流機(jī)模型，矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈控制規(guī)律。答：在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流i i A A、 i i B B、i i C C，通過三相/ /兩相變換可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流 i i、i i ，再通過同步旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系上的直流電流 imim 和 i i t t。控制使交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子總磁通r r 就是等效直流電機(jī)的磁通， 則 M M 繞組相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組， imim 相當(dāng)于勵(lì)磁電流， T T 繞組相當(dāng)于偽靜 止的電樞繞組，itit 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。模仿直流電機(jī)的控制策略，得到直 流電機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步

11、電機(jī)了?，F(xiàn)在 d d 軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较?，并稱之為 M M (MagnetizationMagnetization )軸，而 q q 軸再 逆時(shí)針轉(zhuǎn) 9090，即垂直于轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶?，稱之為 T T(TorqueTorque)軸。這樣的兩相同步旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)定為 M,M, T T 坐標(biāo)系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向(FieldField OrientationOrientation )的坐標(biāo) 系。定子電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。要實(shí)現(xiàn)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)，很關(guān)鍵的因素是要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)，以供磁 鏈反饋和除法環(huán)節(jié)的需要。開始提出矢量控制系統(tǒng)時(shí)，曾嘗試直接檢測(cè)磁鏈的方法，一

12、種是在電機(jī)槽內(nèi)埋設(shè)探測(cè)線圈，另一種是利用貼在定子內(nèi)表面的霍爾元件或其它磁敏元 件。采用間接計(jì)算的方法，即利用容易測(cè)得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號(hào)，利用轉(zhuǎn)子磁鏈模型， 實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈的幅值與相位。利用能夠?qū)崪y(cè)的物理量的不同組合，可以獲得多種轉(zhuǎn)子磁 鏈模型。1111、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

13、滯后環(huán)節(jié)，在動(dòng)態(tài)過程中難以保證控制精度。1212、討論直接定向與間接定向矢量控制系統(tǒng)的特征，比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)，磁鏈定向的精度受哪些參數(shù)的影響？答：直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)：簡稱 DTCDTC ( ( DirectDirect TorqueTorque ConCon trol)trol)系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán) 里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，矢量控制系統(tǒng)(VectorVector ControlControl SystemSystem )，進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流(代表磁動(dòng)勢(shì))的空間矢量，通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)。性能與特點(diǎn)

14、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(dòng)連續(xù)控制，比較平滑坐標(biāo)變換靜止坐標(biāo)變換，較簡單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較復(fù)雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬1313、 分析與比較按轉(zhuǎn)子磁鏈定向和按定子磁鏈定向異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的特征，指 出它們的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。答:按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 mtmt 中的數(shù)學(xué)模型與直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型完全一致。 通過坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度的選取，簡化了數(shù)學(xué)模型，通過按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分 解為勵(lì)磁分量 smismi 和轉(zhuǎn)矩分量 stisti，使轉(zhuǎn)子磁鏈 r r 書僅由定子電流勵(lì)磁分量 smismi 產(chǎn)生，而 電磁轉(zhuǎn)矩 eTeT 正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積stristri 書，實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦。而按定子磁鏈定向?qū)⒍ㄗ与妷悍纸鉃閮蓚€(gè)分量 sdusdu 和 squsqu，sdusdu 控制定子磁鏈幅值的變化 率，squsqu 控制定子磁量矢量旋轉(zhuǎn)角速度，再通過轉(zhuǎn)差頻率控制定子電流的轉(zhuǎn)矩分量 sqisqi， 最后控制轉(zhuǎn)矩。但兩者均受到定子電流兩個(gè)分量 sdisdi 和 sqisqi 的影響，使受電流擾動(dòng)的電 壓控制型。1414、 分析定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩的控制