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1、交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案第5章。閉環(huán)控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)5-1 異步電動(dòng)機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率化中,有一部分是與轉(zhuǎn)差成正比的轉(zhuǎn)差功 率幾,根據(jù)對(duì)巴 處理方式的不同,可把交流調(diào)速系統(tǒng)分成哪兒類(lèi)?并舉例說(shuō)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(lèi)。1)轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng):這種類(lèi)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)子宙電阻調(diào)速都屬于這一類(lèi)。在三類(lèi)異步電機(jī)調(diào)速系 統(tǒng)中,這類(lèi)系統(tǒng)的效率最低,而且越到低速時(shí)效率越低,它是以

2、增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來(lái)?yè)Q取 轉(zhuǎn)速的降低的(恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí))??墒沁@類(lèi)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。2)轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng):在這類(lèi)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(guò)變流裝置饋出或饋入,轉(zhuǎn)速越低,能饋送的功率越多,繞線(xiàn)電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速屬 于這一類(lèi)。無(wú)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(lèi)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(lèi)系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損,而且無(wú)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(lèi)。其中變極對(duì) 數(shù)調(diào)速是有級(jí)的,

3、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。5-2有一臺(tái)三相四極異步電動(dòng)機(jī),其額定容量為5. 5kW,頻率為50Hz,在某一情況下運(yùn) 行,自定子方面輸入的功率為6.32 kW,定子銅損耗為34 1 W,轉(zhuǎn)子銅損耗為237. 5W,鐵心 損耗為167.5W,機(jī)械損耗為45 W,附加損耗為29W,試?yán)L出該電動(dòng)機(jī)的功率流程圖,注明各項(xiàng) 功率或損耗的值,并計(jì)算在這一運(yùn)行情況下該電動(dòng)機(jī)的效率、轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速。解:=雖L = O.87,因?yàn)閚0 = = 60x5° = 150O

4、rl)In ,6.32P 2由已知條件得電磁功率為Pln = 58115kw,所以有£ = JllZl = 0.041所 以 =i0 - Sn = 1500( I- 0.041) = 1439rpm交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案5- 3簡(jiǎn)述交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合。答:優(yōu)點(diǎn):系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jī)械 沖擊均較小、可四象限運(yùn)行。4 缺點(diǎn):1 )低速功耗較大、發(fā)熱量較大、制動(dòng)運(yùn)行方式性 能差。2)調(diào)速范禺很小,必須釆用高轉(zhuǎn)子電阻電機(jī)或在轉(zhuǎn)子中串入頻敬變阻器,所以必須 實(shí)行閉環(huán)控制。3)閉環(huán)交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)載變化范圍受限于電壓Smin和S

5、nBX時(shí)的機(jī) 械特性,超出此范圉閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力。使用場(chǎng)合:適用于調(diào)速精度要求不高的場(chǎng)合,如:低速電梯、起重機(jī)械、風(fēng)機(jī)類(lèi)等。5- 4何謂軟起動(dòng)器?交流異步電動(dòng)機(jī)采用軟起動(dòng)器有什么好處?答:帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值,直到轉(zhuǎn)速升高后電 流自 動(dòng)衰減下來(lái),起動(dòng)時(shí)間也短于一級(jí)降壓起動(dòng)。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(lái)保證恒流起動(dòng),穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可用接觸器給晶閘管旁路,以免晶閘管不必 要地長(zhǎng)期工作。視起動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小,起動(dòng)電流可在(0.54)人N之間調(diào)整,以獲得 最佳的起動(dòng)效果,但無(wú)論如何調(diào)整都不宜于滿(mǎn)載起動(dòng)。負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時(shí),可在 起

6、動(dòng)時(shí)突加短時(shí)的脈沖電流,以縮短起動(dòng)時(shí)間。軟起動(dòng)的功能同樣也可以用于制動(dòng),用以實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)。第6章?;\型異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)(VVVF)6- 1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,肖電動(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U嚴(yán)Efs,則得2 =常值J1這是恒壓頻比的控制方式。但是,在低頻時(shí)/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(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。6-2簡(jiǎn)述異步電動(dòng)機(jī)在下面四種不同的電壓一頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)的機(jī)械特性并進(jìn)行比較;交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案(1)恒壓恒頻正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)

7、機(jī)的機(jī)械特性;(2 )基頻以下電壓一頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性;(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)械特性;答: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: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(xiàn),s接近于1時(shí)轉(zhuǎn)矩近似與S成反比,這時(shí),Te= f(5)是對(duì)稱(chēng)于原點(diǎn)的 一段雙曲線(xiàn)。2)基頻以下電壓一頻率協(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(lái) To而且頻率越低時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值越小,能夠滿(mǎn)足一般的調(diào)速要求,但低速帶載能力有些差強(qiáng) 人意

8、,須對(duì)定子壓降實(shí)行補(bǔ)償。恒El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)到血M = COnStant ,從而改善了低速性能,但機(jī)械特性還是非線(xiàn)性的, 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。恒Erl控制可以得到和直流他勵(lì)電機(jī)一樣的線(xiàn)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0,”恒定是矢量控制系統(tǒng)的 口標(biāo)。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: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?;l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(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性:恒流機(jī)械特性的線(xiàn)性段比較平,而最大轉(zhuǎn) 矩處形狀很尖。

9、恒流機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩值與頻率無(wú)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。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器?它們?cè)谛阅?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(gè)內(nèi)阻為零的恒圧源,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(dāng)于一個(gè)恒流源,輸出交流電流是矩形波或梯形波。在性能上卻帶來(lái)了明顯的差 異,主要表現(xiàn)如下:(1)無(wú)功能量的緩沖。在調(diào)速系統(tǒng)中,逆變器的負(fù)載是異步電

10、機(jī),屬感性負(fù)載。在中間交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案直流環(huán)節(jié)與負(fù)載電機(jī)之間,除了有功功率的傳送外,還存在無(wú)功功率的交換。濾波器除濾波 外還起著對(duì)無(wú)功功率的緩沖作用,使它不致影響到交流電網(wǎng)。因此,兩類(lèi)逆變器的區(qū)別還表現(xiàn) 在釆用什么儲(chǔ)能元件(電容器或電感器)來(lái)緩沖無(wú)功能量。(2)能量的回饋。用電流源型逆變器給異步電機(jī)供電的電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)有一 個(gè)顯著特征,就是容易實(shí)現(xiàn)能量的回饋,從而便于四象限運(yùn)行,適用于需要回饋制動(dòng)和經(jīng)常 正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)正山于交-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(dòng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)就慢得多。(4)輸

11、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(chǎng)合。電壓源型逆變器恒壓源電壓控制響應(yīng)慢,不易波動(dòng),所以適于做多臺(tái) 電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源,或單臺(tái)電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動(dòng)和快速減速的場(chǎng)合。采用 電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反,不適用于多電機(jī)傳動(dòng),但可以滿(mǎn)足快速起制動(dòng)和可逆運(yùn)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(fù)載電動(dòng)機(jī)希望得 到的是正弦波電壓還是正弦波

12、電流?答:在交流電機(jī)中,實(shí)際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流。因?yàn)樵诮涣麟姍C(jī)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(dòng)分量。因此,若能對(duì)電流實(shí) 行閉環(huán)控制,以保證其正弦波形,顯然將比電壓開(kāi)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(kāi)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(diǎn)?答:具有如下優(yōu)點(diǎn):(1 )在主電路整流和逆變兩個(gè)單元中,只有逆變單元可控,通過(guò)它同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。釆用全控型的功率開(kāi)關(guān)器件,只通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓脈沖進(jìn)行控制,電路也簡(jiǎn)單,效率 咼。(2)輸出電壓波形雖是一系列的PWM波,但由于采用了恰當(dāng)?shù)腜wM控制技

13、術(shù),正弦 基波的比重較大,影響電機(jī)運(yùn)行的低次諧波受到很大的抑制,因而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻,動(dòng)態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響,系交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案統(tǒng)的動(dòng)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如何改變山晶閘管組成的交一交變壓變頻器的輸出電圧和頻率?這種變頻器適用 于什么場(chǎng)合?為什么?答:正、反兩組按一定周期相互切換,在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓“(),“°的幅值決定 于各組可控整流裝置的控制角 , “°的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換

14、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(jī)主傳動(dòng)、球磨機(jī)、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(jī)直接傳動(dòng)時(shí),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?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/D C),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)幅乂調(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PWlVI變換器輸出的電壓波形是等幅不等寬的脈沖波形

15、(其平均值為正弦波)。3)所載負(fù)荷不同:直流PWM變換器的負(fù)載是直流負(fù)載,而交流PWM變換器的負(fù)載是交 流負(fù)載。6 -8請(qǐng)你外出時(shí)到一個(gè)變頻器廠家或變頻器專(zhuān)賣(mài)店索取一份任意型號(hào)的通用變頻器資 料,用它與異步電動(dòng)機(jī)組成一個(gè)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng),然后說(shuō)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(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 兒個(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

16、“保持磁通血恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動(dòng)態(tài)中血如何變化還沒(méi) 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(l9Is)函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值,沒(méi)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J,使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降,這本是轉(zhuǎn)差頻率交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案控制的優(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)?所有這些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無(wú)衰減地傳遞到頻率控制信號(hào)上來(lái)了。6- 10在轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率的測(cè)量值大于或小于實(shí)際值時(shí), 將給系統(tǒng)

17、工作造成怎樣的影響?答:在調(diào)速過(guò)程中,實(shí)際頻率J隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速e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(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(wú)衰減地傳遞到頻率控制信號(hào)上來(lái)了。6- 11分別簡(jiǎn)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(hào)山函數(shù)發(fā)主程 序獲得。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號(hào),弱磁時(shí)它還受到磁鏈給定信號(hào)的控制。 在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中,磁鏈對(duì)控制對(duì)象的影響相當(dāng)于一種擾動(dòng)作用,因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制,從

18、 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(kāi)環(huán)控制,系統(tǒng)反而會(huì)簡(jiǎn)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)點(diǎn),同時(shí)用基于動(dòng)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、小容量裝置中多釆用帶電流控制的電壓源型PWM變壓變頻器。磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場(chǎng)定向山磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)確定,靠矢量控制方程 保證,并沒(méi)有實(shí)際計(jì)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

19、電壓模型和電流模型的運(yùn)算方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。答:根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來(lái)訃算轉(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(dòng)勢(shì)等于磁鏈變化率的關(guān)系,取電動(dòng)勢(shì)的積分就可以得到磁鏈,這樣 的模型叫電壓模型。轉(zhuǎn)子磁鏈模型需要實(shí)測(cè)的電流和轉(zhuǎn)速信號(hào),但也都受電機(jī)參數(shù)變化的影響,從而改變時(shí) 間常數(shù)77,磁飽和程度將影響電感S和厶,從而TV也改變。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與相 位信號(hào)失真,而反饋信號(hào)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(shí)測(cè)的電流和電壓信號(hào),不需要轉(zhuǎn)速信號(hào),且算法與轉(zhuǎn)子電阻&無(wú)關(guān), 只與定子電阻有關(guān)它是容易測(cè)得的。與電流模型相比,電壓模型受電動(dòng)機(jī)參數(shù)

20、變化的影響較小,而且算法簡(jiǎn)單,便于應(yīng)用。交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案磁鏈而不是轉(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。下表列出了兩種系統(tǒng)的特點(diǎn)與性能的比較。性能與特點(diǎn)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(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換,較復(fù)雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無(wú)注有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬第7章繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)7- 1簡(jiǎn)述異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速的基本原理及其五種匸況。答:略。7- 2串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理是什么?在起動(dòng)、調(diào)速、停車(chē)的過(guò)程中,逆變角“是如何 控制的?答:對(duì)于只

21、用于次同步電動(dòng)狀態(tài)的工況來(lái)說(shuō),比較方便的辦法是將轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流 電壓,然后再引入一個(gè)附加的直流電動(dòng)勢(shì),控制此直流附加電動(dòng)勢(shì)的幅值,就可以調(diào)節(jié)異步電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但對(duì)直流附加電動(dòng)勢(shì)有2個(gè)技術(shù)要求:首先,它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的,以滿(mǎn)足對(duì) 電動(dòng)機(jī)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(dòng)勢(shì)的裝置能夠吸 收從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來(lái)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(dòng)勢(shì)的電源,并通過(guò)改變角的大小調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速。起動(dòng)控制:控制逆變角0,使在起動(dòng)開(kāi)始的瞬間,整流電壓和逆變電壓的差值能產(chǎn)生足夠 大的電流,以滿(mǎn)足所需的電磁轉(zhuǎn)矩,

22、但乂不超過(guò)允許的電流值,使電機(jī)在一定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩下加 速起動(dòng)。調(diào)速原理:通過(guò)改變0角的大小調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。停車(chē):串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)沒(méi)有制動(dòng)停車(chē)功能。只能鼎減小0角逐漸減速,并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的 作用自由停車(chē)。7- 3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性有什么特征?答:串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的主要特征:1)理想空載轉(zhuǎn)速:在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中,電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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)。交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案2)機(jī)械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩:串級(jí)調(diào)速時(shí),轉(zhuǎn)子回路中接入了審級(jí)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(shí)際上相當(dāng)于在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入了一定數(shù) 量

23、的等效電阻和電抗,它們的影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。山于轉(zhuǎn)子回路電阻的影響,異步電 動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性比其固有特性要軟得多。當(dāng)電機(jī)在最高速的特性上(B二90。) 帶額定負(fù)載,也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。整流電路換相重疊角將加大,并產(chǎn)生強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn) 象,使串級(jí)調(diào)速時(shí)的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)機(jī)在正常接線(xiàn)時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。7- 4串級(jí)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(jí)調(diào)速時(shí),轉(zhuǎn)差功率未被全部消耗掉,而是扣除了轉(zhuǎn)子銅損、朵散損耗和附加的 串級(jí)調(diào)速裝置損耗后通過(guò)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(chēng)作回饋功 率Pf。對(duì)整個(gè)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō),它從電網(wǎng)吸收的凈有功功率

24、應(yīng)為Pin =Pl- Pfo其效率為Pn(1一$)-PnWeh +功 + Pgn×100%當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí),如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變,p和PG都基本不變,所以對(duì)效率的影響并不 太大。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路吊電阻調(diào)速時(shí),效率為xl00%Pm(I-S)-PmCCh + 勿而所串電阻越大(吊的電阻越大,轉(zhuǎn)速才能越低)時(shí),"CUS越大2P也越大,因而效率中越 低,兒乎是隨著轉(zhuǎn)速的降低而成比例地減少。7- 5 略。7-6串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)、停車(chē)要注意些什么?分別說(shuō)明直接起動(dòng)和間接起動(dòng)的過(guò)程 及工作原理。答:在起動(dòng)時(shí)必須使逆變器先電機(jī)而接上電網(wǎng),停車(chē)時(shí)則比電機(jī)后脫離電網(wǎng),以防止逆 變器交流側(cè)斷電

25、,使晶閘管無(wú)法關(guān)斷,造成逆變器的短路事故。1、間接起動(dòng)的過(guò)程及工作原理:(1 )先合上裝置電源總開(kāi)關(guān),使逆變器在0min下等待工作。(2)然后接入起動(dòng)電阻,再把電機(jī)定子回路與電網(wǎng)接通,電動(dòng)機(jī)便以轉(zhuǎn)子吊電阻的方式 起動(dòng)。(3)待起動(dòng)到所設(shè)計(jì)的最低轉(zhuǎn)速時(shí),使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子接到串級(jí)調(diào)速裝置上,同時(shí)切斷起動(dòng)電 阻,此后電動(dòng)機(jī)就以串級(jí)調(diào)速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。2、直接起動(dòng)的過(guò)程及工作原理:交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案直接起動(dòng)乂稱(chēng)串級(jí)調(diào)速方式起動(dòng)。在起動(dòng)控制時(shí)讓逆變器先于電動(dòng)機(jī)接通交流電網(wǎng),然 后使電動(dòng)機(jī)的定子與交流電網(wǎng)接通,此時(shí)轉(zhuǎn)子呈開(kāi)路狀態(tài),可防止因電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的合閘過(guò) 電壓通過(guò)轉(zhuǎn)子回路損壞整流裝置

26、,最后再使轉(zhuǎn)子回路與整流器接通。第8章同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)8- 1同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的特點(diǎn)是什么?基本類(lèi)型有哪些?答:同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的特點(diǎn)是:1)交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速。與定子電源頻率/1有確定的關(guān)系:©=乎異步電動(dòng)機(jī)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)差同步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)差 = Oo2)異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)僅靠定子供電產(chǎn)生,而同步電動(dòng)機(jī)除定子磁動(dòng)勢(shì)外,轉(zhuǎn)子側(cè)還有獨(dú) 立的直流勵(lì)磁,或者用永久磁鋼勵(lì)磁。3)同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的定子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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子除直流勵(lì)磁繞組(或永久磁鋼)外,還可能有

27、自身短路的阻尼繞組。4)異步電動(dòng)機(jī)的氣隙是均勻的,而同步電動(dòng)機(jī)則有隱極與凸極之分,隱極式電機(jī)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(xué)模型上的復(fù)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(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)稱(chēng)作磁阻式同步電動(dòng)機(jī)。5)異步電動(dòng)機(jī)山于勵(lì)磁的需要,必須從電源吸取滯后的無(wú)功電流,空載時(shí)功率因數(shù)很低。 同步電動(dòng)機(jī)則可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵(lì)磁電流,改變輸入功率因數(shù),可以滯后,也可以超前。 當(dāng) cos。=1.0時(shí),電樞銅損最小,還可以節(jié)約變壓變頻裝置的容量。6)山于同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有獨(dú)立勵(lì)磁,在極低的電源頻率下也能運(yùn)行,因此,在同樣條件 下,同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圉比異步電動(dòng)機(jī)更寬。7

28、)異步電動(dòng)機(jī)要靠加大轉(zhuǎn)差才能提高轉(zhuǎn)矩,而同步電機(jī)只須加大功角就能增大轉(zhuǎn)矩, 同步電動(dòng)機(jī)比異步電動(dòng)機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)具有更強(qiáng)的承受能力,能作出更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。同步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本類(lèi)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(lèi)。8- 2他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本類(lèi)型?答:他控變頻同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要有下列4種類(lèi)型:1)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制的同步電動(dòng)機(jī)群調(diào)速系統(tǒng)2)Ih交-直-交電流型負(fù)載換流變壓變頻器供電的同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案3 )山交一交變壓變頻器供電的大型低速同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)4)按氣隙磁場(chǎng)定向的同步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)8- 3在同步電動(dòng)機(jī)的多變量動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型中

29、,磁鏈方程、電壓矩陣方程、轉(zhuǎn)矩方程中 各項(xiàng)的物理意義是什么?答:1 )磁鏈方程 必=LJd + LmJi + Lmk0q =Aq +An JQf = LnJd + Lrftf + LmJDWD= Lmjd + Lmd4 + LrDiD屮Q = Lmqiq + 厶 QiQ式中ZSd-等效兩相定子繞組d軸自感,厶Sd=厶Is+厶ITld ;Sq等效兩相定子繞組Q軸自感,厶Sq= Ll s+ Lmel ;LiS 一等效兩相定子繞組漏感; /軸定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感,相當(dāng)于同步電動(dòng)機(jī)原理中的“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(dāng)于q軸電樞反應(yīng)電感;厶rf 勵(lì)磁繞組自感,LPf =Zqf + Lmd;LrD一d軸阻尼繞組冃感rD=厶ID +'md ;LrQ 軸阻尼繞組自感,PQ q + Lm Q o2)電壓矩陣方程:LmdPLmdp叫& + S

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