湘潭大學運動控制系統(tǒng)試題庫

1、目錄 直流調速系統(tǒng)復習 P4 交流調速系統(tǒng)回憶 P9 交流異步電動機變頻調速的理論根底 P13 交流異步電動機矢量變換控制 P17 交流異步電動機直接轉矩控制 P20 PWM和SPWM P31 雙饋調速和內反響 P36 繞線轉子異步電動機串級調速系統(tǒng) P42 無速度傳感器調速系統(tǒng) P46 同步電機變頻調速系統(tǒng) P52(十一) 開關磁阻電動機調速控制技術 P56(十二) 雙定子電機調速系統(tǒng) P75(十三) 直線電機調速系統(tǒng) P82一、復習：直流調速系統(tǒng)問題1-1：電機的分類？ 發(fā)電機其他能電能直流發(fā)電機 交流發(fā)電機 電動機電能其他能 直流電動機： 有換向器直流電動機串勵、并勵、復勵、他勵無換向器

2、直流電動機又屬于一種特殊的同步電動機 交流電動機：同步電動機異步電動機：鼠籠式 繞線式 ： 伺服電機旋轉變壓器控制電機 自整角機力矩電機測速電機步進電機反響式、永磁式、混合式問題1-2：衡量調速系統(tǒng)的性能指標是哪些？ 調速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin 靜差率S=nnom/n0*100%對轉差率要求高，同時要求調速范圍大D大S小時，只能用閉環(huán)調速系統(tǒng)。 和負載匹配情況：一般要求：恒功率負載用恒功率調速，恒轉矩負載用恒轉矩調速。問題1-3：請比擬直流調速系統(tǒng)、交流調速系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并說明今后電力傳動系統(tǒng)的開展的趨勢.* 直流電機調速系統(tǒng)優(yōu)點：調速范圍廣，易于實現平滑調速，起動、制

3、動性能好，過載轉矩大，可靠性高，動態(tài)性能良好。缺點：有機械整流器和電刷，噪聲大，維護困難；換向產生火花，使用環(huán)境受限；結構復雜，容量、轉速、電壓受限。* 交流電機調速系統(tǒng)正好與直流電機調速系統(tǒng)相反優(yōu)點：異步電動機結構簡單、鞏固耐用、維護方便、造價低廉，使用環(huán)境廣，運行可靠，便于制造大容量、高轉速、高電壓電機。大量被用來拖動轉速根本不變的生產機械。缺點：調速性能比直流電機差。* 開展趨勢：用直流調速方式控制交流調速系統(tǒng)，到達與直流調速系統(tǒng)相媲美的調速性能；或采用同步電機調速系統(tǒng).問題1-4：直流電機有哪幾種？直流電機調速方法有哪些?請從調速性能、應用場合和優(yōu)缺點等方面進行比擬. 哪些是有級調速？

4、哪些是無級調速？直流電動機中常見的是有換向器直流電動機，可分為串勵、并勵、復勵、他勵四種，無換向器直流電動機屬于一種特殊的同步電動機。根據直流電機的轉速公式，調速方法有變壓調速、變電阻調速和變轉差率調速。調壓調速：調節(jié)電壓供電電壓進行調速，適應于：UUnom，基頻以下，在一定范圍內無級平滑調速。弱磁調速：無級，適用于nom，一般只能配合調壓調速方案，在基頻以上(即電動機額定轉速以上)作小范圍的升速。變電阻調速：有級調速。變轉差率調速：無級調速。問題1-5：帶有比例調節(jié)器的單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，如果轉速的反響值與給定值相等，那么調節(jié)器的輸出為 A A、零； B、大于零的定值C、小于零的定值； D、

5、保持原先的值不變問題1-6：什么是調速范圍D？什么是靜差率S，兩者的關系如何？用什么方法可以使調速系統(tǒng)滿足D大S小的控制要求？ 調速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin 靜差率S=nnom/n0*100%對轉差率要求高，同時要求調速范圍大D大S小時，只能用閉環(huán)調速系統(tǒng)。問題1-7：直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源有：旋轉變流機組G-M系統(tǒng)、靜止可控整流器V-M系統(tǒng)、 直流斬波器和脈寬調制變換器PWM。名詞解釋1-8： G-M系統(tǒng) V-M系統(tǒng) PWM PFM G-M系統(tǒng)：交流電動機拖動直流發(fā)電機G實現變流，由直流發(fā)電機給需要調速的直流電動機M供電，調節(jié)G的勵磁電流及改變其輸出電壓，從而調節(jié)

6、M的轉速。優(yōu)點：在允許轉矩范圍內四象限運行。缺點：設備多，體積大，費用高，效率低，有噪音，維護不方便。 V-M系統(tǒng)：晶閘管，工作在相位控制狀態(tài)，由晶閘管可控整流器V給需要調速直流電動機M供電，調節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流器V的輸出電壓，從而調節(jié)直流電動機M的轉速。優(yōu)點：經濟性和可靠性提高，無需另加功率放大裝置?？焖傩院茫瑒討B(tài)性能提高。缺點：只允許單向運行；元件對過電壓、過電流、過高的du/dt和di/dt十分敏感；低速時易產生電力公害：系統(tǒng)功率因數低，諧波電流大。 PWM：脈沖寬度調制(PWM)，晶閘管工作在開關狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上；晶

7、閘管關斷時，直流電源與電動機斷開；這樣通過改變晶閘管的導通時間即調占空比ton就可以調節(jié)電機電壓，從而進行調速。PWM調速系統(tǒng)優(yōu)點：系統(tǒng)低速運行平穩(wěn)，調速范圍較寬；電動機損耗和發(fā)熱較??；系統(tǒng)快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強；器件工作早開關狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率較高。PWM調速系統(tǒng)應用：中、小功率系統(tǒng) PFM脈沖頻率調制(PFM)，晶閘管工作在開關狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上；晶閘管關斷時，直流電源與電動機斷開；晶閘管的導通時間不變，只改變開關頻率f或開關周期T即調節(jié)晶閘管的關斷時間t0ff就可以調節(jié)電機電壓，從而進行調速。問題1-9：哪些是控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標、穩(wěn)定性指

8、標和動態(tài)性能指標？ 穩(wěn)態(tài)性能指標是：調速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin和靜差率S=nnom/n0*100% 穩(wěn)定性指標：柏德圖對數幅頻特性和對數幅頻特性典型型系：對數幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線，只有保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。=90° -tg-1 cT > 45°典型型系統(tǒng)：對數幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線。=180°-180°+tg-1ct-tg-1cT=tg-1ct-tg-1cT 動態(tài)性能指標分跟隨性能指標和抗擾性能指標：跟隨性能指標 上升時間：在典型的階躍響應

9、跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經過的時間有些教材定義為10%-90% 超調量：在典型的階躍響應跟隨過程中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏移量與穩(wěn)態(tài)值之比。 調節(jié)時間：又稱過度過程時間原那么上是系統(tǒng)從給定量階躍變化到輸出量完全穩(wěn)定下來的時間。一般在階躍響應曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取±5%或±2%的范圍作為允許誤差?？箶_性能指標：動態(tài)降落：在系統(tǒng)穩(wěn)定時，突加一個約定的標準的擾動量，在過度過程中引起的輸出量最大降落值?；謴蜁r間：從階躍擾動作用開始，到輸出量根本恢復穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進入某基準量的±5% 或±2%范圍之內所需的時間。問題1-10：轉速、電流雙

10、閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程特點是 、 和 。 飽和非線性控制ASR飽和，轉速環(huán)開環(huán)，恒值電流調節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；ASR不飽和，轉速環(huán)閉環(huán)，無靜差調速系統(tǒng). 準時間最優(yōu)控制：恒流升速可使起動過程盡可能最快. 轉速超調：只有轉速超調才能使ASR退飽和.問題1-11：轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速環(huán)按典型 型系統(tǒng)設計，抗擾能力 強 ，穩(wěn)態(tài) 無靜差 。電流環(huán)按典型 型系統(tǒng)設計，抗擾能力 稍差 ，超調 小 。問題1-12：無靜差調速系統(tǒng)的PI調節(jié)器中P部份的作用是DA、消除穩(wěn)態(tài)誤差； B、不能消除穩(wěn)態(tài)誤差也不能加快動態(tài)響應C、既消除穩(wěn)態(tài)誤差又加快動態(tài)響應；D、加快動態(tài)響應問題1-13：轉子位置檢測的方法有哪

11、幾種？選擇其中12種進行論述它們的工組原理和特點及其應用場合？ 自整角機(角位移傳感器，成對應用：發(fā)送機與指令軸相連，接收機與執(zhí)行軸相連) 旋轉變壓器(一種特制的兩相旋轉電機，在定子和轉子上各有兩套在空間上完全正交的繞組。當轉子旋轉時，輸出電壓與轉子角呈一定的函數關系，主要作角度傳感器)。 感應同步器(圓形感應同步器用來測角位移，用于轉臺(立式車床)的角度數字顯示和精確定位。直線式形感應同步器用來測直線位移，安裝在具有平移運動的機床上( 式車床)，用來測量刀架的位移并構成閉環(huán)系統(tǒng)。 光電編碼盤分增量式絕對式兩種增量式光電編碼盤實際是一個光電脈沖發(fā)生器和一個可逆計算器絕對式光電編碼盤那么是通過讀

12、取碼盤的圖形來表示軸的位置，碼制可選二進制、二-十進制BCD碼、和循環(huán)碼格雷碼同軸齒輪在電機位置檢測是應用較多。具體工作原理見(陳伯時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng).機械工業(yè)出版社)P154-163問題1-14：什么是檢測誤差、原理誤差和擾動誤差？哪些無法克服？哪些能克服？ 檢測誤差：由檢測產生的誤差，它取決于檢測元件本身的精度，位置隨動系統(tǒng)中常用的位置檢測元件如自整角機、旋轉變壓器、感應同步器等都有一定的精度等級，系統(tǒng)的精度不可能高于所用位置檢測元件的精度。檢測誤差是穩(wěn)態(tài)誤差的主要局部，這是系統(tǒng)無法克服的。 原理誤差：又稱系統(tǒng)誤差，它是系統(tǒng)自身的結構形式、系統(tǒng)特征參數和輸入信號的形式決定的，型系

13、統(tǒng)只對位置輸入是無靜差的隨動系統(tǒng)一階無差系統(tǒng)；型系統(tǒng)對位置輸入和速度輸入都是無靜差的隨動系統(tǒng)二階無差系統(tǒng)。 擾動誤差分負載擾動、系統(tǒng)參數變化、噪聲干擾三種。* 負載擾動恒值負載擾動和隨機性負載擾動，在抵抗負載擾動能力方面，型系統(tǒng)比型系統(tǒng)好。* 系統(tǒng)參數變化放大器零漂、元件老化、電源電壓波動等負載擾動和系統(tǒng)參數變化都作用在系統(tǒng)的前向通道上，可通過閉環(huán)予以抑制。* 噪聲干擾經檢測裝置混入系統(tǒng)，一般多為高頻成分，其頻譜與輸入信號頻譜不重疊，可濾除，但影響快速性和系統(tǒng)動態(tài)精度問題1-15：位置隨動系統(tǒng)解決的主要問題是什么？試比擬位置隨動系統(tǒng)與調速系統(tǒng)的異同。 位置隨動系統(tǒng)解決的主要問題是實現執(zhí)行機構對

14、位置指令給定量的準確跟蹤。隨動系統(tǒng)一般稱伺服系統(tǒng) 位置隨動系統(tǒng)與調速系統(tǒng)的相同點：兩者的控制原理相同，它們都是反響控制系統(tǒng)，即通過對系統(tǒng)的輸出量與給定量進行比擬，組成閉環(huán)控制。 位置隨動系統(tǒng)與調速系統(tǒng)的相異點：調速系統(tǒng)的給定量是恒值，不管外界擾動情況如何，希望輸出能夠穩(wěn)定，因此系統(tǒng)的抗擾性能顯得十分重要。位置隨動系統(tǒng)中的位置指令是經常變化的，是一個隨機變量，要求輸出量準確跟蹤給定量的變化，輸出響應的快速性、靈活性、準確性成了位置隨動系統(tǒng)的主要特征。位置隨動系統(tǒng)在結構上往往比調速系統(tǒng)復雜一些。位置隨動系統(tǒng)可以在調速系統(tǒng)的根底上增加一個位置環(huán)，位置環(huán)是位置隨動系統(tǒng)的主要結構特征。問題1-16：什么

15、是串聯校正、并聯校正和復合控制？試舉例說明它們的使用場合。 串聯校正調節(jié)器校正，采用PID校正的單位置環(huán)隨動系統(tǒng)，可以得到較高的截止頻率和對給定信號的快速響應，結構簡單。由于不使用測速機，從而排除了測速機帶來的干擾，但反過來又使摩察、間隙等非線性因素不能很好地受到抑制。負載擾動也必須通過位置環(huán)進行調節(jié)，沒有快速的電流環(huán)及時補償而使動態(tài)誤差增大。同時PID調節(jié)器是采用比例微分超前作用來對消調節(jié)對象中的大慣性，屬于串聯校正，常會因放大器的飽和而削弱微分信號的補償強度，還會因控對象參數變化而喪失零極點對消的效果。因此單位置環(huán)的隨動系統(tǒng)僅適用于負載較輕，擾動不大，非線性因素不太突出的場合。 并聯校正在

16、調速系統(tǒng)中引入被調量的微分負反響是一種很有效的并聯校正，在隨動系統(tǒng)中經常采用這種并聯校正，有助于抑制振蕩、減小超調，提高系統(tǒng)的快速性。在位置隨動系統(tǒng)中轉速微分負反響的并聯校正比轉速反響的并聯校正好，因為它不需增大K1就可以保證原有的穩(wěn)態(tài)精度，而快速性同樣可以得到一定程度的提高，只受到小時間常數及測速發(fā)電機信號中噪聲干擾的限制。 復合控制當隨動系統(tǒng)輸入信號的各階導數可以測量或者可以實時計算時，利用輸入信號的各階導數進行前饋控制構成前饋控制開環(huán)控制和反響控制閉環(huán)控制相結合的復合控制，也是一種提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)品質指標的有效途徑。二、回憶：交流調速系統(tǒng)問題2-1：交流調速技術引起人們廣泛重視的原因是

17、什么?交流電動機優(yōu)點，20世紀30年代，交流調速系統(tǒng)存在問題，70年代電子技術開展，高性能交流調速技術的不斷涌現：矢量變換控制、直接轉矩控制、無速度傳感器控制系統(tǒng)、數字化技術等，非線性解耦控制、人工神經網絡自適應控制、模糊控制等新的控制策略不斷推進。問題2-2：簡述異步電機的工作原理。三相異步電動機的定子通入對稱三相電流產生旋轉磁場 與靜止的轉子有相對運動 產生感應電動勢 轉子導體有感應電流 轉子導體帶電導體在磁場中受電磁力的作用 兩邊同時受到電磁力的作用，產生電磁力矩 轉子轉動 帶動生產機械運動。問題2-3：設異步電動機運行時，定子電流的須率為f1，試問此時定子磁勢F1、轉子磁勢F2是多少？

18、請畫出異步動電機的等效電路，并按頻率折算(折算前后磁動勢不變)和繞組折算(折算前后電機內部的電磁性能和功率不變)對相關參數進行折算，最后得出T形效電路。問題2-4：請寫出異步電動機的電磁關系。定子輸入功率： P1= Pm+ Pcu1+ Pfe定子輸入功率P1輸出功率P2效率= 定子銅耗：Pcu1=3I12R1 定子鐵耗： PFe= PFe1=3I12R1 轉子銅耗：Pcu2=3I22R2電磁功率： Pm = Pout + Pcu2 機械損耗：Ps 附加損耗： Pf軸上輸出功率： Pout = P2 + Ps + Pf 輸出功率： P2問題2-5：常用的異步電動機調速有哪些？哪些屬于轉差功率消耗

19、型？哪些屬于轉差功率不變型？哪些屬于轉差功率回饋型？ 異步電動機調速方法有：降電壓調速、繞線式異步電機轉子串電阻調速、串級調速、變極調速、變頻調速等。 降電壓調速、繞線式異步電機轉子串電阻調速屬于轉差功率消耗型 串級調速屬于轉差功率回饋型 變極調速、變頻調速屬于轉差功率不變型。問題2-6：變極調速方法對籠型與繞線式電動機是否都適用，為什么?變極調速只適合于本身具備改變極對數的籠型電動機雙速電動機、三速和四速電動機，它們可以通過改變極對數是用改變定子繞組的接線方式來完成調速，繞線式電動機一般采用轉子傳電阻或串級調速。問題2-7：采用改變電動機極對數的方法調速時，改變極對數時，是否只需改變電動機定

20、子繞組的聯結方式就可以了，還需要注意什么問題？采用改變電動機極對數的方法調速時，改變極對數時，除了需要改變電動機定子繞組的聯結方式外，還應注意保持電源的相序不變，即：要對調電源端子。如：變極前：A0 B240 C480120變極后：A0 B120 C240與變極前不一致。應對調B、C兩相，以保證變極前后的電源相序一致。問題2-8：請簡述交流異步電動機變極調速的工作原理，并說明其特點和應用場合。變極調速是通過改變定子繞組的極對數來改變旋轉磁場同步轉速進行調速的，是無附加轉差損耗的高效調速方式。改變極對數是用改變定子繞組的接線方式來完成的雙速電動機、三速和四速電動機這種改變極對數來調速的籠型電動機

21、，通常稱為多速感應電動機或變極感應電動機。 缺點：有級調速，而且調速級差大，從而限制了它的使用范圍。特點：具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；無轉差損耗，效率高；接線簡單、控制方便、價格低；有級調速，級差較大，不能獲得平滑調速；可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得較高效率的平 滑調速特性。變極調速適合于：按24檔固定調速變化的場合，不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。問題2-9：晶閘管交流調壓調速系統(tǒng)中，對觸發(fā)脈沖有何要求，為什么？晶閘管交流調壓調速系統(tǒng)中，要求用寬脈沖、雙窄脈沖或脈沖列觸發(fā)，以保證可靠換流，防止直通。晶閘管是半控器件，只需要用脈沖觸發(fā)

22、其導通，不需要控制其關斷。問題2-10：請簡述交流異步電動機定子調壓調速的工作原理，并對三種常用的調壓方法進行說明。當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉速。調壓調速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源。目前常用的調壓方式有串聯飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。晶閘管調壓方式為最正確。調壓調速的特點：調壓調速線路簡單，易實現自動控制。調壓過程中轉差功率以發(fā)熱形式消耗在轉子電阻中，效率較低。調壓調速一般適用于100KW以下的生產機械。 通過改變自耦變壓器變比，來改變電機電壓，從而進行調速。 通過改變直流勵磁電流來控制鐵心的飽和程度，改變交流電抗值，改變

23、電機電壓，實現降壓調速。飽和，交流電抗小，電機定子電壓高。 通過控制晶閘管的導通角，來調節(jié)電動機的端電壓，從而進行調速。問題2-11：在交流異步電動機變壓調速系統(tǒng)中，怎樣解決調速范圍小和機械特性軟的問題？在交流異步電動機變壓調速系統(tǒng)中，由于電動機的轉矩與電壓平方成正比，因此最大轉矩下降很多，械特性曲線軟，其調速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調速范圍，調壓調速應采用轉子電阻值大的籠型電動機，如專供調壓調速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯頻敏電阻。 為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調速在2：1以上的場合應采用反響控制以到達自動調節(jié)轉速目的。問題2-12：交流調速的主要應用領域有哪些？

24、 已普及國民經濟各部門的傳動領域： 冶金機械 軋鋼機主傳動大容量、低轉速、過載能力強，交交變頻調速取代直流調速。 高爐熱風爐鼓風機。 機車牽引：電氣機車、電動機車等不消耗汽油、不排廢氣、噪聲小，將燃油機車改電動機車。 數控機床：主傳動調速范圍寬、靜差率小、進給傳動輸出轉矩大、動態(tài)響應好、定位精度高采用交流傳動，異步電動機或同步電動機取代直流電動機。 礦井提升機：交交變頻電源供電優(yōu)良的調速性能和位置控制以獲得平穩(wěn)、平安的制動運行，消除失控現象，提高可靠性。 起重、裝卸機械：環(huán)境惡劣、頻繁迅速啟動和調速。 原子能及化工設備：使用條件惡劣要求調速范圍寬。 建筑電氣設備：空調系統(tǒng)、電梯傳動、供水系統(tǒng)等

25、。 紡織、食品機械：紡織卷繞機、肉類攪拌機等。問題2-13：請簡述自耦調壓器調速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。在交流異步電動機變壓調速系統(tǒng)中，由于電動機的轉矩與電壓平方成正比，通過改變自耦變壓器變比，來改變電機電壓，從而進行調速。自耦調壓器調速可以實現無級調速，但啟動轉矩也與電壓平方成正比，因而只能適合空載啟動或者輕載啟動。自耦調壓器調速結構簡單，但性能指標和經濟指標都不高，常用于特殊效功率場合。問題2-14：請簡述串飽和電抗器調壓調速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。在交流異步電動機變壓調速系統(tǒng)中，由于電動機的轉矩與電壓平方成正比，通過改變直流勵磁電流來控制鐵心的飽和程度，以改變串接在定子回路中的交

26、流電抗值，從而調節(jié)電機定子繞組上得到的電壓，實現降壓調速。如鐵心飽和，交流電抗小，電機定子電壓高，電機升速。反之那么電機減速。串飽和電抗器調壓調速控制簡單，但電磁裝置太笨重。問題2-15：請簡述晶閘管調壓調速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。畫出幾種晶閘管主電路的連接方法，指出他們各自的特點。在交流異步電動機變壓調速系統(tǒng)中，由于電動機的轉矩與電壓平方成正比，通過控制晶閘管的導通角，來調節(jié)電動機的端電壓，從而進行調速。優(yōu)點：維護方便，噪聲小，可以四象限運行。缺點：電網輸入電壓為正弦波，但輸出電壓不為正弦波，諧波大，功率因素低，機械特性軟。解決方法：采用閉環(huán)系統(tǒng)。 三相分支雙向控制繞組Y連接：特點：用雙

27、脈沖或者寬60°脈沖觸發(fā)晶閘管SCR，輸出含有奇次諧波，繞組Y連接。如電機繞組帶中線，可消取三次諧波電流，但仍然存在其他次諧波，產生脈動轉矩和附加損耗。與其它接法相比，此接法諧波分量最小。 三相分支雙向控制繞組連接：特點：用雙脈沖或者寬60°脈沖觸發(fā)SCR，輸出含有奇次諧波，繞組連接。有其它的高次諧波，產生脈動轉矩和附加損耗。 三相分支單向控制繞組Y連接：特點：每一相制用一個用晶閘管和一個二極管反并聯，可以降低本錢，但各相波形不對稱，輸出含有偶次諧波，降低了運行性能，所以只用于小容量裝置。 三相形雙向控制繞組連接特點：晶閘管串接在相繞組回路中，在同等容量下，晶閘管承受的電壓

28、高而電流小，適合于電機繞組連接的情況。 三相零點連接，單向控制特點：電路簡單，晶閘管放在負載后面，可以減小電網浪涌電壓對它的沖擊，但因為是單向控制奇次、偶次諧波都存在，運行效率稍低。只適合于小容量電機。問題2-16：請簡述轉差離合器調壓調速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。電磁轉差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三局部組成。 電樞和后者沒有機械聯系，都能自由轉動。 電樞與電動機轉子同軸聯接稱主動局部，由電動機帶動； 磁極用聯軸節(jié)與負載軸對接稱從動局部 當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，那么沿氣隙圓周外表將形成假設干對N、S極性交替的磁極，其磁通經過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉時，由于電樞與磁極

29、間相對運動，因而使電樞感應產生渦流，此渦流與磁通相互作用產生轉矩，帶動有磁極的轉子按同一方向旋轉，但其轉速恒低于電樞的轉速N1，這是一種轉差調速方式，變動轉差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉矩和轉速。電磁調速電動機的調速特點：裝置結構及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；調速平滑、無級調速；對電網無諧影響；速度失大、效率低。本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產機械。 問題2-17：請簡述繞線式異步電動機轉子串電阻調速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。繞線式異步電動機轉子串入附加電阻，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行，串入的電阻越大，電動機的轉速越低。此方法設

30、備簡單，控制方便，但轉差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調速，機械特性較軟。三、 交流異步電動機變頻調速的理論根底Egm =Kf1問題3-1：在電動機調速時，為什么要保持每極磁通量為額定值不變？對直流電機和交流異步電機，分別采用什么方法使電機每極的磁通恒定？異步電機的氣隙磁鏈在每相定子中的感應電動勢Eg=4.44f1N1kN1m 如果使Eg/f1=K，那么可使氣隙磁鏈保持不變，以便實現恒轉矩調速恒磁通調速。要保持直流電機的磁通恒定，因為其勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反響的補償適宜，容易做到保持磁通恒定。要保持交流異步電機的磁通恒定，必須采用恒壓頻比控制。問題3-2：交流異步電動機的恒壓頻比

31、控制有哪三種方式？試就其實現難易程度、機械特性等方面進行比擬。Eg/f1=K，氣隙磁鏈在每相定子中的感應電動勢/輸入頻率為恒值，機械特性非線性，難實現，加定子電壓補償的目標，改善低速性能。Tmax，Dnm與頻率無關，機械特性平行，硬度相同，類似于直流電動機的降壓調速，屬于恒轉矩調速。U1/f1=K，定子相電壓/輸入頻率為恒值，U1定子相電壓，機械特性非線性，易實現。f1接近額定頻率時，Tmax變化不大，f1的降低，Tmax變化較大，在低速時甚至拖不動負載。Unn0fE2/f1=K=K實際上U1/f1=常數，由于頻率很低時定子電阻損耗相對較大，U1/f1=K=KEg/f1=K=K不可忽略，故必須

32、進行定子電壓補償。E2/f1=K，轉子磁鏈在每相定子中的感應電動勢/輸入頻率為恒值，E2轉子磁鏈在每相定子中的感應電動勢忽略轉子電阻損耗Tf帶定子電壓補償的U1/f1=K轉子磁鏈恒值，機械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能好，最難實現。這是矢量控制追求的目標。mU1fnUn0nT問題3-3：交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)在基速以上和基速以下分別采用什么控制方法，磁通、轉矩、功率呈現怎樣的變化規(guī)率？并請用圖形表示。恒磁通調速基頻以下U1/f1=常數，并補償定子電阻損耗。恒功率調速基頻以上升高電源電壓時不允許的，在頻率上調時，只能保持電壓不變。 頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動機的弱磁增速。問題3-4：

33、正弦波恒流供電時交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)的機械特性有何特點？TI1a>I1b,1a>1bI1a,1bI1b,1bI1b,1a0UfnI1a,1a 與恒壓頻比控制的機械特性相似，有空載轉矩點和最大轉矩點， 恒流機械特性的最大轉矩與1無關，恒流變頻時最大轉矩不變，但改變定子電流時，最大轉矩與電流的平方成正比。 由于L1Lm，所以恒流機械特性的線性段比恒壓機械特性較平，而且最大轉矩處很尖。 恒流特性限制了定子電流I1，而恒壓供電時隨著轉速n降低電流I1會不斷增大。所以額定電流時TemaxI1=cont比額定電壓時Temaxv1=cont小得多。但這并不影響恒流控制得系統(tǒng)承當短時過載能力

34、。因為過載時加大定子電流，以產生更大得轉矩。問題3-5：交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒電流控制三種，其中恒磁通控制又稱恒轉矩控制。問題3-6：如果在交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)采用恒轉矩控制時，出現勵磁電流急劇增加的現象實際上時由于電壓補償過多，導致系統(tǒng)不能正常工作，應采取的解決方法有：適當增加定子電壓U1和在開環(huán)系統(tǒng)上加電流負反響，以便限制定子勵磁電流，實際上，變?yōu)楹戕D矩負載加恒電流控制。問題3-7：一臺異步電動機參數如下：PN3KW，U1N380V，I1N=7.5A，nN=1450rmin，電樞繞組電阻R11.5W，R20.823W。定子漏抗L1=0.003

35、8H，轉子漏抗L20.00475H，勵磁電感Lm0.0968H，勵磁電阻Rm1.49W，試計算： 在U1/f1=C 方式控制下， f1=5Hz時U1 =? 在Temax=C 方式控制下， f1=5Hz時U1 =? 在f1=5Hz時，U1/f1=C 方式控制下， Temax=? 在f1=50Hz時，U1/f1=C 方式控制下， Temax=?解： U1/f1=C 方式下，U1/f1= U1P/f1N= C 相電壓U1=f1/ f1N× U1N=(5/50) ×380/=22伏 Temax=C 方式，= f1/ f1N=(5/50)=0.1=XN/R=2f1N(L1+ L2)/

36、R1=2×3.140.0038+0.00475/ 1.5=1.778=電壓調節(jié)系數=0.257U1=U1N=0.257×220=56.5伏>22伏結論：恒轉矩控制方式下，在f1較低時提高了定子電壓。 f1=5Hz時，U1/f1=C 方式控制下，nN=1450rmin，n=1500rmin，為2對磁極電機。Temax-5=15.2牛頓.米 f1=50Hz時，U1/f1=C 方式控制下Temax-50=100.8牛頓.米結論：U1/f1=C 方式控制下，在f1較低時應補償了定子繞組壓降，以提高最大轉矩.。問題3-8：從結構上看，靜止式變頻裝置分為哪兩類？間接變頻裝置交-直

37、-交變頻直接變頻裝置交-交變頻問題3-9：什么是間接變頻？按照控制方式不同，請畫出三種間接變頻的結構圖，并說明其優(yōu)缺點先將交流經整流裝置變成直流，再經過逆變裝置變成交流，實現調壓變頻功能。 三相交流輸入經晶閘管組成的可控整流變成直流實現調壓，再由晶閘管組成的逆變器轉換成交流實現變頻。優(yōu)點：結構簡單、控制方便。缺點： 輸入環(huán)節(jié)用可控整流，電壓和頻率較低時，電網的功率因數較小。 輸出環(huán)節(jié)多由晶閘管組成的三相六拍逆變器每周換流六次，輸出的諧波較大。 三相交流輸入經二極管組成的不控整流變成直流，然后由直流斬波器實現調壓，再由晶閘管組成的逆變器將直流轉換成交流實現變頻。優(yōu)點：不控整流，輸入功率因數高，控

38、制較方便。缺點： 輸出環(huán)節(jié)多由晶閘管組成的三相六拍逆變器每周換流六次，輸出的諧波較大。 三相交流輸入經二極管組成的不控整流變成直流，然后由PWM逆變器將直流轉換成交流實現變頻調壓。優(yōu)點：不控整流，輸入功率因數高， 控制較方便。PWM逆變器 輸出諧波減少。缺點： 諧波減少程度取決于PWM逆變器的開關頻率，開關頻率受功率器件開關時間限制。解決方法： 采用全控器件，提高開關頻率，組成SPWM正弦波脈寬調制逆變器。問題3-10：什么是直接變頻？晶閘管的觸發(fā)控制角采用怎樣的變化規(guī)律能得到正弦輸出電壓？三相交流輸入經晶閘管組成的交-交變頻器轉換成交流輸出，實現變頻調壓。a 在 0 至 p 之間變化，輸出交

39、流電壓，兩組三相可控整流電路反并聯組成的可逆電路，其輸出電壓和電流的方向及大小是可以任意改變的。三個單相交-交變頻器互差120°工作，就構成了一個三相交-交變頻器。問題3-11：什么是變轉差率調速? 在轉差率s很小的范圍內，只要能夠維持氣隙磁通m不變異步電機的轉矩就近似與轉差角頻率s成正比，即在異步電機中，控制轉差率就代表了控制轉矩，這就是轉差頻率控制的根本概念。問題3-12：請從換能形式、換流方式、元件數量、調頻范圍、電網功率因數和適用場合等方面比擬交-直-交間接變頻器和交-交直接變頻器。比擬工程交-直-交間接變頻器交-交直接變頻器換能形式兩次換能，效率較低一次換能，效率較高換流方

40、式強迫或負載諧振換流電源電壓換流元件數量元件數量較少元件數量較多調頻范圍頻率調節(jié)范圍寬一般情況下，輸出最高頻率為電網頻率的1/31/2。電網功率因數用可控整流調壓時，功率因數在低壓時較?。粩夭ㄆ骰騊WM實現調壓時，功率因數高。較低。適用場合可用于各種電力拖動裝置，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源和不停電電源。特別適合于低頻大功率拖動。問題3-13：請從直流回路濾波環(huán)節(jié)、輸出電壓波形、輸出電流波形、輸出阻抗、回饋制動、調速動態(tài)響應、對晶閘管的要求和適用范圍等方面比擬電壓源和電流源交-直-交變頻器。比擬工程電壓源型電流源型直流回路濾波環(huán)節(jié)無功功率緩沖環(huán)節(jié)電容電感輸出電壓波形矩形波決定于負載，對異步電機負載近似為正弦波

41、。輸出電流波形決定于負載的功率因數，有較大的諧波分量。矩形波輸出阻抗小大回饋制動須在電源側設置反并聯逆變器方便，主回路不需附加設備調速動態(tài)響應較慢快對晶閘管的要求關斷時間要短，對耐壓要求一般較低耐壓高，對關斷時間無特殊要求使用范圍多電機拖動，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源單電機拖動，可逆拖動問題3-14：請舉例說明交-直-交電壓源變頻調速系統(tǒng)、交-直-交電流源變頻調速系統(tǒng)、電流源變頻器-異步電動機變頻調速矢量控制系統(tǒng)、電壓型變頻器的矢量控制系統(tǒng)、電壓型SPWM變頻器的矢量控制系統(tǒng)、交-交變頻器的矢量控制系統(tǒng)、無速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)的工作原理。問題3-15：異步電動機變壓變頻調速時，采用 B 控制方式，可獲得

42、一線性機械特性。A、U1f1=常值； B、Eg/f1=常值；C、Es/f1=常值； D、Er/f1=常值問題3-16：一般的間接變頻器中，逆變器起 B 作用。A、調壓； B、調頻；C、調壓與逆變； D、調頻與逆變問題3-17：變頻器從結構上看，可分為直接變頻、簡接變頻兩類，從變頻電源性質看，可分為電流型、電壓型兩類。問題3-18：轉差頻率控制變頻調速系統(tǒng)的根本思想是控制C。A、電機的調速精度； B、電機的動態(tài)轉矩；C、電機的氣隙磁通； D、電機的定子電流問題3-19：交流異步電動機變頻調速控制策略的研究電氣傳動自動化2003，255P2225 常規(guī)控制策略：恒壓頻比控制、轉差頻率控制、矢量控制

43、、直接轉矩控制 現有控制策略：轉子參數推算法、自適應控制、魯棒控制非線性控制非線性反響控制、逆控制智能控制神經網絡于內模復合控制、模糊于模型參考自適應復合控制、模糊于變結構復合控制、滑模/模糊/神經網絡的復合控制 熱門課題及關鍵技術非線性自適應控制智能控制器算法的實用化、雙優(yōu)控制、在線診斷和容錯控制四、交流異步電動機矢量變換控制問題4-1： 在實際系統(tǒng)中，怎樣保證E2/f1=K ？E2轉子磁鏈在每相定子中的感應電動勢，忽略轉子電阻損耗轉子磁鏈恒值，機械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能好，最難實現。是矢量控制追求的目標.問題4-2： 什么是矢量控制系統(tǒng)VCS或TCS矢量變換控制系統(tǒng)？請畫出矢量控制系

44、統(tǒng)的構思框圖，并簡述其工作原理。將異步電動機經過坐標變換可以等效成直流電動機，那么，模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經過坐標反變換，就能夠控制異步電動機。由于進行坐標變換的是電流代表磁動勢的空間矢量，所以這樣通過坐標變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCSVector Control System矢量變換控制系統(tǒng)TCS(Trans-vector Control System)。控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*m1i*t1j w1i*a1i*b1i*Ai*Bi*CiAiBiCia1i1im1it1反響信號異步電動機給定信號j 問題4-3：三相異步

45、電動機的數學模型包括： 電壓方程、 磁鏈方程、 轉矩方程和 運動方程。問題4-4：將三相交流電機變換成兩極直流電機的物理模型要經過的坐標變換有哪些？先將靜止的三相坐標A-B-C轉換成靜止的兩相坐標-，再將靜止的兩相坐標-換成旋轉的兩相坐標d-q或極坐標(M-T)。問題4-5：三相異步電動機動態(tài)數學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，問題4-6：請寫出Park定理。V=矢量V稱為Park矢量，即空間矢量，表示合成矢量在某時刻在空間的位置。三相電動勢、電壓、電流、磁動勢、磁通均是三相電磁量，假設在復平面中，它們都能用一個矢量表示三相電磁量的合成作用，那么可將三維物理量變?yōu)槎S物理量。問題4

46、-7： 坐標變換有哪些？坐標變換原那么有哪兩種？它們各用于什么場合？坐標變換有： 靜止的三相坐標A-B-C旋轉的兩相坐標d-q-0， P246 cos sin C3S/2R= cos(-120) sin(-120) Cos(+120) sin(+120) 旋轉的兩相坐標d-q靜止的三相坐標A-B-C，C2R /3S= C3S/2R-1 靜止的三相坐標A-B-C靜止的兩相坐標-0，零軸電流 1 - -C3S/2s= 0 - K K K 靜止的兩相坐標-0靜止的三相坐標A-B-C，C2s /3S= C3S/2s-1 靜止的兩相坐標-旋轉的兩相坐標d-q， C2s /2R= cos sin -sin

47、 cos 旋轉的兩相坐標d-q靜止的兩相坐標-C2s /2R= C2R/2s-1 直角坐標與極坐標 I= =artg() 或 I= =artg() 因為在090變化時， tg的變化范圍是0，這個變化范圍太大，常改用下式求值：=2artg()坐標變換原那么有功率不變原那么和空間矢量不變原那么兩種。功率不變原那么是保持坐標變換前后的電動機功率不變，在電力拖動系統(tǒng)中應用較多?？臻g矢量不變原那么是保持坐標變換前后的電流、電壓、電動勢等空間矢量的相位、幅值不變。問題4-8：磁鏈直接檢測的方法有哪些？各有何缺點？磁鏈直接檢測的方法有檢測線圈法和磁通傳感器法 檢測線圈法是在定子中安放寬度等于全極距的檢測線圈

48、，可產生正比于磁通變化的信號，通過積分求得主磁通的測量值。這種方法由于積分有漂移，硬件上不易實現，故應用不多。 磁通傳感器法是異步電動機的氣隙中設置兩個磁鏈傳感器，它們分別裝在與相繞組磁軸重合和垂直的位置，用來分別檢測氣隙磁鏈在靜止坐標系中的兩個分量m和m。由于這種檢測方法必須在電機內置檢測器，使用不方便，且檢測的氣隙磁鏈含有大量諧波，容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。問題4-9：請寫出在二相靜止坐標系上的轉子磁鏈觀測模型。在二相靜止坐標系上的轉子磁鏈觀測模型有電流模型觀測器和電壓模型觀測器： 電流模型觀測器：當電機轉速小于額定轉速的10，定子繞組壓降不可忽略，異步電動機在靜止坐標系ab中的電壓方程為：ua

49、s (Rs+Lsp 0 Lmp 0 iasubs = 0 Rs+Lsp 0 Lmp ibs 0 Lmp wLm Rr+Lrp wLr iar0 -wLm Lmp -wLr Rr+Lrp ibr可得： 0pLm iasLr iarwLm ibsLr ibrRr iar 0pLm ibsLr ibrwLm iasLr iarRr ibr 轉子磁鏈可表示為：yarLm iasLr iar ybr= Lm ibsLr ibr由上述3式解出iar、ibr并化簡得： yarLm iaswTr ybr ，ybr= Lm ibswTr yar式中：Tr轉子繞組的電磁時間常數，uas定子a繞阻電壓，ubs定子b

50、繞阻電壓，ias定子a繞阻電流，ibs定子b繞阻電流，yar與轉子a繞阻匝鏈的磁鏈，ybr與轉子b繞阻匝鏈的磁鏈。 電壓模型觀測器：當電機轉速在額定轉速的10以上，忽略定子繞組壓降，定子回路的電壓平衡方程式為：us=pys=Ls pis+Lm pir轉子磁鏈可以用電感和電流表示，yr=Lm is+Lr ir其中：p微分算子us定子電壓，is定子電流，ys定子磁鏈，yr轉子磁鏈，Rs定子繞阻電阻，Rr轉子繞阻電阻，Ls定子繞阻全電感，Lr轉子繞阻全電感，Lm定、轉子繞阻之間的互感。從上述兩式中消去ir，得：yr=us-· dt，令：Ks，Kr=，yr在靜止坐標系中的分量為： yar=Ksuas-Krdt ，ybr=Ksubs-Krdt。問題4-10： 異步電動機A、B、C、坐標系的數學模型經三相旋轉/兩相靜止/兩相旋轉坐標變換，可得到d-q-o坐標系的數學模型。問題4-11：異步電動機的等效二相模型為什么簡單？四個方程中的為0項很多，轉矩和磁通分開控制(相互垂直).問題4-12：磁鏈定向方法有哪些？采用M-T坐標系是按什么磁鏈定向？磁鏈定向方法有三種： 按轉子磁鏈r2定向：控制性能最好，但轉子磁鏈不易測量和控制； 按氣隙磁鏈m定向：氣隙