交流調速簡答

1、直流調速系統(tǒng)：控制簡單、調速平滑、性能良好。但換向器存在，維護工作量加大，單機容量、最高 轉速以及使用環(huán)境都受到限制交流調速系統(tǒng)：交流調速系統(tǒng)，勵磁電流和轉矩電 流互相耦合，調速困難?，F(xiàn)代交流調速系統(tǒng)由交流電動機、電力電子功率變 換器、控制器及電量檢測器組成，稱為變頻器。課后習題交流調速的主要應用領域：1.冶金機械2.電氣 牽引3.數(shù)控機床4.礦井提升機械5.起重、裝卸機 械6.原子能及化工設備7.建筑電氣設備8.紡 織、食品機械異步電動機的優(yōu)點：結構簡單，運行可靠，便于 維護，價格低廉。異步電動的調速方法：改變電源頻率、改變極對 數(shù)以及改變轉差率。變頻調速的基本要求：1.保持磁通為額定值2.

2、保持電壓為額定值交一直一交變頻器與交一交變頻器的主要特點 比較：比較項目類型交一直一交變頻器交一交變頻器換能方式兩次換能，效率略低一次換能，效率高晶閘管換向方式強迫換向或負載換向電網換向所用器件數(shù)量較少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電網功率因素采用晶閘管可控整流調壓，低頻低 壓時功率因數(shù)較低，采用斬波器或 PWM方式調壓，功率因數(shù)高較低適用場所可用于各種電力拖動裝置，穩(wěn)頻穩(wěn) 壓電源和不間斷電源適用于低速大功率拖動同步電動機變頻調速方法：他控式變頻調速、自 控式變頻調速。不同：他控式變頻調速采用獨立的 變頻器（即輸出頻率由外部振蕩器控制）作為同步 電

3、機的變壓變頻電源。自控式變頻器調速由電動機 軸上所帶的轉子位置檢測器發(fā)出信號來控制逆變 器的觸發(fā)換相，即采用輸出頻率由轉子位置來控制 的變壓變頻電源為同步電機供電。這樣就從內部結 構和原理上保證了頻率與轉速必然同步，構成“自 控式”。各種變頻調速的基本原理：按結構分為交一直一 交變頻器與交一交變頻器；按電源性質分電壓型變頻器：變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)采 用大電容濾波，使直流電壓波形比較平直，對于負 載來說，是一個內阻抗為零的恒壓源，這類變頻調 速裝置叫做電壓源變頻器。是通用變頻器。電流型變頻器：變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)采 用大電感濾波，使直流電流波形比較平直，電源內 阻很大，對負載來說

4、基本是一個恒流源。這類變頻 調速裝置叫做電流源變頻器。采用電流源型變頻器 給異步電動機供電的調速系統(tǒng)其顯著特點是容易 實現(xiàn)回饋制動，從而便于四象限運行。適用于需要 制動和經常正、反轉的機械。PWM技術概念和意義：指利用全控型電力電子器件 的導通和關斷把電壓變成一定形狀的電壓脈沖，實 現(xiàn)變壓、變頻控制并且消除諧波的技術。降低或消 除轉矩脈動，提高電機的效率，擴大調速范圍。2、PWM控制方式所引起的主要問題有哪些？主要 用哪些性能指標來描述主要問題有電流畸變、變換器的開關損耗、負載的 諧波損耗以及電機的轉矩脈動。這些影響可以用以 下性能指標來描述。電流諧波載波比最大調制度 轉矩脈動開關頻率和開關損

5、耗。PWM技術的應用克服了相控原理的所有弊端，使交 流電動機得到了接近正弦波形的電壓和電流，提高 了電機的功率因數(shù)和輸出效率。PWM模式的優(yōu)化：1、準正弦波脈寬調制法；2、消 除特定諧波法；3、載波比N：載波的頻率fc與調制波頻率fr之比 調制比M： U血/Ucm調制信號（參考電壓）峰值與三 角載波信號峰值之比（m值在01之間變化，以調 節(jié)變換器輸出電壓的大小，它體現(xiàn)了直流側母線電 壓的利用率。在N值較大時，一般取最高的m = 0.80.9）。和調制比有關4、簡述電壓SPWM的基本控制思想。電壓SPWM技術就是希望逆變器輸出電壓是正弦波 形，其含義是通過脈沖寬度（脈沖占空比）來調節(jié) 平均電壓的

6、方法電壓正弦波脈寬調制的基本思想：把電壓正弦半波 分為N等分，然后把每一份的正弦曲線與橫線所包 圍的面積都用一個與此面積相等的等高矩形脈沖 來代替。調制法的工作原理：改變參考信號的幅值， 輸出電壓基波幅值隨之改變；改變參考信號的頻 率，輸出電壓的頻率隨之改變。調制信號生成方法： 單極性三角波調制（指參加三角載波和正弦參考 信號極性不變）雙極性三角波（指三角載波和正弦 參考信號是具有正負極變化的信號）。實現(xiàn)SPWM 的控制方式有三類：采用模擬電路，數(shù)字電路，模 擬與數(shù)字電路相結合的控制方式。取樣方法：自然 取樣法，對稱規(guī)則取樣法，（還有非對稱取樣法， 即階梯法）。5、電流正弦PWM技術本質上是電

7、流閉環(huán)，實現(xiàn)方 法很多，主要有PI控制、滯環(huán)控制及差拍預測控 制等集中，具有控制簡單，動態(tài)響應快和電壓利用 率高的特點。6、什么是電流滯環(huán)SPWM?它的特點是什么？ 即把正弦電流參考波形和電流的實際波形通過滯 環(huán)比較器進行比較。其結果決定逆變器橋臂上下開 關器件的導通和關斷。這種方法的主要優(yōu)點是控制 簡單、響應快、瞬時電流可以被限制，功率開關器件得到自動保護。其主要 缺點是相對的電流諧波較大。7、定子電壓空間矢量有幾個？其幅值為多少？ 答：空間矢量有8個，幅值分別為0和2Ud/38、電壓空間矢量PWM技術（磁鏈追蹤法）有什么 特點？添加零矢量的作用是什么？是從電機的角度出發(fā)，目的在于使交流電機

8、產生圓 形磁場，通過選擇逆變器的不同開關模式，使電機 的實際磁鏈盡可能逼近理想磁鏈圓，從而生成PWM 波。具有電機轉矩脈動小、噪聲低、電壓利用率高 的優(yōu)點。添加零矢量的作用是改變磁鏈空間矢量的 運動速度，遵循使器件開關次數(shù)最少的原則。10逆變器有哪八種開關狀態(tài)，可以分為哪類？ 一類是工作狀態(tài)（三相負載并不都接相同的電位） 一類是零開關狀態(tài)（三相負載接相同的電位，負載 電壓為 0） SASBSC 011001101 100110010 000111逆時針方向旋轉逆變器的六個工作電壓狀態(tài)給出了六個不同方向 電壓空間矢量。他們周期性地順序出現(xiàn)，相鄰兩個 矢量之間相差60度。電壓空間矢量的幅值不變，

9、都等于4E/3。因此六個電壓空間矢量的頂點構成了 正六邊形的頂點。零電壓矢量狀態(tài)“ 7”位于六邊 形中心。11、異步電動機定子軸系的數(shù)學模型：電壓模型電 流模型。兩個模型必須配合使用，高速時用電壓模 型，低速時用電流模型。12、PWM技術（1）等寬PWM法（2 ）正弦PWM法（SPWM） （3）電流跟蹤型PWM （4）磁鏈追蹤PWM法13、變頻調速的基本要求及機械性能.保持磁通為額定值 a.E1/f 1恒定，（保持 E1/f1恒定進行變頻調速時，最大轉矩保持不變）b.保持U1/f 1恒定（保持 E1/f1恒定進行變頻調速時，最大轉矩將隨f1的降 低而降低（2）保持電壓為額定值（隨著頻率增加，轉

10、矩減少， 而轉速增加。根據(jù)P=TQ可近視地看作恒功率調速）14、交-直-交變頻器的基本電路包括整流電路和 逆變電路，整流電路將工頻交流電整成直流電，逆 變電路再將直流電逆變成頻率可調的三相交流電， 是整流變換的逆過程。其核心部分為逆變器。15、變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方 式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器； 按照開、關方式分類，可以分為PAM （脈幅調制） 控制變頻器、PWM （脈寬調制）控制變頻器和高載頻PWM 控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控 制器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等； 按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用 變頻器、高頻變頻器、

11、單相變頻器和三相變頻器等。16、逆變電路由六只具有單向導電性的功率半導體 開關SlS6組成。每只功率開關上反并聯(lián)一只續(xù)流 二極管，為負載的滯后電流提供一條反饋到電源的 通路。17、極據(jù)功率開關的導通持續(xù)時間不同，可以分為 180導電型和120導電型兩種工作方式。18、異步電動機的坐標系包括哪些？哪些是實際存 在的空間矢量？什么是坐標變換矩陣？基本的變 換原則是什么？答：異步電動機的坐標系：定子坐標系、轉子坐標 系、同步旋轉坐標系實際存在的空間矢量：磁通、磁勢。坐標變換矩陣：矢量坐標變換的數(shù)學表達式常用矩 陣方程來表示：Y=AX將一組變量X變換為另一組變量Y，其中系數(shù) 矩陣A成為變換矩陣基本變換

12、原則：在確定電流變換矩陣時，應遵守 變換前后所產生的旋轉磁場等效原則；在確定電 壓變換矩陣和阻抗變換矩陣時，應遵守變換前后電 機功率不變的原則。19、轉子磁鏈矢量的檢測獲取有哪兩種方式。其特 點分別是什么？ 答：轉子磁鏈矢量的檢測有直接 法和間接法直接法：檢測精度高，在電機定子內表面裝貼霍爾 元件或者在電機槽內埋設探測線圈直接檢測轉子 磁鏈。在電機內裝設元件會遇到不少工藝和技術問 題間接法：即檢測交流電機的定子電壓，電流及轉速 等易得的物理量。利用轉子磁鏈觀測模型，實時計 算轉子磁鏈的模值和空間位務，結果依賴于電機參 數(shù)。20、三相靜止坐標系下的異步電動機的數(shù)學模型具 有以下特點：高階、非線性

13、、多變量、強耦合。21、什么是定向？什么是磁場定向？磁場定向軸的 選擇有哪些？ 答：定向：選擇特定的同步旋轉坐 標系，即確定M-T軸系的取向 磁場定向：選擇電 機某一旋轉磁場軸作為特定的同步旋轉坐標27、矢量控制異步電動機閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點？可以從零轉速起進行速度控制即甚低速亦能運 行，因此調速范圍很寬廣，達100： 1或者1000:1；可以對轉矩實行精確控制；系統(tǒng)的動態(tài)響應速度很快；電動機的加速度特性很好；28、分析低同步串級調速系統(tǒng)總功率因數(shù)低的 軸 磁場定向軸的選擇有三種：即轉子磁場定向、 氣隙磁場定向、定子磁場方向。22、轉子磁場定向的控制方程是什么？分別說明什 么樣的物理意義？ 解：

14、(1)Tei=Cim W isT轉 矩大小正比于轉矩電流分量，同步旋轉坐標系上， 如果按異步電動機轉子磁鏈定向，則異步電動機的 電磁轉矩模型就與直流電動機的電磁轉矩模型完 全一樣。Wr= (Lmd/Trp+1) *ism Wr 與 ism 之間 的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，轉子磁鏈惟一由定子 電流矢量的勵磁電流分量ism產生。 isT= (TrWr/Lmd) * AW 當磁鏈恒定時， 無論是穩(wěn)態(tài)還是動態(tài)過程，轉差角頻率 W都與 異步電動機的轉矩電流分量isT成正比。23、變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾 波，使直流電壓波形比較平直，對于負載來說，是 一個內阻抗為零的恒壓源，這類變頻調速裝

15、置叫做 電壓源變頻器。是通用變頻器。變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波， 使直流電流波形比較平直，電源內阻很大，對負載 來說基本是一個恒流源。這類變頻調速裝置叫做電 流源變頻器。采用電流源型變頻器給異步電動機供電的調速系 統(tǒng)其顯著特點是容易實現(xiàn)回饋制動，從而便于四象 限運行。適用于需要制動和經常正、反轉的機械。24、最簡單的電壓型變頻器由可控整流器和電壓型 逆變器組成，用可控整流器調壓，逆變器調頻25、為適應再生制動運行，一種方法是，在中間直 流電路中設法將再生能量處理掉，即在電容Cd的 兩端并聯(lián)一條由耗能電阻R與功率開關相串聯(lián)的電 路；另一種方法是，在整流電路中設置再生反饋 通路一反

16、并聯(lián)一組逆變橋26、電壓調節(jié)方式：一種是采用可控整流器整流， 通過對觸發(fā)脈沖的相位控制直接得到可調直流電 壓。另一種是采用不控整流器整流，在直流環(huán)節(jié)增 加斬波器，以實現(xiàn)調壓。主要原因。答：第一：在給定逆變角下，系統(tǒng)從電網吸收的總 有功功率是電動機的有功功率和逆變器回饋給電 網的有功功率之差；而從電網吸收的總無功功率為 電動機和逆變器所吸收的無功功率之和。從電網吸 收的有功功率減少，無功功率增加，故功率因數(shù)降 低。第二：轉子整流器不但使在整流過程中出現(xiàn)換流重 疊現(xiàn)象，而且使轉子電流畸變?yōu)樘菪尾?，并滯后?電壓波。當負載較大時，轉子整流器還會出現(xiàn)強迫 延遲換流現(xiàn)象。這些致使異步電動機本身的功率因

17、數(shù)降低29、為什么調壓調速適合于風機泵類負載？（從調 速范圍和轉差損耗系數(shù)方面回答）答：從調速范 圍來看：對于恒轉矩負載，調壓調速的調速范圍很 窄，而對于風機泵類負載，調壓調速可以得到較寬 的調速范圍。從轉差損耗系數(shù)來看：恒轉矩負載的轉差功率損耗 系數(shù)和s成正比，轉速越低，轉差功率損耗越大； 轉矩與轉速成正比的負載：s=0.5時，轉差功率損 耗系數(shù)最大值為psM*=0.25；風機泵類負載：s=0.33時，最大的轉差 功率損耗系數(shù)psM*=0.148，在整個s=01區(qū)間，ps* 值都較小。故變壓調速對風機泵類負載是比較合適的30、交一直一交電壓型變頻器有哪三種形式？各 有何特點。答：（1）可控整

18、流器調壓、六拍（每周換相6次） 逆變器變頻：特點：A.可控整流使得功率因數(shù) 低；B.獨立調壓調頻環(huán)節(jié)容易分開測試；C.動態(tài) 反應慢。（2）二極管整流、斬波器調壓、六拍逆變器變 頻：特點：A.不可控整流使得功率因數(shù)高；B.獨 立調壓調頻環(huán)節(jié)容易分開測試；C.動態(tài)反應慢。（3） 二極管整流、PWM逆變器調壓調頻： 特點： A.不可控整流使得功率因數(shù)高；B.動態(tài)響應快。31、 請分析直接轉矩控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點。優(yōu)點：1）轉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生電壓的SVPWM波形，從而避開了將定子電 流分解成轉矩和磁鏈分量，省去了旋轉變換和電流 控制，簡化了控制器的結構。2）選擇定子磁鏈作 為被控量，而不象VC系統(tǒng)中那樣選擇轉子磁鏈， 這樣一來，計算磁鏈的模型可以不受轉子參數(shù)變化 的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。如果從數(shù)學模 型推導按定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉子磁 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 直接轉矩控制，在加減速或負載變化的