1、黑龍江省專業技術人員繼續教育知識更新培訓 電氣工程專業 2013 年作業 二：問題答1、對于恒轉矩負載，為什么調壓調速的調速范圍不大？電動機機械特性越軟， 調速范圍越大嗎？答，帶恒轉矩負載工作時， 普通籠型異步電動機降壓調速時的穩定工作范圍為 0<s<sm， sm 本來就不大，因此調速范圍也不大。降壓調速時，機械特性變軟， 但 sm 不變，故調速范圍不變。2、異步電動機變頻調速時，為何要電壓協調控制？在整個調速范圍內，保持電 壓恒定是否可行？為何在基頻以下時， 采用恒壓頻比控制， 而在基頻以上保持電 壓恒定？答，因為定子電壓頻率變化時，將導致氣隙磁通變化，影響電動機工作。在整 個調

2、速范圍內，若保持電壓恒定，則在基頻以上時，氣隙磁通將減少，電動機將 出力不足；而在基頻以下時， 氣隙磁通將增加， 由于磁路飽和，勵磁電流將過大， 電動機將遭到破壞。 因此保持電壓恒定不可行。 在基頻以下時， 若保持電壓不變， 則氣隙磁通增加，由于磁路飽和，將使勵磁電流過大，破壞電動機，故應保持氣 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，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、異步電動機變頻調速時，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功率還是恒轉矩調 速方式？為什么？所謂恒功率或恒轉矩調速方式， 是否指輸出功率或轉矩恒定？ 若不是，那么恒功率或恒

3、轉矩調速究竟是指什么？答，在基頻以下調速， 采用恒壓頻比控制， 則磁通保持恒定， 又額定電流不變， 故允許輸出轉矩恒定， 因此屬于恒轉矩調速方式。 在基頻以下調速， 采用恒電壓 控制，則在基頻以上隨轉速的升高，磁通將減少，又額定電流不變，故允許輸出 轉矩減小， 因此允許輸出功率基本保持不變， 屬于恒功率調速方式。 恒功率或恒 轉矩調速方式并不是指輸出功率或輸出轉矩恒定， 而是額定電流下允許輸出的功 率或允許輸出的轉矩恒定。4、分析電流滯環跟蹤PWM控制中，環寬h對電流波動與開關頻率的影響。 答：電流跟蹤控制的精度與滯環的環境有關， 當環境選得較大時可降低開關頻率， 但電流波形失真較多，諧波分量

4、高，如果環寬太小，電流波形雖然較好，卻使開 關頻率增大了， 這是一對矛盾的因素， 實用中應在充分利用器件開關頻率的前提 下，正確地選擇盡可能小的環寬。5、按基頻以下和基頻以上分析電壓頻率協調的控制方式，畫出：（1） 恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性。圖G3恒壓恒頻時異步電機的機械特性(2)基頻以下電壓-頻率協調控制時異步電動機的機械特性。圖6 4恒壓頻比控制時變麹謂速的機械特罄(3)基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性。S6-7基頻以上恒壓變頻調速的機械特性(4)電壓頻率特性曲線U=f fE 1恒轉矩調速恒功率調速z1:1%:1: =_O/1NJ-圖*2異步電機變取頻調速的控制特

5、性6在轉速開環變壓變頻調速系統中需要給定積分環節，論述給定積分環節的原 理和作用。答：轉速開環變壓變頻調速是依據交流電動機穩態數學模型， 按照電壓頻率協調 控制方式來保持氣隙磁通恒定，需要電動機運行滿足穩態條件要求， 不能快速變 化，所以要用給定積分器限制起動和制動的速率。7、結合異步電動機三相原始動態模型，討論異步電動機非線性、強耦合和多變量的性質，并說明具體體現在哪些方面？答：異步電動機具有非線性、強耦合和多變量的性質，要獲得良好的調速性能， 必須從動態模型出發，分析異步電動機的轉矩和磁鏈控制規律，研究高性能異步電動機的調速方案。矢量控制和直接轉矩控制是兩種基于動態模型的高性能交 流電動機

6、調速系統。矢量控制系統通過矢量變換和按轉子磁鏈定向，得到等效直 流電動機模型，然后按照直流電動機模型設計控制系統； 直接轉矩控制系統利用 轉矩偏差和定子磁鏈幅值偏差的符號， 根據當前定子磁鏈矢量所在的位置， 直接 選取合適的定子電壓矢量，實施電磁轉矩和定子磁鏈的控制。8、旋轉變換的等效原則是什么？當磁動勢矢量幅值恒定、勻速旋轉時，在靜止繞組中通入正弦對稱的交流電流，而在同步旋轉坐標系中的電流為什么是直流電 流？如果坐標系的旋轉速度大于或小于磁動勢矢量的旋轉速度時，繞組中的電流是交流量還是直流量？答:兩相同步旋轉坐標系的突出特點是，當三相ABC坐標系中的電壓和電流是交 流正弦波時，變換到dq坐標

7、系上就成為直流。9、坐標變換（3/2變換和旋轉變換）的優點何在？能否改變或減弱異步電動機 非線性、強耦合和多變量的性質？答：在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組a和B之間的變換，或稱三相靜 止坐標系和兩相靜止坐標系間的變換，簡稱 3/2變換，變換前后總功率不變。 通過坐標變換，可以使之降階并化簡，不能改變其非線性、多變量的本質。10、論述矢量控制系統的基本工作原理， 矢量變換和按轉子磁鏈定向的作用， 等 效的直流機模型，矢量控制系統的轉矩與磁鏈控制規律。答：在三相坐標系上的定子交流電流iA、iB 、iC，通過三相/兩相變換可以 等效成兩相靜止坐標系上的交流電流 i a、i B再通過同步旋轉變

8、換，可以等效 成同步旋轉坐標系上的直流電流im和it 。控制使交流電機的轉子總磁通門r 就是等效直流電機的磁通，則 M繞組相當于直流電機的勵磁繞組，im相當于勵 磁電流，T繞組相當于偽靜止的電樞繞組，it相當于與轉矩成正比的電樞電流。 模仿直流電機的控制策略，得到直流電機的控制量，經過相應的坐標反變換，就 能夠控制異步電機了。現在d軸是沿著轉子總磁鏈矢量的方向， 并稱之為M(Magnetization )軸, 而q軸再逆時針轉90°,即垂直于轉子總磁鏈矢量，稱之為 T(Torque)軸。 這樣的兩相同步旋轉坐標系就具體規定為 M，T坐標系，即按轉子磁鏈定向(Field Orie nt

9、atio n)的坐標系。定子電流的勵磁分量與轉矩分量是解耦的。要實現按轉子磁鏈定向的矢量控制系統，很關鍵的因素是要獲得轉子磁鏈信號， 以供磁鏈反饋和除法環節的需要。 開始提出矢量控制系統時，曾嘗試直接檢測磁 鏈的方法，一種是在電機槽內埋設探測線圈，另一種是利用貼在定子內表面的霍 爾元件或其它磁敏元件。采用間接計算的方法，即利用容易測得的電壓、電流或轉速等信號，利用轉子磁 鏈模型，實時計算磁鏈的幅值與相位。利用能夠實測的物理量的不同組合， 可以 獲得多種轉子磁鏈模型。11、轉子磁鏈計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， 比較各自的優缺點。答：根據定子電流和定子電壓的檢測值來估

10、算轉子磁鏈，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，結果在低速運行時，模型運算困 難。根據描述磁鏈與電流關系的磁鏈方程來計算轉子磁鏈， 所得出的模型是電流 模型，采用電流模型法時，由于存在一階滯后環節，在動態過程中難以保證控制 精度。12、 討論直接定向與間接定向矢量控制系統的特征，比較各自的優缺點，磁鏈定 向的精度受哪些參數的影響？答：直接轉矩控制系統：簡稱 DTC ( Direct Torque Con trol)系統，是繼矢量控制系統之后發展起來的另一種高動態性能的交流電動機變壓變頻調速系統。 在 它的轉速環里面，利用轉矩反饋直接控制電機的電磁轉矩，矢量控制系統(V

11、ector Control System)，進行坐標變換的是電流(代表磁動勢)的空間矢量， 通過坐標變換實現的控制系統。性能與特點直接轉矩控制系統矢量控制系統磁鏈控制定子磁鏈轉子磁鏈轉矩控制砰-砰控制，有轉矩脈動連續控制，比較平滑坐標變換靜止坐標變換，較簡單旋轉坐標變換，較復雜轉子參數變化影響無有調速范圍不夠寬比較寬13、分析與比較按轉子磁鏈定向和按定子磁鏈定向異步電動機動態數學模型的特 征，指出它們的相同點與不同點。答：按轉子磁鏈定向同步旋轉坐標系 mt中的數學模型與直流電動機的數學模型 完全一致。通過坐標系旋轉角速度的選取， 簡化了數學模型，通過按轉子磁鏈定 向，將定子電流分解為勵磁分量 smi和轉矩分量sti，使轉子磁鏈r書僅由定子 電流勵磁分量smi產生，而電磁轉矩eT正比于轉子磁鏈和定子電流轉矩分量的 乘積stri書，實現了定子電流兩個分量的解耦。而按定子磁鏈定向將定子電壓分解為兩個分量sdu和squ, sdu控制定子磁鏈幅值的變化率， squ 控制定子磁量矢量旋轉角速度，再通過轉差頻率控制定子電流 的轉矩分量 sqi ，最后控制轉矩。但兩者均受到定子電流兩個分量 sdi 和 sqi 的 影響，使受電流擾動的電壓控制型。14、分析定子電壓矢量對定子磁鏈與轉矩的控制作用，如何根據定子磁鏈和轉矩偏差的符號以及當前定子磁鏈的位置選擇電壓空間矢量？