《交流調(diào)速系統(tǒng)》課后習(xí)題答案(共12頁)

1、交流調(diào)速系統(tǒng)課后習(xí)題答案第 5 章閉環(huán)控制的異步電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)5-1 異步電動機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率中，有一部分是與轉(zhuǎn)差成正比的轉(zhuǎn)差功率，根據(jù)對 處理方式的不同，可把交流調(diào)速系統(tǒng)分成哪幾類？并舉例說明。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，是評價調(diào)速系統(tǒng) 效率高低的標(biāo)志。從這點出發(fā)，可以把異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類 。1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：這種類型的全部轉(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)子串電阻調(diào)速都屬于這一類。在三類異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降

2、低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價值。2）轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)：在這類系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通 過變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，繞線電機(jī)串級調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速屬于這一類。無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，變極對數(shù)調(diào)速、變壓變頻調(diào)速屬于此類。其中變極對數(shù) 調(diào)速是有級的，應(yīng)用場合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可

3、以構(gòu)成高動態(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 有一臺三相四極異步電動機(jī)，其額定容量為5.5kW，頻率為50Hz，在某一情況下運行，自定子方面輸入的功率為6.32kW，定子銅損耗為341W，轉(zhuǎn)子銅損耗為237.5W，鐵心損耗為167.5W，機(jī)械損耗為45W，附加損耗為29W，試?yán)L出該電動機(jī)的功率流程圖，注明各項功率或損耗的值，并計算在這一運行情況下該電動機(jī)的效率、轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速。解：，因為，由已知條件得電磁功率為，所以有所以6.32kw341w167.5w237.5w45w29w5.979kw5.8115kw5.57

4、4kw5.529kw5.5kw5-3 簡述交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點和適用場合。 答：優(yōu)點：系統(tǒng)簡單、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、可四象限運行。 缺點：1）低速功耗較大、發(fā)熱量較大、制動運行方式性能差 。2）調(diào)速范圍很小，必須采用高轉(zhuǎn)子電阻電機(jī)或在轉(zhuǎn)子中串入頻敏變阻器，所以必須實行閉環(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和時的機(jī)械特性，超出此范圍閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力。使用場合：適用于調(diào)速精度要求不高的場合，如：低速電梯、起重機(jī)械、風(fēng)機(jī)類等。5-4 何謂軟起動器？交流異步電動機(jī)采用軟起動器有什么好處？ 答：帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動器可

5、以限制起動電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自 動衰減下來，起動時間也短于一級降壓起動。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保證恒流起動，穩(wěn)定運行時可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長 期工作。視起動時所帶負(fù)載的大小，起動電流可在(0.54)之間調(diào)整，以獲得最佳的起動效果，但無論如何調(diào)整都不宜于滿載起動。負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時，可在起動時突加短時的脈沖電流，以縮短起動時間。軟起動的功能同樣也可以用于制動，用以實現(xiàn)軟停車。第6章籠型異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（VVVF）6-1簡述恒壓頻比控制方式。答：繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞

6、組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓，則得常值這是恒壓頻比的控制方式。但是，在低頻時和都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不能再忽略。這時，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 簡述異步電動機(jī)在下面四種不同的電壓頻率協(xié)調(diào)控制時的機(jī)械特性并進(jìn)行比較；（1） 恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機(jī)的機(jī)械特性；（2） 基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制時異步電動機(jī)的機(jī)械特性；（3） 基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機(jī)的機(jī)械特性；（4） 恒流正弦波供電時異步電動機(jī)的機(jī)械特性； 答：1)恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機(jī)的機(jī)械特性：當(dāng)s很小時，轉(zhuǎn)矩近似與s成正比，機(jī)械特性是一段直線，s接近于1時轉(zhuǎn)矩近似

7、與s成反比，這時，Te = f（s）是對稱于原點的一段雙曲線。2)基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制時異步電動機(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，特性就折回來了。而且頻率越低時最大轉(zhuǎn)矩值越小，能夠滿足一般的調(diào)速要求，但低速帶載能力有些差強(qiáng)人意，須對定子壓降實行補(bǔ)償。恒控制是通常對恒壓頻比控制實行電壓補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到= Constant，從而改善了低速性能，但機(jī)械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。恒控制可以得到和直流他勵電機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通rm 恒定進(jìn)行控制，而且在動態(tài)中也盡可能保持恒定是矢量控制

8、系統(tǒng)的目標(biāo)。3）基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機(jī)的機(jī)械特性：當(dāng)角頻率提高時，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。基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。4）恒流正弦波供電時異步電動機(jī)的機(jī)械特性：恒流機(jī)械特性的線性段比較平，而最大轉(zhuǎn)矩處形狀很尖。恒流機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩值與頻率無關(guān)，恒流變頻時最大轉(zhuǎn)矩不變，但改變定子電流時，最大轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比。6-3 如何區(qū)別交直交變壓變頻器是電壓源變頻器還是電流源變頻器？它們在性能上有什么差異？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，理想情況下是一個內(nèi)阻為零的

9、恒壓源，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)于一個恒流源，輸出交流電流是矩形波或梯形波。在性能上卻帶來了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下：（1）無功能量的緩沖。在調(diào)速系統(tǒng)中，逆變器的負(fù)載是異步電機(jī)，屬感性負(fù)載。在中間直流環(huán)節(jié)與負(fù)載電機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無功功率的交換。濾波器除濾波外還起著對無功功率的緩沖作用，使它不致影響到交流電網(wǎng)。因此，兩類逆變器的區(qū)別還表現(xiàn)在采用什么儲能元件（電容器或電感器）來緩沖無功能量。（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)有一個顯著特征，就是容易實現(xiàn)能量的回饋，

10、從而便于四象限運行，適用于需要回饋制動和經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。（3）動態(tài)響應(yīng)正由于交-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)的動態(tài)響應(yīng)就慢得多。（4）輸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)用場合。電壓源型逆變器恒壓源電壓控制響應(yīng)慢，不易波動，所以適于做多臺電機(jī)同步運行時的供電電源，或單臺電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動和快速減速的場合。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，但可以滿足快速起制動和可逆運行的要求。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

11、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)載電動機(jī)希望得到的是正弦波電壓還是正弦波電流？ 答：在交流電機(jī)中，實際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流。因為在交流電機(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，不含脈動分量。因此，若能對電流實行閉環(huán)控制，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開環(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關(guān)器件脈寬調(diào)制（PWM）逆變器組成的交直交變頻器有什么優(yōu)點？答：具有如下優(yōu)點：（1）在主電路整流和逆變兩個單元中，只有逆變單元可

12、控，通過它同時調(diào)節(jié)電壓和頻率，結(jié)構(gòu)簡單。采用全控型的功率開關(guān)器件，只通過驅(qū)動電壓脈沖進(jìn)行控制，電路也簡單，效率高。（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)?PWM 控制技術(shù)，正弦 基波的比重較大，影響電機(jī)運行的低次諧波受到很大的抑制，因而轉(zhuǎn)矩脈動小，提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。（3）逆變器同時實現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，動態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動態(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 如何改變由晶閘管組成的交交變壓變頻器的輸出電壓和頻率？這種變頻器適用于什么場合？為什么？答：正、反兩組按一

13、定周期相互切換，在負(fù)載上就獲得交變的輸出電壓u0，u0的幅值決定于各組可控整流裝置的控制角，u0的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻率。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、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)直接傳動時，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/DC），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)幅又調(diào)頻。2）輸出電壓不同：直流P

14、WM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PWM變換器輸出的電壓波形是等幅不等寬的脈沖波形（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 請你外出時到一個變頻器廠家或變頻器專賣店索取一份任意型號的通用變頻器資料，用它與異步電動機(jī)組成一個轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)，然后說明該系統(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)能夠仿照直流電動機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制，但是其動靜態(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

15、的原因有以下幾個方面：（1）在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時，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“保持磁通恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動態(tài)中如何變化還沒有深入研究，但肯定不會恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能。（2）函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動態(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，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測信號不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差，因為所有這些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。6-10 在轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中

16、，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率的測量值大于或小于實際值時，將給系統(tǒng)工作造成怎樣的影響？答：在調(diào)速過程中，實際頻率隨著實際轉(zhuǎn)速同步地上升或下降，有如水漲而船高，因此加、減速平滑而且穩(wěn)定。如果轉(zhuǎn)速檢測信號不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差，因為所有這些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。6-11 分別簡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。磁鏈給定信號由函數(shù)發(fā)生程序獲得。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號，弱磁時它還受到磁鏈給定信號的控制。在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對控制對象的影響相當(dāng)于一種

17、擾動作用，因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制，從而改造了轉(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：采用磁鏈開環(huán)控制，系統(tǒng)反而會簡單一些。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，同時用基于動態(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、小容量裝置中多采用帶電流控制的電壓源型PWM變壓變頻器。磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號確定，靠矢量控制方程保證，并沒有實際計算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接矢量控制

18、。6-12 試比較轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型和電流模型的運算方法及其優(yōu)缺點。 答：根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計算轉(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)電動勢等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動勢的積分就可以得到磁鏈，這樣的模型叫電壓模型。轉(zhuǎn)子磁鏈模型需要實測的電流和轉(zhuǎn)速信號，但也都受電機(jī)參數(shù)變化的影響，從而改變時間常數(shù)Tr，磁飽和程度將影響電感Lm 和Lr，從而Tr也改變。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與相位信號失真，而反饋信號的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低。電壓模型只需要實測的電流和電壓信號，不需要轉(zhuǎn)速信號，且算法與轉(zhuǎn)子電阻Rr無關(guān)，只與定子電阻有關(guān)它是容易測得的。與電流模型相比，

19、電壓模型受電動機(jī)參數(shù)變化的影響較小，而且算法簡單，便于應(yīng)用。但是，由于電壓模型包含純積分項，積分的初始值和累積誤差都影響計算結(jié)果，低速時，定子電阻壓降變化的影響也較大。電壓模型適合中、高速范圍，而電流模型能適應(yīng)低速。6-13 坐標(biāo)變換是矢量控制的基礎(chǔ)，試分析交流電機(jī)矢量變換的基本概念和方法。 答：將交流電機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標(biāo)變換正是按照這條思路進(jìn)行的。在這里，不同電機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動勢完全一致。交流電機(jī)三相對稱的靜止繞組A、B、C，通以三相平衡的正弦電流時，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，

20、以同步轉(zhuǎn)速（即電流的角頻率）順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。然而，旋轉(zhuǎn)磁動勢并不一定非要三相不可，除單相以外，二相、三相、四相、等任意對稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，當(dāng)然以兩相最為簡單。在三相坐標(biāo)系下的 iA、iB 、iC，在兩相坐標(biāo)系下的、和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流im、it是等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢。這樣通過坐標(biāo)系的變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機(jī)模型。6-14 按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）系統(tǒng)與磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制（VC）系統(tǒng)在控制方法上有什么異同？答：1）轉(zhuǎn)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(chǎn)生

21、電壓的SVPWM波形，從而避開了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈分量，省去了旋轉(zhuǎn)變 換和電流控制，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)。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(zhuǎn)子磁鏈，這樣一來，計算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)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(xué)模型推導(dǎo)按 定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時復(fù)雜，但是，由于采用了砰-砰控制，這種復(fù)雜性對控制器并沒有影響。3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動態(tài)過程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過大的沖擊電流，以免損壞功率開關(guān)器件，因此實際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的 快速性也是有限的。6-15 試分析并解釋矢量控制系統(tǒng)與直流轉(zhuǎn)矩

22、控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點。 答：兩者都采用轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)速）和磁鏈分別控制，但兩者在控制性能上卻各有千秋。VC系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)Te與r的解耦，有利于分別設(shè)計轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍；但按r定向受電動機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。DTC系統(tǒng)則實行Te與r砰-砰控制，避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡化了控制結(jié)構(gòu)；控制定子磁鏈而不是轉(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，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)的特點與性能的比較。性能與特點直接轉(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)矩脈動連續(xù)控制，比較平滑坐標(biāo)變換靜止坐標(biāo)變換，較

23、簡單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較復(fù)雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無注有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬第7章繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)7-1 簡述異步電動機(jī)雙饋調(diào)速的基本原理及其五種工況。答：略。 7-2 串級調(diào)速系統(tǒng)的原理是什么？在起動、調(diào)速、停車的過程中，逆變角是如何控制的？答：對于只用于次同步電動狀態(tài)的工況來說，比較方便的辦法是將轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流電壓，然后再引入一個附加的直流電動勢，控制此直流附加電動勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。但對直流附加電動勢有2個技術(shù)要求：首先，它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿足對電動機(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)生附加直流電動勢的裝置能夠吸收從異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來的

24、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)生附加直流電動勢的電源，并通過改變 b 角的大小調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。起動控制：控制逆變角，使在起動開始的瞬間，整流電壓和逆變電壓的差值能產(chǎn)生足夠大的電流，以滿足所需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過允許的電流值，使電機(jī)在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動。調(diào)速原理：通過改變 b 角的大小調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。停車：串級調(diào)速系統(tǒng)沒有制動停車功能。只能靠減小b角逐漸減速，并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。7-3 串級調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性有什么特征？答：串級調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的主要特征：1）理想空載轉(zhuǎn)速：在串級調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)的極對數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速都不變，同

25、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)。2）機(jī)械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩：串級調(diào)速時，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級調(diào)速裝置（包括兩套整流裝置、平波電抗器、逆變變壓器等），實際上相當(dāng)于在電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入了一定數(shù)量的等效電阻和電抗，它們的影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。由于轉(zhuǎn)子回路電阻的影響，異步電動機(jī)串級調(diào)速時的機(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 （= 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，使串級調(diào)速時的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動機(jī)在正常接線時的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。 7-4 串級調(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

26、：在串級調(diào)速時，轉(zhuǎn)差功率未被全部消耗掉，而是扣除了轉(zhuǎn)子銅損、雜散損耗和附加的串級調(diào)速裝置損耗后通過轉(zhuǎn)子整流器與逆變器返回電網(wǎng)，這部分返回電網(wǎng)的功率稱作回饋功率Pf 。對整個串級調(diào)速系統(tǒng)來說，它從電網(wǎng)吸收的凈有功功率應(yīng)為Pin = P1 Pf 。其效率為當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，p 和ptan 都基本不變，所以對效率的影響并不太大。 當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時，效率為 而所串電阻越大（串的電阻越大，轉(zhuǎn)速才能越低）時，pCus 越大，p 也越大，因而效率hR越低，幾乎是隨著轉(zhuǎn)速的降低而成比例地減少。 7-5 略。7-6 串級調(diào)速系統(tǒng)的起動、停車要注意些什么？分別說明直接起動和間接起

27、動的過程及工作原理。答：在起動時必須使逆變器先電機(jī)而接上電網(wǎng)，停車時則比電機(jī)后脫離電網(wǎng)，以防止逆變器交流側(cè)斷電，使晶閘管無法關(guān)斷，造成逆變器的短路事故。1、間接起動的過程及工作原理：（1）先合上裝置電源總開關(guān)，使逆變器在bmin下等待工作。（2）然后接入起動電阻，再把電機(jī)定子回路與電網(wǎng)接通，電動機(jī)便以轉(zhuǎn)子串電阻的方式起動。（3）待起動到所設(shè)計的最低轉(zhuǎn)速時，使電動機(jī)轉(zhuǎn)子接到串級調(diào)速裝置上，同時切斷起動電阻，此后電動機(jī)就以串級調(diào)速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運行。2、直接起動的過程及工作原理：直接起動又稱串級調(diào)速方式起動。在起動控制時讓逆變器先于電動機(jī)接通交流電網(wǎng)，然后使電動機(jī)的定子與交流電網(wǎng)接通，

28、此時轉(zhuǎn)子呈開路狀態(tài)，可防止因電動機(jī)起動時的合閘過電壓通過轉(zhuǎn)子回路損壞整流裝置，最后再使轉(zhuǎn)子回路與整流器接通。 第8章同步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)8-1 同步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的特點是什么？基本類型有哪些？答：同步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的特點是：1）交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速w1與定子電源頻率 f1 有確定的關(guān)系：異步電動機(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ws；同步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差ws = 0。2）異步電動機(jī)的磁場僅靠定子供電產(chǎn)生，而同步電動機(jī)除定子磁動勢外，轉(zhuǎn)子側(cè)還有獨立的直流勵磁，或者用永久磁鋼勵磁。3） 同步電動機(jī)和異步電動機(jī)的定子都有同樣的交流繞組，一般都是三相

29、的，而轉(zhuǎn)子繞組則不同，同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子除直流勵磁繞組（或永久磁鋼）外，還可能有自身短路的阻尼繞組。4）異步電動機(jī)的氣隙是均勻的，而同步電動機(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)運行的同步電動機(jī)稱作磁阻式同步電動機(jī)。5）異步電動機(jī)由于勵磁的需要，必須從電源吸取滯后的無功電流，空載時功率因數(shù)很低。同步電動機(jī)則可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的直流勵磁電流，改變輸入功率因數(shù)，可以滯后，也可以超前。當(dāng) cosj = 1.0 時，電樞銅損最小，還可以節(jié)約變壓變頻裝置的容量。 6）由于同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子有獨立勵磁，在極低的電源頻

30、率下也能運行，因此，在同樣條件下，同步電動機(jī)的調(diào)速范圍比異步電動機(jī)更寬。7）異步電動機(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，同步電動機(jī)比異步電動機(jī)對轉(zhuǎn)矩擾動具有更強(qiáng)的承受能力，能作出更快的動態(tài)響應(yīng)。 同步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本類型有他控變頻調(diào)速系統(tǒng)和自控變頻調(diào)速系統(tǒng)兩類。8-2 他控變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本類型？答：他控變頻同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要有下列4種類型：1）轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的同步電動機(jī)群調(diào)速系統(tǒng)2）由交-直-交電流型負(fù)載換流變壓變頻器供電的同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)3）由交-交變壓變頻器供電的大型低速同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)4）按氣隙磁場定向的同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)8-3 在同步電動機(jī)的多變量動態(tài)數(shù)學(xué)模型中，磁鏈方程、電壓矩陣方程、轉(zhuǎn)矩方程中各項的物理意義是什么？答：1）磁鏈方程式中，Lsd 等效兩相定子繞組d軸自感， Lsd= Lls+Lmd ； Lsq 等效兩相定子繞組q軸自感，