電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第4版復(fù)習(xí)要點(diǎn)

1、復(fù)習(xí)提示 ：1.在使用本復(fù)習(xí)題（要點(diǎn)）之前，務(wù)必要將教材的相關(guān)章節(jié)至少通讀2 遍以上，以免造成知識(shí)不系統(tǒng)、不連貫。切記！切記！2.本復(fù)習(xí)題（要點(diǎn)）覆蓋了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)考試所要求的所有知識(shí)點(diǎn)，要求理解加記憶，但這絕不是考試原題。切記！3.有些是書中例題和課后習(xí)題。第 2 章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 直流電機(jī)主要有哪幾種基本調(diào)速方法?通過(guò)性能比較，你認(rèn)為哪一種方法最好？答：直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)表達(dá)式nUIRK e式中 : n 轉(zhuǎn)速（ r/min ）,U 電樞電壓 （ V ）, I 電樞電流 （ A ）, R 電樞回路總電阻 （）,勵(lì)磁磁通（ Wb ） , Ke 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。直流電機(jī)主要有三種基本調(diào)速方

2、法：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U，減弱勵(lì)磁磁通，改變電樞回路電阻R。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速； 減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速， 但調(diào)速范圍不大， 往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。常用的可控直流電源主要有哪些？答：常用的可控直流電源有以下三種：1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。2）靜止式可控整流器用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開

3、關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。3靜差率s與空載轉(zhuǎn)速n0 的關(guān)系如何 ?答：靜差率s 與空載轉(zhuǎn)速n0 成反比， n0 下降， s 上升。所以檢驗(yàn)靜差率時(shí)應(yīng)以最低速時(shí)的靜差率 sn 為準(zhǔn)。no min轉(zhuǎn)速控制的要求是什么？答： 1）調(diào)速 -在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔的或平滑的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。2）穩(wěn)速 -以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種可能的干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。3）加、減速 - 頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求盡量快的加、減速以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。解釋反饋控制規(guī)律？答（ 1）被調(diào)量有靜差2）抵抗擾動(dòng)與服從給定

4、3）系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測(cè)精度閉環(huán)空載轉(zhuǎn)速 n0 cl 比開環(huán)空載轉(zhuǎn)速 n0op 小多少 ?答：n0cl 是 n0op 的 1/（ 1+K ）。試說(shuō)明轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)工作原理。答：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 、觸發(fā)器GT 、晶閘管變流器VT 、測(cè)速發(fā)電機(jī)TG 等組成；當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載T L 增加時(shí)，電樞電流Id 也增加，電樞回路壓降增加，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則轉(zhuǎn)速反饋電壓U n 也相應(yīng)下降，而轉(zhuǎn)速給定電壓U n* 不變， U nU n*U n 增加。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 輸出 U c 增加，使控制角減小，晶閘管整流裝置輸出電壓U d 增加， 于是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速便相應(yīng)自動(dòng)回升，

5、其調(diào)節(jié)過(guò)程可簡(jiǎn)述為：TLI dI d (R Rd )nU fnUU cU dnU0上述過(guò)程循環(huán)往復(fù)，直至U0為止。下圖帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，各部件的名稱和作用。答： 1）比較器：給定值與測(cè)速發(fā)電機(jī)的負(fù)反饋電壓比較，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓U n 。2）比例放大器 A ：將轉(zhuǎn)速偏差電壓U n 放大，產(chǎn)生電力電子變換器 UPE 所需的控制電壓 U c 。3）電力電子變換器UPE：將輸入的三相交流電源轉(zhuǎn)換為可控的直流電壓U d 。4） M 電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)。5） TG 發(fā)電機(jī)：測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。6）電位器：將測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓降壓，以適應(yīng)給定電壓幅值U *n 。說(shuō)明單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能

6、減少穩(wěn)態(tài)速降的原因，改變給定電壓或者調(diào)整轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)能否改變電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 ?為什么 ?答：負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降的變化。穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為：K P K SU n*I d Rnn0 clnclCe (1 K )C e (1 K )從上式可可得：改變給定電壓能改變穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速；調(diào)整轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，則KK p K s也Ce要改變，因此也能改變穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的定義？與開環(huán)系統(tǒng)比較有何特點(diǎn)？答（ 1）定義：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。K P K SU n*I d RnC e (1

7、K )Ce (1 K )2）特點(diǎn)：1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬的多，2）如果比較同一 N0 的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小的多。3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾能力和控制精度的原因？答：閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在負(fù)反饋基礎(chǔ)上，按偏差進(jìn)行控制。 當(dāng)系統(tǒng)中由于某種原因使被控量偏離希望值而出規(guī)偏差時(shí)，必定產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個(gè)偏差，使被控制量與希望值趨于一致，所以閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾動(dòng)能力和控制精度。反饋控制系統(tǒng)為什么極性不能接錯(cuò)？答：控制系統(tǒng)一般都是負(fù)反饋系統(tǒng)。

8、如果錯(cuò)接成正反饋系統(tǒng)，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)造成超速“飛車 ”或振蕩等故障，后果非常嚴(yán)重。有靜差系統(tǒng)與無(wú)差系統(tǒng)的區(qū)別？答：根本區(qū)別在于結(jié)構(gòu)上(控制器中 )有無(wú)積分控制作用，PI 控制器可消除階躍輸入和階躍擾動(dòng)作用下的靜差，稱為無(wú)靜差系統(tǒng)， P 控制器只能降低靜差，卻不能消除靜差，故稱有靜差系統(tǒng)。15 比例積分 (PI) 調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)？答： PI 調(diào)節(jié)器的輸出電壓UcP i是比例部分， 第二部分1Udt由兩部分組成。 第一部分 K UTli是積分部分。當(dāng) t=0 突加 Ui 瞬間，電容 C 相當(dāng)于短路，反饋回路只有電阻Rf，此時(shí)相當(dāng)于P 調(diào)節(jié)器，輸出電壓 U oK pU i ，隨著電容 C 被充電開始積分，

9、輸出電壓U c 線性增加，只要輸入 Ui 繼續(xù)存在， U c 一直增加飽和值（或限幅值）為止。16 PID 控制各環(huán)節(jié)的作用是什么?答： PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用是：比例環(huán)節(jié) P：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦出現(xiàn)，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以便減少偏差，保證系統(tǒng)的快速性。積分環(huán)節(jié) I：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的控制精度和無(wú)差度。微分環(huán)節(jié) D：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得過(guò)大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。17 下圖為帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，說(shuō)明電流截止負(fù)反饋的工作原理，及這種調(diào)速系統(tǒng)的靜特性特點(diǎn)？答：當(dāng) I

10、 d I dcr時(shí)，電流負(fù)反饋被截止，靜特性和只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式相同，現(xiàn)重寫于下K P K SU n*I d RnC e (1 K )Ce (1 K )當(dāng) I dI dcr 時(shí)，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成KpKs(U*Ucom)(RKpKR )Idnns sC e (1K )C e (1K )特點(diǎn)：（ 1）電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻K p K s Rs ，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂。（ 2）比較電壓U com 與給定電壓 U n*的作用一致，好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高到n0K p K s (U n*U com )Ce (1K )采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)

11、反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的速度是否有靜差？為什么？試說(shuō)明理由。答：采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的速度是無(wú)靜差的。電壓負(fù)反饋實(shí)際是一個(gè)自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)，只有被包圍的電力電子裝置內(nèi)阻引起的穩(wěn)態(tài)速降被減小到 1/（ 1+K ），它的穩(wěn)態(tài)性能比帶同樣放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原理與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋類似。它與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋一樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)節(jié)。光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法主要有哪幾種？各用于何種場(chǎng)合？答：采用中光電式旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法主要有M法測(cè)速， T 法測(cè)速， M/T法測(cè)速，M法適用于測(cè)高速，T 法適用于測(cè)低速，M/T法即適用于測(cè)低速，又適用于測(cè)高速。2-4）為什么

12、PWM 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？答： PWM 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：1） 主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。2） 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1： 10000 左右。4） 若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。5） 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。6） 直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。2-11）調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關(guān)系？為

13、什么說(shuō)“脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了”？答：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母表示， 即Dnm ax 其中， nmax 和 nm in 一般都指電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載nmin很輕的機(jī)械，可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)， 負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率s ，即 snN或用百分比表示 snN100%n0n0在直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速作為最高轉(zhuǎn)速N nnNnN則 snminnNn0nN(1s) nN nminnNssnmaxnN

14、 sDnN (1 s)nmin由上式可看出調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間的關(guān)系。對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)， nN 值一定， 如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求 s 值越小時(shí)， 系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。2-12）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變， 調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無(wú)克服這種干擾的能力？答：（ 1）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有以下三個(gè)基本特征：1）只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被被調(diào)量仍是有靜差的。

15、2）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng)，服從給定。擾動(dòng)性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。3）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)的精度。2）改變給定電壓會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榉答伩刂葡到y(tǒng)完全服從給定作用。3）如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓的分壓比或測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制， 反而會(huì)增大被調(diào)量的誤差。 反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)。2-13）為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無(wú)靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，偏差電壓U0 時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入答：在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，當(dāng)U n 變化時(shí)，只要其極性不變，積分調(diào)節(jié)

16、器的輸出U c便一直增長(zhǎng)；只有達(dá)到U n*U n ，U n0 時(shí)，U c 才停止上升；不到U n變負(fù)，U c 不會(huì)下降。當(dāng)U n0 時(shí)，U c 并不是零，而是一個(gè)終值；如果U n 不再變化，這個(gè)終值便保持恒定而不再變化， 這是積分控制的特點(diǎn)。因此，積分控制可以使系統(tǒng)在無(wú)靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。雖然現(xiàn)在U n0，但歷史上有過(guò)U n，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)需要的控制電壓U c 。2-14）在無(wú)靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中， 轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響？并

17、說(shuō)明理由。答：系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)的精度。 因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響。（ 2-15）在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用，為什么？（ 1）放大器的放大系數(shù)K p ；（ 2）供電電網(wǎng)電壓； （ 3）電樞電阻Ra ；（ 4）電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流；（ 5）電壓反饋系數(shù)。答：在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)放大器的放大系數(shù)K p 發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用再通過(guò)反饋控制作用，因?yàn)樗麄兊淖兓罱K會(huì)影響到轉(zhuǎn)速，減小它們對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流、 電樞電阻Ra 發(fā)生變化時(shí)仍然和開環(huán)系統(tǒng)一樣，因?yàn)殡姌须娮杼幱诜答伃h(huán)外。當(dāng)供電電網(wǎng)

18、電壓發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用。 因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定。當(dāng)電壓反饋系數(shù)發(fā)生變化時(shí)， 它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)量的誤差。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)。（例題 2-1 ）某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為nN =1430r/min ，額定速降 n N =115r/min ，當(dāng)要求靜差率s30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率s 20%，則調(diào)速范圍是多少？如果希望調(diào)速范圍達(dá)到 10，所能滿足的靜差率是多少？解： 在要求 s 30% 時(shí)，允許的調(diào)速范圍為n N s14300.35.3D115 (10.3)nN (1 s)若要求

19、 s 20%，則允許的調(diào)速范圍只有14300.2D3.1115(10.2)若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是DnN10115sD nN14300.446 44.6%nN10 115（例題2-2）某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW ，220V ，305A ，1000r/min ，采用 V-M 系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.2Vmin/r 。如果要求調(diào)速范圍 D=20 ，靜差率s 5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降n N 最多能有多少？解： 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M 系統(tǒng)的額定速降為nNI dN R305 0.18 =27

20、5r/minCe0.2開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為sNnN275nN0.216 21.6%nN 1000 275如要求D 20， s5% ，即要求nN s10000.052.63r / minnN20 (10.05)D(1 s)（例題 2-3 ）在例題 2-2 中，龍門刨床要求D=20 ，s 5%，已知Ks=30 ，= 0.015Vmin/r ，Ce=0.2Vmin/r ，采用比例控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足上述要求時(shí)，比例放大器的放大系數(shù)應(yīng)該有多少？解：已知開環(huán)系統(tǒng)額定速降為nop=275 r/min ，閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為ncl2.63 r/min ，clnopnop2751 103.6由式可得

21、K1nncl1K2.63則得 K pK103.646K s/ Ce 300.015 /0.2即只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46。（例題 2-4 ）在例題2-3 中，系統(tǒng)采用的是三相橋式可控整流電路，已知電樞回路總電阻R 0.18，電感量 L3mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量GD 260 N m2 ，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：電磁時(shí)間常數(shù)L0.0030.0167 sTl0.18R機(jī)電時(shí)間常數(shù)GD2 R60 0.18sTm300.075375Ce Cm3750.20.2晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為Ts0.00167 s為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：Tm (Tl Ts ) Ts20.075(0.016

22、70.00167 ) 0.001672K49.5Tl Ts0.01670.00167閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和例題2-3 中穩(wěn)態(tài)性能要求 K103.6 是矛盾的。（例題 2-5 ）在上題的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，若改用全控型器件的PWM 調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)不變，電樞回路參數(shù)為：R0.1， L1mH， K s44， PWM 開關(guān)頻率為8kHz 。按同樣的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) D =20， s 5%，該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？如果對(duì)靜差率的要求不變，在保證穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)能夠達(dá)到的最大調(diào)速范圍有多少？解：電磁時(shí)間常數(shù)TlL0.001sR0.10.01機(jī)電時(shí)間常數(shù) TmGD2R600.1s375CeC m0.04173750.23

23、00.21晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為Ts0.000125s8000為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：Tm (Tl T s ) Ts20.0417 (0.01 0.000125) 0.0001252K0.01 0.000125339.4T l Ts按照穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D20、 s 5% 要求ncl2.63r/min （見例題1-2）nopI N R305 0.1152.5 r/minCe0.2Knop152.5157ncl12.63PWM 調(diào)速系統(tǒng)能夠在滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求下穩(wěn)定運(yùn)行。若系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀況，K 339.4n clnop152.51 K0.45r / min1 339.4DclnN

24、s10000.05ncl (1s) 0.45(11170.05)第 3 章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用?答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的作用：1）轉(zhuǎn)速 n 跟隨轉(zhuǎn)速給定電壓U *n 變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。突加負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 和電流調(diào)節(jié)器 ACR 均參與調(diào)節(jié)作用， 但轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR處于主導(dǎo)作用，對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。3）其輸出電壓限幅值決定允許最大電流值。電流調(diào)節(jié)器 ACR 的作用起動(dòng)過(guò)程中保證獲得允許最大電流。2) 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其電流給定電壓U *n 變化。電源電壓波動(dòng)時(shí)及時(shí)抗擾作用，使

25、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎不受電源電壓波動(dòng)的影響。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載、堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到安全保護(hù)作用。2 在轉(zhuǎn)速、 電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，出現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動(dòng)與負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，哪個(gè)調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用 ?答：電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，ACR 起主要調(diào)節(jié)作用；負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，ASR 起主要抗擾調(diào)節(jié)作用。3 下圖為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如果要改變雙閉環(huán)有靜差V-M 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)什么參數(shù)?改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器放大系數(shù)K p 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)放大系數(shù)K s 和改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)能行否 ?如果要改變堵轉(zhuǎn)電流應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)?-轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)-電流反饋系數(shù)答：要改變轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)給定電U n* 或轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。，要改變堵轉(zhuǎn)電

26、流，應(yīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值U i* 或改變電流反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程特點(diǎn)是什么？答：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程特點(diǎn)是：飽和非線性控制ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；ASR 不飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng).2）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制，恒流升速可使起動(dòng)過(guò)程盡可能最快。3）轉(zhuǎn)速超調(diào)：只有轉(zhuǎn)速超調(diào)才能使ASR 退飽和。5 下圖為轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，ASR、 ACR均采用PI 調(diào)節(jié)器。（ 1）突增負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)， 則 ACR的輸出電壓 U c 、變流裝置輸出電壓U d ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n ，較之負(fù)載變化前是增加、減少，還是不變？為什

27、么？（2） 如果速度給定 U n* 不變時(shí)，要改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)什么參數(shù)？T LI dLU cC en I L R C eU n*I dL R答： (1)K sU d K sU cK sU n*c, nc(2)因?yàn)?U n*U nn,nU n*, 所以調(diào)節(jié)可以改變轉(zhuǎn)速 n 。6 直流調(diào)速系統(tǒng)有哪些主要性能指標(biāo)?答：直流調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo)包括靜態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)兩個(gè)部分。靜態(tài)主要性能指標(biāo)有調(diào)速范圍D、靜差率s、nN 。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)分成給定控制信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)作用下兩類性能指標(biāo)。給定控制信號(hào)作用下的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有上升時(shí)間t r ，調(diào)節(jié)時(shí)間t s ( 亦稱過(guò)濾過(guò)程時(shí)間)和超調(diào)量% 。擾動(dòng)信

28、號(hào)作用下的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有最大動(dòng)態(tài)速降nmax 、恢復(fù)時(shí)間t v 。7 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過(guò)程可以簡(jiǎn)化為哪兩步?答： 1.選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)2.選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中分別按什么典型型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)？為什么？答：轉(zhuǎn)速環(huán)按典型（ II ）型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗擾能力 (強(qiáng) )，穩(wěn)態(tài)（無(wú)靜差） 。電流環(huán)按典型（ I）型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗擾能力 (稍差 )，超調(diào) （小）。9 如果轉(zhuǎn)速、 電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI 調(diào)節(jié)器， 而改為P 調(diào)節(jié)器， 對(duì)系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能將會(huì)產(chǎn)生什么影響？答：改為 P 調(diào)節(jié)器時(shí)其輸出量總是正比于輸入量， PI 調(diào)節(jié)器的輸出量在動(dòng)態(tài)過(guò)程中決定于輸入量的積分， 到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)

29、， 輸入為零， 輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。3-6）在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)？改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)K n行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)K s 行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)行不行？若要改變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系U *nU nnn0因此轉(zhuǎn)速n 是由給定電壓U n* 決定的； 改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)也可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)K n和電力電子變換器的放大倍數(shù)K s 不可以。3-7）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)

30、節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？答：當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 的輸出限幅電壓U im*決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR 的輸出限幅電壓U cm 限制了電力電子變換器的最大輸出電壓U dm 。3-9）試從下述五個(gè)方面來(lái)比較轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：（ 1）調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性； （2）動(dòng)態(tài)限流性能； （ 3）起動(dòng)的快速性； （ 4）抗負(fù)載擾動(dòng)的性能；（ 5）抗電源電壓波動(dòng)的性能。答：（ 1）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n 是由給定電壓U *n決定的。ASR的輸出量U i* 是由負(fù)

31、載電流I dL決定的。控制電壓U c 的大小則同時(shí)取決于n 和I d，或者說(shuō)，同時(shí)取決于U n* 和I dL 。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算是和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似。（ 2）帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點(diǎn)：電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻K p K s Rs ，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂；比較電壓 U com 與給定電壓U n* 的作用一致， 好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高了。這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。4）由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出， 負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后

32、， 因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR 時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。（ 5）在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯， 因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中， 由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)， 電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善。第 5 章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)1 異步電動(dòng)機(jī)從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pm中，有一部分是與轉(zhuǎn)差成正比的轉(zhuǎn)差功率Ps根據(jù)對(duì)Ps 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(shuō)明。答：從能量轉(zhuǎn)換的角度上看，轉(zhuǎn)差功

33、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。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(shí)效率越低， 它是以增加轉(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)） 。可是這類系統(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。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(guò)變流裝置饋出或饋入， 轉(zhuǎn)速越低， 能饋送的功率越多， 繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)

34、速屬于這一類。 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，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設(shè)備。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(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。其中變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的， 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。2 異步交流電機(jī)變頻器上電壓和頻率為什么要協(xié)調(diào)控制？答：在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持

35、電機(jī)中每極磁通量m為額定值不變。如果磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過(guò)分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。在交流異步電機(jī)中， 磁通m 由定子和轉(zhuǎn)子磁勢(shì)合成產(chǎn)生，因?yàn)橛?Eg4.44 f1 N skNS m ，此式可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可達(dá)到控制磁通m的目的。3 在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，為什么要保持每極磁通量為額定值不變?對(duì)直流電機(jī)和交流異步電機(jī)，分別采用什么方法使電機(jī)每極的磁通恒定?答：異步電動(dòng)機(jī)的氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E g4.44 f1 N s k NsmE g如果使c 氣隙磁鏈保持不變，要保持直流電機(jī)的磁通

36、恒定，因?yàn)槠鋭?lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)f1立的， 只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，容易做到保持磁通恒定。要保持交流異步電機(jī)的磁通恒定，必須采用恒壓頻比控制。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，當(dāng)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 sE g ，則得U sC 。這是恒壓頻比的控制方式。 但是，f1在低頻時(shí)U s 和 Eg都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓U s 抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。5 下圖為異步電動(dòng)機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性，交流異步電動(dòng)機(jī)的恒壓頻比控制有哪三種方式 ?試就其實(shí)現(xiàn)難易程度、機(jī)械特性等

37、方面進(jìn)行比較。a）恒壓頻比控制b）恒定子磁通控制c）恒氣隙磁通控制d）恒轉(zhuǎn)子磁通控制答： E gc ，氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)/輸入頻率為恒值，機(jī)械特性非線性，難f1實(shí)現(xiàn)，加定子電壓補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)，改善低速性能。Tmax ， nm 與頻率無(wú)關(guān)，機(jī)械特性平行，硬度相同，類似于直流電動(dòng)機(jī)的降壓調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。U1c ，定子相電壓 /輸入頻率為恒值， U1定子相電壓，機(jī)械特性非線性，易實(shí)現(xiàn)。f1f1接近額定頻率時(shí)，Tmax 變化不大，f1 的降低， Tmax 變化較大，在低速時(shí)甚至拖不動(dòng)負(fù)載。實(shí)際上U1c ，由于頻率很低時(shí)定子電阻損耗相對(duì)較大，不可忽略，故必須進(jìn)行定子電壓f 1補(bǔ)償。Erc

38、 ，轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)/輸入頻率為恒值， Er 轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定f 1子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗)轉(zhuǎn)子磁鏈恒值，機(jī)械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能好，最難實(shí)現(xiàn)。這是矢量控制追求的目標(biāo)。6 交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)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(zhuǎn)矩、功率呈現(xiàn)怎樣的變化規(guī)律?答：恒磁通調(diào)速 (基頻以下 )U1c ，并補(bǔ)償定子電阻損耗。恒功率調(diào)速 (基頻以上 )升高電源f1電壓時(shí)不允許。在頻率上調(diào)時(shí)，只能保持電壓不變。頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動(dòng)機(jī)的弱磁增速。交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主要有哪兩種？答：交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主要

39、有兩種：有恒磁通控制和恒功率控制兩種，其中恒磁通控制又稱恒轉(zhuǎn)矩控制。8 什么是脈沖寬度調(diào)制（PWM ）?答：利用電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)可變的電壓，并通過(guò)控制脈沖寬度或周期達(dá)到變壓變頻的目的。9 什么是 SPWM 控制方式 ?答： SPWM即以正弦波作為調(diào)制信號(hào)對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，產(chǎn)生一組等幅而脈沖寬度正比干正弦波的矩形脈沖。將該組脈沖作為逆變器開關(guān)元件的控制信號(hào)，從而在逆變器負(fù)載上(多為異步電動(dòng)機(jī))得到與控制信號(hào)波形相同，等效于正弦波的驅(qū)動(dòng)電壓。10 什么是電壓型逆變器8 個(gè)電壓狀態(tài)形成的電壓空間矢量圖？并說(shuō)明定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡。圖基本電壓空間矢量圖圖正六邊形定子磁鏈軌

40、跡圖電壓空間矢量的6 個(gè)扇區(qū)答：電壓型逆變器，為三組六個(gè)開關(guān)同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)互為反向：一個(gè)接通“1”，另一個(gè)斷開“ 0”。逆變器 8 個(gè)電壓狀態(tài)：V 1(100) ，V 2(010) ，V 3(010) ，V 4(011) ，V 5(001) ，V 6(101) 構(gòu)成正六邊形的項(xiàng)點(diǎn)，V 7(111) ，V 0(000) 位于正六邊形的中心。由相電壓波形圖可直接得到逆變器的各開關(guān)狀態(tài)，兩者的開關(guān)狀態(tài)順序一致6 個(gè)狀態(tài)一個(gè)周期(狀態(tài)1狀態(tài)6)，相電壓波形幅值一致：2U d/ 3和4U d/ 3。忽略定子電阻和漏感的影響，定子回路的電壓平衡方程式為：us es d s / dt 或 s usts0

41、s0 一定子磁鏈的初始值。從電壓型逆變器 8 個(gè)電壓狀態(tài)形成的電壓、空間矢量圖可見：定子磁鏈?zhǔn)噶縮 的增長(zhǎng)方向，即s 矢頭的運(yùn)動(dòng)方向決定于電壓矢量us 的方向；定子磁鏈空間矢量頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和軌跡對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的電壓空間矢量的作用方向。只要定子電阻壓降比起定子電壓足夠小，這種平衡就能得到很好地近似)，在適當(dāng)?shù)貢r(shí)候依次給出定子電壓空間矢量，則得到的定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡依次按V1V6 運(yùn)動(dòng)， 形成正六邊形磁鏈。正六邊形的六條邊代表磁鏈空間矢量一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)軌跡，稱區(qū)段(扇區(qū) ) S1 -區(qū)段 (扇區(qū))S6 。s 矢頭的運(yùn)動(dòng)速率與us 的幅值 U s 成正比；若 us0則s 停止運(yùn)動(dòng)(V 0、 V7)若有

42、效電壓矢量依照矢量圖V1V 2V3V 4V5V6 的次序交替作用，且作用時(shí)間相等，s 矢頭的運(yùn)動(dòng)軌跡為一正六邊形。11 什么是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)調(diào)速?答：在轉(zhuǎn)差率s 很小的范圍內(nèi)，只要能夠維持氣隙磁通m 不變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率s成正比， 即在異步電機(jī)中，控制轉(zhuǎn)差率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。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幾個(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

43、效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 m 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 m 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( 1 , I s)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 1 = s + ，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(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)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。(5-8)兩電平 PWM 逆變器主回路，采用雙

44、極性調(diào)制時(shí)，用“1”表示上橋臂開通， “ 0”表示上橋臂關(guān)斷，共有幾種開關(guān)狀態(tài)，寫出其開關(guān)函數(shù)。根據(jù)開關(guān)狀態(tài)寫出其電壓空間矢量表達(dá)式，畫出空間電壓矢量圖。解：兩電平PWM 逆變器主回路：交 -直 -交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖采用雙極性調(diào)制時(shí)，忽略死區(qū)時(shí)問(wèn)影響，用“ 1”表示上橋臂開通， “ 0”表示下橋臂開通，逆變器輸出端電壓：U dSx12u xU dSx02u xU d (2Sx 1)2u s(u Au B e juC e j 2 )以直流電源中點(diǎn)O 為參考點(diǎn)(5-9)當(dāng)三相電壓分別為uAO ，u BO ， uCO ，如何定義三相定子電壓空間矢量u AO ， u BO ， u CO 和合成矢量

45、u s，寫出他們的表達(dá)式。解： A ， B ，C 為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量:u AOuAOu BOuBO e ju COuCO e j 2u su AO u BO u CO u AO uBO e juCO e j 2電壓空間矢量(5-10)忽略定子電阻的影響,討論定子電壓空間矢量us 與定子磁鏈s 的關(guān)系。當(dāng)三相電壓 uAO 、uBO 、 uCO 為正弦對(duì)稱時(shí)，寫出電壓空間矢量us 與定子磁鏈s 的表達(dá)式，畫出各自的運(yùn)動(dòng)軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式：u sdsRsi sdt忽略定子電阻的影響，u sd s 或sus dtdt即電壓空間矢最的積分為定子磁鏈的增量

46、。當(dāng)三相電壓為正弦對(duì)稱時(shí)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量ssej (1t)us1 sej ( 1t)電壓空間矢量2圖旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡圖電壓矢量圓軌跡(5-12)兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有有限的，若期望輸出電壓矢量us 的幅值小于2U d3，空間角度任意，如何用有限的PWM逆變器輸出電壓矢量來(lái)逼近期望的?解：兩電平 pWM 逆變器有六個(gè)基本空間電壓矢量， 這六個(gè)基本空間電壓矢量將電壓空間矢量分成六個(gè)扇區(qū)， 根據(jù)空間角度 確定所在的扇區(qū)， 然后用扇區(qū)所在的兩個(gè)基本空間電壓矢量分別作用一段時(shí)間等效合成期望的輸出電壓矢量。第 6 章基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)從動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以看

47、出三相異步電動(dòng)機(jī)是什么樣的一個(gè)系統(tǒng)？答：從動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以看出三相異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)混合的多變量系統(tǒng)，三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括哪幾類方程？答：三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括：電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程。3 將三相交流電機(jī)變換成兩極直流電機(jī)的物理模型要經(jīng)過(guò)的坐標(biāo)變換有哪些?答：先將靜止的三相坐標(biāo)A - B - C 轉(zhuǎn)換成靜止的兩相坐標(biāo)-，再將靜止的兩相坐標(biāo)-換成旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)d- q或同步兩相坐標(biāo)(M-T)。4 坐標(biāo)變換有哪些?坐標(biāo)變換原則有哪兩種?答：坐標(biāo)變換有：靜止的三相坐標(biāo) (A - B- C) - 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo) (d- q- 0)，旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo) (d- q

48、) - 靜止的三相坐標(biāo) (A - B - C)，靜止的三相坐標(biāo) (A - B- C) - 靜止的兩相坐標(biāo) ( - - 0 )靜止的兩相坐標(biāo) ( - - 0 )- 靜止的三相坐標(biāo) (A - B- C)靜止的兩相坐標(biāo) ( - )- 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo) (d- q) ，旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo) (d- q) - 靜止的兩相坐標(biāo) ( - )直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)5 異步電動(dòng)機(jī)的等效二相模型為什么簡(jiǎn)單?答：四個(gè)方程中的為0 項(xiàng)很多，轉(zhuǎn)矩和磁通分開控制(相互垂直)。6 磁鏈定向方法有哪些?分別采用了哪種坐標(biāo)系?答：磁鏈定向方法有兩種：1) 按轉(zhuǎn)子磁鏈r 定向：控制性能最好，但轉(zhuǎn)子磁鏈不易測(cè)量和控制；采用M - T 坐標(biāo)系；2

49、)按定子磁鏈s 定向：定子磁鏈最容易測(cè)量和控制，但控制性能不好；采用-坐標(biāo)系。什么是矢量控制系統(tǒng)（ VCS ）?并簡(jiǎn)述其工作原理。圖矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖答：將異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換可以等效成直流電動(dòng)機(jī)， 那么，模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量， 經(jīng)過(guò)坐標(biāo)反變換， 就能夠控制異步電動(dòng)機(jī)。 由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流 (代表磁動(dòng)勢(shì) ) 的空間矢量，所以這樣通過(guò)坐標(biāo)變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCS(Vector Control System)。8 下圖為異步電動(dòng)機(jī)矢量控制原理結(jié)構(gòu)圖，A， B， C，D分別為坐標(biāo)變換模塊，請(qǐng)指出它們分別表示什么變換？這些變換的等效原則是什么？給定

50、信號(hào)i* mi*i* Ai Aii m等效直流電i* B電流控制 i B控制器Ai*BC i D動(dòng)機(jī)模型+i* C變頻器iCiti* t異步電動(dòng)機(jī)1反饋信號(hào)答： A 矢量旋轉(zhuǎn)逆變換VR 1 ，二相靜止坐標(biāo)變成三相靜止坐標(biāo)變換三相靜止坐標(biāo)系變成二相靜止坐標(biāo)變換D 矢量旋轉(zhuǎn)變換VR，將二相靜止坐標(biāo)下的互相垂直的交流信號(hào)變換成二相旋轉(zhuǎn)的互相垂直的直流信號(hào)。等效變換的原則是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效或磁動(dòng)勢(shì)等效。9 下圖為異步電動(dòng)機(jī)矢量變換與電流解耦數(shù)學(xué)模型，A，B 分別為坐標(biāo)變換模塊，請(qǐng)指出它們分別表示什么變換？這些變換的等效原則是什么？iAisismLmriBABTr p 1TLi stiCisL mTen p

51、npJpLr答： A 三相靜止坐標(biāo)系變成二相靜止坐標(biāo)變換B 矢量旋轉(zhuǎn)變換VR 將二相靜止坐標(biāo)下的互相垂直的交流信號(hào)變換成二相旋轉(zhuǎn)的互相垂直的直流信號(hào)。其等效變換的原則是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效或磁動(dòng)勢(shì)等效。簡(jiǎn)述直接轉(zhuǎn)矩控制的工作原理，并比較它與矢量控制的異同點(diǎn)。答： 1) 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)利用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)下計(jì)算和控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，它采用定子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)(Band-B and 控制 )產(chǎn)生PWM信號(hào)， 直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化處理，沒(méi)有通常的PWM信號(hào)發(fā)生器， 它的控制思想新穎，控

52、制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 控制手段直接， 信號(hào)處理的物理結(jié)構(gòu)明確。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)。且無(wú)超調(diào)，是一種具有高性能的交流調(diào)速方法。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同點(diǎn)是：兩者都要對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同異點(diǎn)如下：直接轉(zhuǎn)矩控制只利用定子側(cè)參數(shù)，而矢量變換控制是利用轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)，這些參數(shù)容易受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的影響； 直接轉(zhuǎn)矩控制在靜止的坐標(biāo)系中進(jìn)行，控制運(yùn)算比矢量變換控制簡(jiǎn)單；直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行閉環(huán)控制，準(zhǔn)確性高， 動(dòng)態(tài)性好， 而矢量控制則過(guò)分要求圓磁磁鏈和正弦波電流； 直接轉(zhuǎn)矩控制和直接磁鏈控制采用滯環(huán)，參數(shù)選擇適當(dāng)可彌補(bǔ)由直接轉(zhuǎn)矩控制引起的速度下降。 直接轉(zhuǎn)矩控制利用

53、相電壓矢量的概念， 對(duì)逆變器的功率開關(guān)進(jìn)行綜合控制，開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗少。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(jiǎn)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(dòng)勢(shì)完全一致。交流電機(jī)三相對(duì)稱的靜止繞組A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦電流時(shí)，所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速1（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(dòng)勢(shì)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(duì)稱的多相繞

54、組，通以平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，當(dāng)然以兩相最為簡(jiǎn)單。在三相坐標(biāo)系下的iA 、i B 、i C，在兩相坐標(biāo)系下的i、 i 和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流im、 i t 是等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。這樣通過(guò)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。試分析并解釋矢量控制系統(tǒng)與直流轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。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(jì)轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實(shí)行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍；但按定子r定向受電動(dòng)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(shí)行 T e 與 s

55、 砰 -砰控制， 避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換， 簡(jiǎn)化了控制結(jié)構(gòu)； 控制磁鏈而不是轉(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。6-7）試比較轉(zhuǎn)子磁鏈的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)計(jì)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) T r，磁飽和程度將影響電感 L m 和 L r，從而 T r 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Rr 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)變化的影響較小，而且算法簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。但是，由于電壓模型包含純積分項(xiàng)，積分的初始值和累積誤