内容发布更新时间 : 2024/5/12 11:36:55星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
2.转速反馈系数：α=Un*m/nm 3.电流反馈系数：β=Ui*m/Idm 1.转速电流反馈控制直流调速系统-系统原理图： 2.转速电流反馈控制直流调速系统-稳态结构图： 3.转速电流反馈控制直流调速系统-动态结构图： 1.时间最优的理想过渡过程： 2.双闭环直流调速系统静特性：
第4章
一、可以作为填空题或简答题的
4-1 直流 PWM 可逆调速系统中当电动机停止时，电枢电压瞬时值（）零，是（正负脉宽相等的交 变脉冲电压） ，故（电流也是交变的） ，称为（高频微振电流） ，其平均值为（） ，不能产生（平 均转矩） 。
4-2 高频微振电流对电机有何影响？ 答：消除电机正反向时的静摩擦死区，起动力润滑作用。同时也增大了电机的损耗。 二、公式和特性
1.双极式控制可逆 PWM 变换器输出电压平均值：Ud=(2ton/T-1)Us 1.调速系统四象限运行-示意图： 2.桥式可逆 PWM 变换器电路-原理图： 3.桥式可逆 PWM 调速系统主电路-原理图：
第5章
5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电机机械特性越软调速范围越大吗？
答：带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为 0 5-2 异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可 行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保持电压恒定？ 答：因为定子电压频率变化时，将导致气隙磁通变化，影响电动机工作。 在整个调速范围内，若保持电压恒定，则在基频以上时，气隙磁通将减少，电动机将出力不 足；而在基频以下时，气隙磁通将增加，由于磁路饱和，励磁电流将过大，电动机将遭到破坏。 因此保持电压恒定不可行。 在基频以下时，若保持电压不变，则气隙磁通增加，由于磁路饱和，将使励磁电流过大，破 坏电动机，故应保持气隙磁通不变，即保持压频比不变，即采用恒压频比控制；而在基频以上 时，受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制，电压不能随之升高，故保持电压恒定。 5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什 么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率和恒转 矩调速究竟是指什么？ 答：在基频以下调速，采用恒压频比控制，则磁通保持恒定，又额定电流不变，故允许输出 转矩恒定，因此属于恒转矩调速方式。 在基频以下调速，采用恒电压控制，则在基频以上随转速的升高，磁通将减少，又额定电流 不变，故允许输出转矩减小，因此允许输出功率基本保持不变，属于恒功率调速方式。 恒功率或恒转矩调速方式并不是指输出功率或输出转矩恒定， 而是额定电流下允许输出的功 率或允许输出的转矩恒定。 5-4 基频以下调速可以是恒压频比控制，恒定子磁通 φms、恒气隙磁通 φm 和恒转子磁通 φmr 的 控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。 答：恒压频比控制最容易实现，其机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能满足一般调 速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。 恒定子磁通 φms、恒气隙磁通 φm 和恒转子磁通 φmr 的控制方式均需要定子电压补偿，控制 要复杂一些。恒定子磁通 φms 和恒气隙磁通 φm 的控制方式虽然改善了低速性能，但机械特性还 是非线性的，仍受到临界转矩的限制。 恒转子磁通 φmr 控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。 5-5 常用的交流 PWM 有三种控制方式，分别为 SPWM、CFPWM 和 SVPWM，论述它们的基本特征及各 自的优缺点。 答：略。 5-6 分析 CFPWM 控制中，环宽 h 对电流波动与开关频率的影响。 答：略。 5-7 三相异步电动机 Y 联结，能否将中性点与直流侧参考点短接？为什么？ 答：不宜。因为当电动机发生故障或不正常运行时其中性点可能会有不平衡电流流过。 5-8 当三相异步电动机由正弦对称电压供电，并达到稳态时，可以定义电压相量 U、电流相量 I 等，用于分析三相异步电动机的稳定工作状态，5.4.5 节定义的空间矢量 us、is 与相量有何区 别？在正弦稳态时，两者有何联系？ 答：空间矢量位置固定（如空间矢量 uAO 固定在 A 相绕组轴线上） ，但大小随时间变化； 而相量大小是不变的（如有效值相量其大小即为稳态时的有效值） ，但位置随相角变化。 稳态时，空间矢量相当于一种相角固定的瞬时值相量。 5=9 采用 SVPWM 控制， 用有效工作电压矢量合成期望的输出电压， 由于期望输出电压矢量是连续 可调的，因此，定子磁链矢量轨迹可以是圆，这种说法是否正确？为什么？ 答：不正确。尽管期望输出电压矢量是连续的，然而其作用时间是断续的，因此定子磁链矢 量只能是断续的。 5-10 总结转速闭环转差频率控制系统的控制规律，若 Us=f（ω1，Is）设置不当，会产生什么影 响？一般说来，正反馈系统是不稳定的，而转速闭环转差频率控制系统具有正反馈的内环，系 统却能稳定，为什么？ 答： 一、可以作为填空题或简答题的 5-1 简述矢量控制的基本思想。 答： 将逆变器和交流电动机视为一体， 以在电机内产生圆形旋转磁场为目标来控制变频器工 作。 5-2 异步电动机变压变频调速系统中，基频以下调速采用（恒压频比）控制，称为（恒转矩）调 速；基频以上采用（保持电压不变）控制，称为（近似的恒功率调速） 。为什么？略 5-3 六拍式逆变器控制的异步电动机正六边形定子磁链的大小与（直流侧电压 Ud）成正比，而 与（电源角频率）成反比。在基频以下调速时，应（保持正六边形定子磁链的最大值恒定） 。若 直流侧电压 Ud 恒定，则ω1 越小时，△t 越大，势必导致（|Ψs（k）|）增大。因此，要保持 正六边形定子磁链不变，必须使 Ud/ω1 为常数，这意味着在变频的同时必须调节直流电压 Ud， 造成了控制的复杂性。有效的方法是（插入零矢量） 。 5-4 简述转差频率控制的基本思想。 答：保持（气隙磁通φm 不变）的前提下，通过控制（转差频率ωs）来控制（转矩） 。 5-5 转差频率控制变压变频调速系统通过（最大转差频率）间接限制（了最大的允许电流） 。 5-6 与直流调速系统相似，转差频率控制变压变频调速系统起动过程分为（转矩上升）（恒转矩 、 升速）与（转速调节）三个阶段：在恒转矩升速阶段， （ASR）不参与调节，相当于（转速开环） ， 在正反馈内环作用下，保持（加速度恒定） ；转速超调后，ASR（退出饱和） ，进入（转速调节阶 段） ，最后达到稳态。 5-7 简述转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统起动过程。 答：转矩上升阶段： 恒转矩升速阶段： 转速调节： 二、公式和特性 1.公式略 1.异步电动机等效电路图： 2.交- 直-交电压源型 PWM 变频器主电路： （各个元件作用需知） 3.转速开环变压变频调速系统-系统原理图： 4.转速闭环转差频率控制变压变频调速系统-系统原理图： 1.异步电动机调压调速机械特性： 2.异步电动机转子串阻调速机械特性： 3.异步电动机变压变频调速机械特性： 4.异步电动机变压变频调速控制特性： 第6章 一、可以作为填空题或简答题的 6-1 异步电动机的动态数学模型是一个（高阶、非线性、强耦合）的（多变量）系统。 6-2 异步电动机的动态数学模型由（磁链方程、电压方程、转矩方程、运动方程）组成。 6-3 异步电动机每个绕组的磁链是（自感磁链）和（互感磁链）之和。 6-4 绕组间的互感分为哪几类？ 答：定子三相彼此之间和转子三相彼此之间的互感，因其位置固定，故为常值。 定子任一相与转子任一相之间的互感，因其相对位置变化，故为（角位移）的函数。 6-5 为什么说异步电动机的三相原始数学模型不是物理对象最简洁的描述？ 答：由异步电动机三相数学模型的约束条件（。。 。）可知，对于无中性线 Y/Y 联结绕组的电 动机，三相变量中只有两相是独立的。 6-6 不同坐标系中电动机模型等效的原则是： （在不同坐标下绕组所产生的合成磁动势相等） 6-7 三相绕组可以用（互相独立的两相正交对称绕组）等效代替，等效的原则是（） 。 6-8 坐标变换有（3/2 变换及其反变换）和（2r/2s 变换及其反变换） 。 6-9 异步电动机通过坐标变换简化其数学模型时， 若以静止正交坐标为变换方向， 定转子绕组的 变换方式有何不同？ 答：异步电动机定子绕组是静止的，因此只要进行（3/2 变换）即可，而转子绕组是旋转的， 因此必须通过（3/2 变换）及（2r/2s 变换） ，才能变换到（静止两相正交坐标系） 。 6-10（3/2 变换）将（按 2π/3 分布的三相绕组）等效为（互相垂直的两相绕组） ，消除了（定 子三相绕组间）以及（转子三相绕组间）的相互耦合，减小了状态变量的维数，简化了定转子 的自感矩阵。 6-11（2r/2s 变换）将（相对运动的定转子绕组）等效为（相对静止的等效绕组） ，消除了（定 转子绕组间夹角对磁链和转矩的影响） 。 6-12（2r/2s 变换）将非线性耦合矛盾从磁链方程转移到电压方程，没有改变对象的（非线性耦 合程度。 ） 6-13（2s/2r 变换）是用（旋转绕组）代替（原来静止的定子绕组） ，并使等效的转子绕组与等 效的定子绕组（重合） ，且保持（严格同步） ，等效后定转子绕组间（不存在）相对运动。 6-14（静止正交坐标系动态数学模型）—>（旋转正交坐标系动态数学模型）转速为（） 。 6-15 旋转正交坐标系的优点在于（增加了一个输入量ω1，提高了系统控制的自由度） 。 二、公式和特性 1.异步电动机三相动态数学模型：磁链方程+电压方程+转矩方程+运动方程+约束条件： 习题解答（供参考） 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100rmin，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：?n?nnsD(1?s)?1000?0.02(10?0.98)?2.04rpm 系统允许的静态速降为2.04rpm。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为n0max?1500rmin，最低转速特性为 n0min?150rmin，带额定负载时的速度降落?nN?15rmin，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 D?nmaxnmin(均指额定负载情况下） nmax?n0max??nN?1500?15?1485 nmin?n0min??nN?150?15?135 D?nmaxnmin?1485135?11 2) 静差率 s??nNn0?15150?10% 2.4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 解：Ce?(UN?INRa)nN?(220?378?0.023)1430?0.1478Vrpm ?378?(0.02?3 ?n?INRCe(1?s)]?143?0 D?nNS[?n(1?s)]?143?0 D?nNS[?n0.022)0.?147r8p m1150.2[?115?(1?0. 2)]0.3[?115?(1?0. 3)]3.15.33 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。已知直流电动机 PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000rmin，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V? min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落?nN为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率SN多少？ （3）若要满足D=20,s≤5%的要求，额定负载下的转速降落?nN又为多少? 解：(1)?nN?IN?RCe?305?0.180.2?274.5r/min (2) SN??nNn0?274.5(1000?274.5)?21.5% (3) ?n?nNS[D(1?s)]?1000?0.05[20?0.95]?2.63r/min *2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压Uu?8.8V、比例调节器 放大系数KP?2、晶闸管装置放大系数KS?15、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压Ud；（2）若把反馈线断开，Ud为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈 *系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压Uu 应为多少？ 解：（1）Ud?KpKsUu(1?KpKs?)?2?15?8.8(1?2?15?0.7)?12V (2) Ud?8.8?2?15?264V,开环输出电压是闭环的22倍 (3) Uu?Ud(1?KpKs?)KpKs?12?(1?2?15?0.35)(2?15)?4.6V 2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min，要求系统的静差率s?5%，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 解： 1）D?nNs/?nN?1?s? **10?1500?2%/?nN?98% ?nN?1500?2%/98%?10?3.06r/min 2）K??nop/?ncl?1?100/3.06?1?31.7 ??