电力拖动自动控制新版系统运动控制新版系统阮毅陈伯时课后参考答案仅供参考.docx

第五章思索题5-1 对于恒转矩负载，为何调压调速调速范围不大？电动机机械特征越软，调速范围越大吗？答：对于恒转矩负载，一般笼型异步电动机降压调速时稳定工作范围为0SSm 所以调速范围不大。电动机机械特征越软，调速范围不变，因为Sm不变。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，采取恒压频比控制，而在基频以上保留电压恒定？答：当异步电动机在基频以下运行时，假如磁通太弱，没有充足利用电动机铁心，是一个浪费；假如磁通，又会使铁心饱和，从而造成过大励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。当频率从额定值向下调整时，必需同时降低Eg使，即在基频以下应采取电动势频率比为恒值控制方法。然而，异步电动机绕组中电动势是难以直接检测和控制。当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压。在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行。在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将造成磁通和频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。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法？为何？所谓恒功率或恒转矩调速方法，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率或恒转矩调速到底是指什么？答：在基频以下，因为磁通恒定，许可输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方法；在基频以上，转速升高时磁通减小，许可输出转矩也随之降低，输出功率基础不变，属于“近似恒功率调速”方法。5-4基频以下调速能够是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通控制方法，从机械特征和系统实现两个方面分析和比较四种控制方法优缺点。答：恒压频比控制：恒压频比控制最轻易实现，它变频机械特征基础上是平行下移，硬度也很好，能够满足通常调速要求，低速时需合适提升定子电压，以近似赔偿定子阻抗压降。在对于相同电磁转矩，角频率越大，速降落越大，机械特征越软，和直流电动机弱磁调速相同。在基频以下运行时，采取恒压频比控制方法含有控制简便优点，但负载改变时定子压降不一样，将造成磁通改变，所以需采取定子电压赔偿控制。依据定子电流大小改变定子电压，以保持磁通恒定。恒定子磁通：即使改善了低速性能，但机械特征还是非线性，仍受到临界转矩限制。频率改变时，恒定子磁通控制临界转矩恒定不变 。恒定子磁通控制临界转差率大于恒压频比控制方法。恒定子磁通控制临界转矩也大于恒压频比控制方法。控制方法均需要定子电压赔偿，控制要复杂部分。恒气隙磁通：即使改善了低速性能，但机械特征还是非线性，仍受到临界转矩限制。保持气隙磁通恒定： ，除了赔偿定子电阻压降外，还应赔偿定子漏抗压降。和恒定子磁通控制方法相比较，恒气隙磁通控制方法临界转差率和临界转矩更大，机械特征更硬。控制方法均需要定子电压赔偿，控制要复杂部分。恒转子磁通：机械特征完全是一条直线，能够取得和直流电动机一样线性机械特征，这正是高性能交流变频调速所要求稳态性能。5-5常见交流PWM有三种控制方法，分别为SPWM、CFPWM和SVPWM，叙述它们基础特征、各自优缺点。答：SPWM：特征：以频率和期望输出电压波相同正弦波作为调制波，以频率比期望波高得多等腰三角波作为载波。由它们交点确定逆变器开关器件通断时刻，从而取得幅值相等、宽度按正弦规律改变脉冲序列。优缺点：一般SPWM变频器输出电压带有一定谐波分量，为降低谐波分量，降低电动机转矩脉动，能够采取直接计算各脉冲起始和终了相位方法，以消除指定次数谐波。CFPWM：特征：在原来主回路基础上，采取电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值。优缺点：在稳态时，尽可能使实际电流靠近正弦波形，这就能比电压控制SPWM取得愈加好性能。精度高、响应快，且易于实现。但功率开关器件开关频率不定。SVPWM：特征：把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器工作，磁链轨迹控制是经过交替使用不一样电压空间矢量实现。优缺点：8个基础输出矢量，6个有效工作矢量和2个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用1次方法，生成正6边形旋转磁链，谐波分量大，造成转矩脉动。 用相邻2个有效工作矢量，合成任意期望输出电压矢量，使磁链轨迹靠近于圆。开关周期越小，旋转磁场越靠近于圆，但功率器件开关频率将提升。用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。和通常SPWM相比较，SVPWM控制方法输出电压最多可提升15%。5-6分析电流滞环跟踪PWM控制中，环宽h对电流波动于开关频率影响。答：当环宽h选得较大时，开关频率低，但电流波形失真较多，谐波分量高；假如环宽小，电流跟踪性能好，但开关频率却增大了。5-7三相异步电动机Y联结，能否将中性点和直流侧参考点短接？为何？答：能。即使直流电源中点和交流电动机中点电位不等，但合成电压矢量表示式相等。所以，三相合成电压空间矢量和参考点无关。能够将中性点和直流侧参考点短接。5-8当三相异步电动机由正弦对称电压供电，并达成稳态时，能够定义电压向量U、电流向量I等，用于分析三相异步电动机稳定工作状态，4.2.4节定义空间矢量和向量有何区分？在正弦稳态时，二者有何联络？答：相量是从时间域三角函数到复指数函数映射,空间矢量是从空间域三角函数到复指数函数映射。相量正弦性表现为时间域正弦性,空间矢量正弦性表现为空间域正弦性。从本质看它们全部是正弦性,但从形式上看,相量正弦性还表现为复数在旋转,而空间矢量正弦性则仅表示原象在空间按正弦规律改变。当然,也有旋转空间矢量,但此时空间矢量旋转性也是因为电流在时间上按正弦规律改变而引发,并不起因于空间矢量本身正弦性。5-9采取SVPWM控制，用有效工作电压矢量合成期望输出电压矢量，因为期望输出电压矢量是连续可调，所以，定子磁链矢量轨迹能够是圆，这种说法是否正确？为何？答：实际定子磁链矢量轨迹在期望磁链圆周围波动。N越大，磁链轨迹越靠近于圆，但开关频率随之增大。因为N是有限，所以磁链轨迹只能靠近于圆，而不可能等于圆。5-10总结转速闭环转差频率控制系统控制规律，若设置不妥，会产生什么影响？通常来说，正反馈系统是不稳定，而转速闭环转差频率控制系统含有正反馈内环，系统却能稳定，为何？答：控制规律：1）在 范围内，转矩基础上和转差频率成正比，条件是气隙磁通不变。2）在不一样定子电流值时，按定子电压赔偿控制电压频率特征关系控制订子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。若 设置不妥，则不能保持气隙磁通恒定。通常来说，正反馈系统是不稳定，而转速闭环转差频率控制系统含有正反馈内环，系统却能稳定，是因为还设置了转速负反馈外环。习题5-1（1）T形等效电路：简化等效电路：（2） （3） （4）临界转差率： 临界转矩： 5-2 气隙磁通随定子电压降低而减小，属于弱磁调速。额定电流下电磁转矩： Us可调，电磁转矩和定子电压平方成正比伴随定子电压降低而减小。带恒转矩负载时，一般笼型异步电动机降压调速时稳定工作范围为0SSm，调速范围有限。带风机类负载运行，稳定运行范围能够稍大部分0S1时，逆变电压减小，但电动机转速不能立即改变，所以将增大，电磁转矩增大，使电动机加速。伴随电动机转速增高，降低，回落，直到新平衡状态，电动机在增高了转速下稳定运行。3停车 对于处于低同时转速下运行双馈调速系统，必需在异步电动机转子侧输入电功率时才能实现制动。在串级调速系统中和转子连接是不可控整流装置，它只能从电动机转子侧输出电功率，而不可能向转子输入电功率。所以串级调速系统没有制动停车功效。只能靠减小角减小，并依靠负载阻转矩作用自由停车。7-3在不一样b角下异步电动机串级调速时机械特征是近似平行，其工作段类似于直流电动机变压调速机械特征。因为转子回路阻抗影响，异步电动机串级调速时机械特征比其固有特征要软得多。受转子回路电阻增加影响：当电机在最高转速特征上（b = 90）带额定负载，也难以达成其额定转速。受转子回路漏抗增加影响：整流电路换相重合角将加大，并产生强迫延迟导通现象，使串级调速时最大电磁转矩比电动机在正常接线时最大转矩有显著降低。7-4串级调速系统总效率是比较高，且当电动机转速降低时,总效率降低并不多。因为串级调速串是电动势，有功率回馈回去。而绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速时效率几乎随转速降低而成百分比地降低。因为串电阻调速损耗全部用来发烧了。7-5对于宽调速串级调速系统，伴随转差率增大，系统功率因数还要下降，这是串级调速系统能否被推广应用关键问题之一。常见方法是增加静止无功赔偿装置电力电容器，采取无功就地赔偿来处理。7-6通常取 不会求