电力拖动自动控制新版系统第版复习要点.doc

第2章 转速反馈控制直流调速系统1 直流电机重要有哪几种基本调速办法?通过性能比较，你以为哪一种办法最佳？答：直流电动机稳态表达式 式中:转速（r/min）,电枢电压（V）,电枢电流（A）,电枢回路总电阻（）,励磁磁通（Wb）,电动势常数。直流电机重要有三种基本调速办法：调节电枢供电电压 U，削弱励磁磁通 F，变化电枢回路电阻 R。对于规定在一定范畴内无级平滑调速系统来说，以调节电枢供电电压方式为最佳。变化电阻只能有级调速；削弱磁通虽然可以平滑调速，但调速范畴不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范畴弱磁升速。因而，自动控制直流调速系统往往以调压调速为主。2 惯用可控直流电源重要有哪些？答：惯用可控直流电源有如下三种：（1）旋转变流机组用交流电动机和直流发电机构成机组，以获得可调直流电压。（2）静止式可控整流器用静止式可控整流器，以获得可调直流电压。（3）直流斩波器或脉宽调制变换器用恒定直流电源或不控整流电源供电，运用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变平均电压。3静差率s与空载转速n0关系如何? 答：静差率s与空载转速n0成反比，n0下降，s上升。因此检查静差率时应以最低速时静差率 为准。5转速控制规定是什么？答：1）调速-在一定最高转速和最低转速范畴内，分档或平滑调节转速。2）稳速-以一定精度在所需转速上稳定运营，在各种也许干扰下不容许有过大转速波动，以保证产品质量。3）加、减速-频繁起、制动设备规定尽量快加、减速以提高生产率；不适当经受激烈速度变化机械则规定起、制动尽量平稳。6 解释反馈控制规律？答（1）被调量有静差（2）抵抗扰动与服从给定（3）系统精度依赖于给定和反馈检测精度 7 闭环空载转速比开环空载转速小多少?答： 是1/（1+K）。8 试阐明转速负反馈调速系统工作原理。 答：转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR、触发器GT、晶闸管变流器VT、测速发电机TG等构成；当电动机负载TL增长时，电枢电流Id也增长，电枢回路压降增长，电动机转速下降，则转速反馈电压也相应下降，而转速给定电压不变，增长。转速调节器ASR输出增长，使控制角 减小，晶闸管整流装置输出电压增长，于是电动机转速便相应自动回升，其调节过程可简述为：上述过程循环往复，直至为止。9下图带转速负反馈闭环直流调速系统原理图，各部件名称和作用。答： 1）比较器： 给定值与测速发电机负反馈电压比较，得到转速偏差电压。2）比例放大器A：将转速偏差电压放大，产生电力电子变换器UPE所需控制电压。3）电力电子变换器UPE：将输入三相交流电源转换为可控直流电压。4）M电机：驱动电机。5）TG发电机：测速发电机检测驱动电机转速。6）电位器：将测速发电机输出电压降压，以适应给定电压幅值。10 阐明单闭环调速系统能减少稳态速降因素，变化给定电压或者调节转速反馈系数能否变化电动机稳态转速?为什么?答：负反馈单闭环调速系统可以减少稳态速降实质在于它自动调节作用，在于它能随着负载变化而相应地变化电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降变化。稳态转速为： 从上式可可得：变化给定电压能变化稳态转速；调节转速反馈系数，则也要变化，因而也能变化稳态转速。 11闭环系统静特性定义？与开环系统比较有何特点？答（1）定义：表达闭环系统电动机转速与负载电流稳态关系。（2）特点：1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬多，2）如果比较同一N0开环和闭环系统，则闭环系统静差率要小多。3）当规定静差率一定期，闭环系统可以大大提高调速范畴。4）要获得上述三项优势，闭环系统必要设立放大器。12 闭环控制系统具备良好抗扰能力和控制精度因素？答：闭环控制系统是建立在负反馈基本上，按偏差进行控制。当系统中由于某种因素使被控量偏离但愿值而出规偏差时，必然产生一种相应控制作用去减小或消除这个偏差，使被控制量与但愿值趋于一致，因此闭环控制系统具备良好抗扰动能力和控制精度。13反馈控制系统为什么极性不能接错？答：控制系统普通都是负反馈系统。如果错接成正反馈系统，对调速系统导致超速“飞车”或振荡等故障，后果非常严重。14 有静差系统与无差系统区别？答：主线区别在于构造上(控制器中)有无积分控制作用，PI控制器可消除阶跃输入和阶跃扰动作用下静差，称为无静差系统，P控制器只能减少静差，却不能消除静差，故称有静差系统。15比例积分(PI)调节器特点 ？答： PI调节器输出电压Uc由两某些构成。第一某些KPUi是比例某些，第二某些是积分某些。当t=0突加Ui瞬间，电容C相称于短路，反馈回路只有电阻Rf，此时相称于P调节器，输出电压，随着电容C被充电开始积分，输出电压Uc线性增长，只要输入Ui继续存在，Uc始终增长饱和值（或限幅值）为止。16 PID控制各环节作用是什么?答：PID控制器各环节作用是：(l) 比例环节P：成比例地反映控制系统偏差信号，偏差一旦浮现，控制器及时产生控制作用，以便减少偏差，保证系统迅速性。(2) 积分环节I：重要用于消除静差，提高系统控制精度和无差度。(3) 微分环节D：反映偏差信号变化趋势，并能在偏差信号变得过大之前，在系统中引入一种初期修正信号，从而加快系统动作速度，减少调节时间。17下图为带电流截止负反馈闭环调速系统稳态构造图，阐明电流截止负反馈工作原理，及这种调速系统静特性特点？答：当 Id Idcr 时，电流负反馈被截止，静特性和只有转速负反馈调速系统静特性式相似，现重写于下当 Id Idcr时，引入了电流负反馈，静特性变成 特点：（1）电流负反馈作用相称于在主电路中串入一种大电阻，因而稳态速降极大，特性急剧下垂。（2）比较电压 与给定电压 作用一致，好象把抱负空载转速提高到18采用比例积分调节器控制电压负反馈调速系统，稳态运营时速度与否有静差？为什么？试阐明理由。 答：采用比例积分调节器控制电压负反馈调速系统，稳态运营时速度是无静差。 电压负反馈实际是一种自动调压系统，只有被包围电力电子装置内阻引起稳态速降被减小到 1/（1+K），它稳态性能比带同样放大器转速负反馈系统要差。但基本控制原理与转速负反馈类似。它与转速负反馈同样可以实现无静差调节。 19光电式旋转编码器数字测速办法重要有哪几种？各用于何种场合？答：采用中光电式旋转编码器数字测速办法重要有M 法测速，T 法测速，M/T 法测速，M法合用于测高速，T法合用于测低速，M/T 法即合用于测低速，又合用于测高速。（2-4）为什么 PWM电动机系统比晶闸管电动机系统可以获得更好动态性能？ 答：PWM电动机系统在诸多方面有较大优越性： （1） 主电路线路简朴，需用功率器件少。 （2） 开关频率高，电流容易持续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 （3） 低速性能好，稳速精度高，调速范畴宽，可达 1：10000 左右。 （4） 若与迅速响应电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。 （5） 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率恰当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。 （6） 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。（2-11）调速范畴和静差率定义是什么？调速范畴、静差速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范畴，要满足给定静差率也就容易得多了”？ 答：生产机械规定电动机提供最高转速和最低转速之比叫做调速范畴，用字母表达，即其中，和普通都指电动机额定负载时最高和最低转速，对于少数负载很轻机械，可以用实际负载时最高和最低转速。 当系统在某一转速下运营时，负载由抱负空载增长到额定值时所相应转速降落，与抱负空载转速之比，称作静差率，即或用比例表达 在直流电动机变压调速系统中，普通以电动机额定转速作为最高转速N n则 由上式可看出调速系统调速范畴、静差速降和最小静差率之间关系。对于同一种调速系统，值一定，如果对静差率规定越严，即规定值越小时，系统可以容许调速范畴也越小。一种调速系统调速范畴，是指在最低速时还能满足所需静差率转速可调范畴。 （2-12）转速单闭环调速系统有那些特点？变化给定电压能否变化电动机转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压分压比与否可以变化转速？为什么？如果测速发电机励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰能力？ 答：（1）转速单闭环调速系统有如下三个基本特性：1）只用比例放大器反馈控制系统，其被被调量仍是有静差。 2）反馈控制系统作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统最突出特性之一。3）系统精度依赖于给定和反馈检测精度。 （2）变化给定电压会变化电动机转速，由于反馈控制系统完全服从给定作用。 （3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压分压比或测速发电机励磁发生了变化，它不能得到反馈控制系统抑制，反而会增大被调量误差。反馈控制系统所能抑制只是被反馈环包围前向通道上扰动。（2-13）为什么用积分控制调速系统是无静差？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器输入偏差电压 时，调节器输出电压是多少？它取决于那些因素？答：在动态过程中，当变化时，只要其极性不变，积分调节器输出 便始终增长；只有达到，时，才停止上升；不到变负， 不会下降。当时，并不是零，而是一种终值；如果不再变化，这个终值便保持恒定而不再变化，这是积分控制特点。因而，积分控制可以使系统在无静差状况下保持恒速运营，实现无静差调速。 比例调节器输出只取决于输入偏差量现状，而积分调节器输出则包括了输入偏差量所有历史。虽然当前 ，但历史上有过 ，其积分就有一定数值，足以产生稳态运营时需要控制电压 。 （2-14）在无静差转速单闭环调速系统中，转速稳态精度与否还受给定电源和测速发电机精度影响？并阐明理由。 答：系统精度依赖于给定和反馈检测精度。 因而转速稳态精度还受给定电源和测速发电机精度影响。 （2-15）在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统与否有调节作用，为什么？（1）放大器放大系数 ；（2）供电电网电压；（3）电枢电阻；（4）电动机励磁电流；（5）电压反馈系数。 答：在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器放大系数发生变化时系统有调节作用再通过反馈控制作用，由于她们变化最后会影响到转速，减小它们对稳态转速影响。 电动机励磁电流、电枢电阻 发生变化时依然和开环系统同样，由于电枢电阻处在反馈环外。 当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。由于电网电压是系统给定反馈控制系统完全服从给定。 当电压反馈系数发生变化时，它不能得到反馈控制系统抑制，反而会增大被调量误差。反馈控制系统所能抑制只是被反馈环包围前向通道上扰动。 （例题2-1 ）某直流调速系统电动机额定转速为=1430r/min，额定速降=115r/min，当规定静差率s30%时，容许多大调速范畴？如果规定静差率s20%，则调速范畴是多少？如果但愿调速范畴达到10，所能满足静差率是多少？ 解：在规定s 30%时，容许调速范畴为若规定s 20%，则容许调速范畴只有若调速范畴达到10，则静差率只能是（例题2-2 ）某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻R=0.18，电动机电动势系数Ce=0.2Vmin/r。如果规定调速范畴D=20，静差率s5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个规定，系统额定速降最多能有多少？ 解：当电流持续时，V-M系统额定速降开环系统在额定转速时静差率为如规定 ，即规定（例题2-3 ）在例题2-2中，龙门刨床规定D=20，s5%，已知 Ks=30，= 0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制闭环调速系统满足上述规定期，比例放大器放大系数应当有多少？ 解： 已知开环系统额定速降为 =275 r/min，闭环系统额定速降须为2.63 r/min，由式可得则得即只要放大器放大系数等于或不不大于46。（例题2-4 ）在例题2-3中，系统采用是三相桥式可控整流电路，已知电枢回路总电阻，电感量3mH，系统运动某些飞轮惯量，试鉴别系统稳定性。解：电磁时间常数机电时间常数晶闸管装置滞后时间常数为为保证系统稳定，应满足稳定条件：闭环系统动态稳定性和例题2-3中稳态性能规定是矛盾。（例题2-5 ）在上题闭环直流调速系统中，若改用全控型器件PWM调速系统，电动机不变，电枢回路参数为：，1mH，PWM开关频率为8kHz。按同样稳态性能指标D=20，s5%，该系统能否稳定？如果对静差率规定不变，在保证稳定期，系统可以达到最大调速范畴有多少？解：电磁时间常数机电时间常数晶闸管装置滞后时间常数为为保证系统稳定，应满足稳定条件：按照稳态性能指标 、 规定 （见例题1-2） PWM调速系统可以在满足稳态性能指标规定下稳定运营。 若系统处在临界稳定状况， 第3章 转速、电流反馈控制直流调速系统1 转速电流双闭环系统中，转速调节器、电流调节器作用?答：转速调节器和电流调节器作用：(1) 转速调节器ASR作用：1）转速n跟随转速给定电压变化，稳态无静差。2) 突加负载时转速调节器ASR和电流调节器ACR均参加调节作用，但转速调节器ASR处在主导作用，对负载变化起抗扰作用。3）其输出电压限幅值决定容许最大电流值。(2) 电流调节器ACR作用1) 起动过程中保证获得容许最大电流。2) 在转速调节过程中，使电流跟随其电流给定电压变化。3) 电源电压波动时及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波动影响。4) 当电动机过载、堵转时，限制电枢电流最大值，从而起到安全保护作用。2 在转速、电流双闭环调速系统中，浮现电网电压波动与负载扰动时，哪个调节器起重要调节作用?答：电网电压波动时，ACR起重要调节作用；负载扰动时，ASR起重要抗扰调节作用。3下图为双闭环直流调速系统稳态构造图，如果要变化双闭环有静差V-M系统转速，可调节什么参数?变化转速调节器放大系数 触发整流环节放大系数和变化转速反馈系数 能行否?如果要变化堵转电流应调节什么参数? -转速反馈系数 -电流反馈系数答：要变化转速，可以调节给定电或转速反馈系数。，要变化堵转电流，应调节转速调节器限幅值或变化电流反馈系数4 转速、电流双闭环调速系统起动过程特点是什么？答：转速、电流双闭环调速系统起动过程特点是：1) 饱和非线性控制ASR饱和，转速环开环，恒值电流调节单闭环系统；ASR不饱和，转速环闭环，无静差调速系统.2）准时间最优控制，恒流升速可使起动过程尽量最快。3）转速超调：只有转速超调才干使ASR退饱和。5下图为转速、电流反馈控制直流调速系统原理图，ASR、ACR均采用PI调节器。（1）突增负载后又进入稳定运营状态，则ACR输出电压、变流装置输出电压，电动机转速，较之负载变化前是增长、减少，还是不变？为什么？（2） 如果速度给定不变时，要变化系统转速，可调节什么参数？ 答：(1) (2) 由于因此调节可以变化转速。6 直流调速系统有哪些重要性能指标?答：直流调速系统重要性能指标涉及静态性能指标和动态性能指标两个某些。 静态重要性能指标有调速范畴D、静差率s、。动态性能指标提成给定控制信号和扰动信号作用下两类性能指标。给定控制信号作用下动态性能指标有上升时间，调节时间(亦称过滤过程时间)和超调量。扰动信号作用下动态性能指标有最大动态速降、恢复时间7调节器设计过程可以简化为哪两步?答：1.选取调节器构造2.选取调节器参数8转速、电流双闭环调速系统中分别按什么典型型系统进行设计？为什么？答：转速环按典型（II）型系统设计，抗扰能力(强)，稳态（无静差）。电流环按典型（I）型系统设计，抗扰能力(稍差)，超调 （小）。9 如果转速、电流双闭环调速系统中转速调节器不是 PI调节器，而改为 P调节器，对系统静、动态性能将会产生什么影响？ 答：改为 P 调节器时其输出量总是正比于输入量，PI 调节器输出量在动态过程中决定于输入量积分，到达稳态时，输入为零，输出稳态值与输入无关而是由它背面环节需要决定。（3-6）在转速、电流双闭环调速系统中，若要变化电动机转速，应调节什么参数？变化转速调节器放大倍数 行不行？变化电力电子变换器放大倍数行不行？变化转速反馈系数 行不行？若要变化电动机堵转电流，应调节系统中什么参数？ 答：双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系 因而 转速 是由给定电压决定；变化转速反馈系数也可以变化电动机转速。变化转速调节器放大倍数和电力电子变换器放大倍数不可以。（3-7）转速、电流双闭环调速系统稳态运营时，两个调节器输入偏差电压和输出电压各是多少？为什么？ 答：当两个调节器都不饱和时，它们输入偏差电压都是零。转速调节器 ASR 输出限幅电压 决定了电流给定电压最大值；电流调节器 ACR输出限幅电压 限制了电力电子变换器最大输出电压。 （3-9）试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节转速单闭环调速系统：（1）调速系统静态特性；（2）动态限流性能；（3）起动迅速性；（4）抗负载扰动性能；（5）抗电源电压波动性能。 答：（1）转速、电流双闭环调速系统在稳态工作点上，转速是由给定电压 决定。ASR 输出量 是由负载电流 决定。控制电压大小则同步取决于和，或者说，同步取决于和 。双闭环调速系统稳态参数计算是和无静差系统稳态计算相似。 （2）带电流截止环节转速单闭环调速系统静态特性特点：电流负反馈作用相称于在主电路中串入一种大电阻，因而稳态速降极大，特性急剧下垂；比较电压与给定电压 作用一致，好象把抱负空载转速提高了。这样两段式静特性常称作下垂特性或挖土机特性。 （3）双闭环直流调速系统起动过程有如下三个特点：饱和非线性控制、转速超调、准时间最优控制。 （4）由动态构造图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因而只能靠转速调节器ASR 来产生抗负载扰动作用。在设计 ASR 时，应规定有较好抗扰性能指标。 （5）在单闭环调速系统中，电网电压扰动作用点离被调量较远，调节作用受到各种环节延滞，因而单闭环调速系统抵抗电压扰动性能要差某些。双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时调节，不必等它影响到转速后来才干反馈回来，抗扰性能大有改进。 第5 章 基于稳态模型异步电动机调速系统1 异步电动机从定子传入转子电磁功率 中，有一某些是与转差成正比转差功率 依照对 解决方式不同，可把交流调速系统提成哪几类？并举例阐明。 答：从能量转换角度上看，转差功率与否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低标志。从这点出发，可以把异步电机调速系统提成三类 。转差功率消耗型调速系统：这种类型所有转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速属于这一类。在三类异步电机调速系统中，此类系统效率最低，并且越到低速时效率越低，它是以增长转差功率消耗来换取转速减少（恒转矩负载时）。可是此类系统构造简朴，设备成本最低，因此尚有一定应用价值。 转差功率馈送型调速系统：在此类系统中，除转子铜损外，大某些转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速属于这一类。无论是馈出还是馈入转差功率，扣除变流装置自身损耗后，最后都转化成有用功率，因而此类系统效率较高，但要增长某些设备。转差功率不变型调速系统：在此类系统中，转差功率只有转子铜损，并且无论转速高低，转差功率基本不变，因而效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。其中变极对数调速是有级，应用场合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相称变压变频器，相比之下，设备成本最高。 2异步交流电机变频器上电压和频率为什么要协调控制？答：在进行电机调速时，常须考虑一种重要因素是：但愿保持电机中每极磁通量 Fm 为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分运用电机铁心，是一种挥霍；如果过度增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。在交流异步电机中，磁通 Fm 由定子和转子磁势合成产生，由于有，此式可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可达到控制磁通Fm 目。3 在电动机调速时，为什么要保持每极磁通量为额定值不变?对直流电机和交流异步电机，分别采用什么办法使电机每极磁通恒定?答：异步电动机气隙磁链在每相定子中感应电动势如果使气隙磁链保持不变，要保持直流电机磁通恒定，由于其励磁系统是独立，只要对电枢反映补偿适当，容易做到保持磁通恒定。要保持交流异步电机磁通恒定，必要采用恒压频比控制。4简述恒压频比控制方式。 答：绕组中感应电动势是难以直接控制，当电动势值较高时，可以忽视定子绕组漏磁阻抗压降，而以为定子相电压 ，则得。这是恒压频比控制方式。但是，在低频时 和 都较小，定子阻抗压降所占份量就比较明显，不再能忽视。这时，需要人为地把电压 抬高某些，以便近似地补偿定子压降。5 下图为异步电动机在不同控制方式下机械特性，交流异步电动机恒压频比控制有哪三种方式?试就其实现难易限度、机械特性等方面进行比较。 a）恒压频比控制 b）恒定子磁通控制 c）恒气隙磁通控制 d）恒转子磁通控制答：，气隙磁链在每相定子中感应电动势/输入频率为恒值，机械特性非线性，难实现，加定子电压补偿目的，改进低速性能。，与频率无关，机械特性平行，硬度相似，类似于直流电动机降压调速，属于恒转矩调速。，定子相电压/输入频率为恒值，定子相电压，机械特性非线性，易实现。接近额定频率时，变化不大，减少，变化较大，在低速时甚至拖不动负载。事实上，由于频率很低时定子电阻损耗相对较大， 不可忽视，故必要进行定子电压补偿。，转子磁链在每相定子中感应电动势/输入频率为恒值，转子磁链在每相定子中感应电动势(忽视转子电阻损耗)转子磁链恒值，机械特性线性，稳态性能和动态性能好，最难实现。这是矢量控制追求目的。6 交流异步电动机变频调速系统在基速以上和基速如下分别采用什么控制办法，磁通、转矩、功率呈现如何变化规律? 答：恒磁通调速(基频如下) ，并补偿定子电阻损耗。恒功率调速(基频以上)升高电源电压时不容许。在频率上调时，只能保持电压不变。频率越大，磁通就越小，类似于直流电动机弱磁增速。7 交流异步电动机变频调速系统控制方式重要有哪两种？答：交流异步电动机变频调速系统控制方式重要有两种：有恒磁通控制和恒功率控制两种，其中恒磁通控制又称恒转矩控制。8 什么是脉冲宽度调制（PWM）?答：运用电力电子开关导通与关断，将直流电压变成持续可变电压，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频目。9什么是SPWM控制方式?答：SPWM即以正弦波作为调制信号对载波信号进行调制后，产生一组等幅而脉冲宽度正比干正弦波矩形脉冲。将该组脉冲作为逆变器开关元件控制信号，从而在逆变器负载上(多为异步电动机)得到与控制信号波形相似，等效于正弦波驱动电压。10什么是电压型逆变器8个电压状态形成电压空间矢量图？并阐明定子磁链运动轨迹。 图 基本电压空间矢量图 图 正六边形定子磁链轨迹 图 电压空间矢量6个扇区答：电压型逆变器，为三组六个开关同一桥臂两个开关互为反向：一种接通“1”，另一种断开“0”。1) 逆变器8个电压状态：V1(100)，V2(010)，V3(010) ，V4(011) ，V5(001) ，V6(101)构成正六边形项点，V7(111) ，V0(000)位于正六边形中心。由相电压波形图可直接得到逆变器各开关状态，两者开关状态顺序一致6个状态一种周期(状态1 状态6)，相电压波形幅值一致： 和。2) 忽视定子电阻和漏感影响，定子回路电压平衡方程式为： 或 一定子磁链初始值。3) 从电压型逆变器8个电压状态形成电压、空间矢量图可见：定子磁链矢量增长方向，即矢头运动方向决定于电压矢量方向；定子磁链空间矢量顶点运动方向和轨迹相应于相应电压空间矢量作用方向。只要定子电阻压降比起定子电压足够小，这种平衡就能得到较好地近似)，在恰本地时候依次给出定子电压空间矢量，则得到定子磁链运动轨迹依次按运动， 形成正六边形磁链。正六边形六条边代表磁链空间矢量一种周期运动轨迹，称区段(扇区)-区段(扇区)S6。矢头运动速率与幅值成正比； 若则停止运动(V0、V7) 若有效电压矢量依照矢量图顺序交替作用，且作用时间相等，矢头运动轨迹为一正六边形。11 什么是转差频率控制系统调速?答：在转差率s很小范畴内，只要可以维持气隙磁通不变异步电机转矩就近似与转差角频率 成正比，即在异步电机中，控制转差率就代表了控制转矩，这就是转差频率控制基本概念。12 转速闭环转差频率控制变频调速系统可以仿照直流电动机双闭环系统进行控制，但是其动静态性能却不能完全达到直流双闭环系统水平，这是为什么？答：它静、动态性能还不能完全达到直流双闭环系统水平，存在差距因素有如下几种方面： （1）在分析转差频率控制规律时，是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发，所谓“保持磁通 m恒定”结论也只在稳态状况下才干成立。在动态中 m如何变化还没有进一步研究，但必定不会恒定，这不得不影响系统实际动态性能。 （2）Us = f(1 ，Is)函数关系中只抓住了定子电流幅值，没有控制到电流相位，而在动态中电流相位也是影响转矩变化因素。 （3）在频率控制环节中，取 1 = s + ，使频率得以与转速同步升降，这本是转差频率控制长处。然而，如果转速检测信号不精确或存在干扰，也就会直接给频率导致误差，由于所有这些偏差和干扰都以正反馈形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。(5-8)两电平PWM逆变器主回路，采用双极性调制时，用“1”表达上桥臂开通，“0”表达上桥臂关断，共有几种开关状态，写出其开关函数。依照开关状态写出其电压空间矢量表达式，画出空间电压矢量图。解：两电平PWM逆变器主回路：交-直-交变频器主回路构造图采用双极性调制时，忽视死区时问影响，用“1”表达上桥臂开通，“0”表达下桥臂开通，逆变器输出端电压： 以直流电源中点为参照点(5-9)当三相电压分别为 ，如何定义三相定子电压空间矢量，和合成矢量，写出她们表达式。解：A，B ，C为定子三相绕组轴线，定义三相电压空间矢量: 电压空间矢量(5-10)忽视定子电阻影响,讨论定子电压空间矢量与定子磁链关系。当三相电压、为正弦对称时，写出电压空间矢量与定子磁链表达式，画出各自运动轨迹。解：用合成空间矢量表达定子电压方程式：忽视定子电阻影响，或即电压空间矢最积分为定子磁链增量。当三相电压为正弦对称时，定子磁链旋转矢量电压空间矢量 图 旋转磁场与电压空间矢量运动轨迹 图 电压矢量圆轨迹(5-12)两电平PWM逆变器主回路输出电压矢量是有有限，若盼望输出电压矢量幅值不大于，空间角度任意，如何用有限PWM逆变器输出电压矢量来逼近盼望?解：两电平pWM逆变器有六个基本空间电压矢量，这六个基本空间电压矢量将电压空间矢量提成六个扇区，依照空间角度拟定所在扇区，然后用扇区所在两个基本空间电压矢量分别作用一段时间等效合成盼望输出电压矢量。第6章 基于动态模型异步电动机调速系统1 从动态数学模型可以看出三相异步电动机是什么样一种系统？答：从动态数学模型可以看出三相异步电动机是一种高阶、非线性、强混合多变量系统，2 三相异步电动机数学模型涉及哪几类方程？ 答：三相异步电动机数学模型涉及：电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。3将三相交流电机变换成两极直流电机物理模型要通过坐标变换有哪些?答：先将静止三相坐标A-B-C转换成静止两相坐标，再将静止两相坐标换成旋转两相坐标d-q或同步两相坐标(M-T)。4坐标变换有哪些?坐标变换原则有哪两种?答：坐标变换有：1) 静止三相坐标(A-B-C) -旋转两相坐标(d-q-0)，2) 旋转两相坐标(d-q) -静止三相坐标(A-B-C)，3) 静止三相坐标(A-B-C) -静止两相坐标() 4) 静止两相坐标()-静止三相坐标(A-B-C) 5) 静止两相坐标()-旋转两相坐标(d-q)，6) 旋转两相坐标(d-q) -静止两相坐标() 7) 直角坐标与极坐标5 异步电动机等效二相模型为什么简朴?答：四个方程中为0项诸多，转矩和磁通分开控制(互相垂直)。6 磁链定向办法有哪些?分别采用了哪种坐标系 ?答：磁链定向办法有两种：1) 按转子磁链定向：控制性能最佳，但转子磁链不易测量和控制；采用M-T坐标系；2) 按定子磁链定向：定子磁链最容易测量和控制，但控制性能不好；采用 坐标系。7 什么是矢量控制系统（VCS）?并简述其工作原理。图 矢量控制系统原理构造图答：将异步电动机通过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机控制办法，求得直流电动机控制量，通过坐标反变换，就可以控制异步电动机。由于进行坐标变换是电流(代表磁动势)空间矢量，因此这样通过坐标变换控制系统就叫做矢量控制系统VCS(Vector Control System) 。8 下图为异步电动机矢量控制原理构造图，A，B，C，D分别为坐标变换模块，请指出它们分别表达什么变换？ 这些变换等效原则是什么 ？w控制器AB电流控制变频器CD等效直流电动机模型+i*mi*tj w1i*ai*bi*Ai*Bi*CiAiBiCiaiimit反馈信号异步电动机给定信号j 答：A 矢量旋转逆变换 ，B 二相静止坐标变成三相静止坐标变换C 三相静止坐标系变成二相静止坐标变换D 矢量旋转变换 VR，将二相静止坐标下互相垂直交流信号变换成二相旋转互相垂直直流信号。 等效变换原则是旋转磁场等效或磁动势等效。9下图为异步电动机矢量变换与电流解耦数学模型，A，B分别为坐标变换模块，请指出它们分别表达什么变换？这些变换等效原则是什么？ABw答： A三相静止坐标系变成二相静止坐标变换B矢量旋转变换 VR将二相静止坐标下互相垂直交流信号变换成二相旋转互相垂直直流信号。其等效变换原则是旋转磁场等效或磁动势等效。10 简述直接转矩控制工作原理，并比较它与矢量控制异同点。答：1) 直接转矩控制技术运用空间矢量分析办法，直接在定子坐标下计算和控制交流电动机转矩，它采用定子磁场定向，借助于离散两点式调节(Band-B and控制)产生PWM信号，直接对逆变器开关状态进行最佳控制，以获得转矩高动态性能。它省掉了复杂矢量变换与电动机数学模型简化解决，没有普通PWM信号发生器，它控制思想新颖，控制构造简朴，控制手段直接，信号解决物理构造明确。该控制系统转矩响应迅速，限制在一拍以内。且无超调，是一种具备高性能交流调速办法。2) 直接转矩控制与矢量控制相似点是：两者都要对转矩和磁链进行控制 3) 直接转矩控制与矢量控制相似异点如下：直接转矩控制只运用定子侧参数，而矢量变换控制是运用转子侧参数，这些参数容易受转子转速变化影响；直接转矩控制在静止坐标系中进行，控制运算比矢量变换控制简朴；直接转矩控制对转矩进行闭环控制，精确性高，动态性好，而矢量控制则过度规定圆磁磁链和正弦波电流；直接转矩控制和直接磁链控制采用滞环，参数选取恰当可弥补由直接转矩控制引起速度下降。直接转矩控制运用相电压矢量概念，对逆变器功率开关进行综合控制，开关次数少，开关损耗少。11坐标变换是矢量控制基本，试分析交流电机矢量变换基本概念和办法。 答：将交流电机物理模型等效地变换成类似直流电机模式，分析和控制就可以大大简化。坐标变换正是按照这条思路进行。在这里，不同电机模型彼此等效原则是：在不同坐标下所产生磁动势完全一致。 交流电机三相对称静止绕组 A 、B 、C ，通以三相平衡正弦电流时，所产生合成磁动势是旋转磁动势F，它在空间呈正弦分布，以同步转速1（即电流角频率）顺着 A-B-C 相序旋转。然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外，二相、三相、四相、 等任意对称多相绕组，通以平衡多相电流，都能产生旋转磁动势，固然以两相最为简朴。在三相坐标系下 iA、iB 、iC，在两相坐标系下、和在旋转两相坐标系下直流 im、it 是等效，它们能产生相似旋转磁动势。这样通过坐标系变换，可以找到与交流三相绕组等效直流电机模型。12试分析并解释矢量控制系统与直流转矩控制系统优缺陷。 答：两者都采用转矩（转速）和磁链分别控制，但两者在控制性能上却各有千秋。 VC 系统强调 Te 与r 解耦，有助于分别设计转速与磁链调节器；实行持续控制，可获得较宽调速范畴；但按定子r 定向受电动机转子参数变化影响，减少了系统鲁棒性。 DTC 系统则实行 Te 与s 砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制构造；控制磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化影响；但不可避免地产生转矩脉动，低速性能较差，调速范畴受到限制。 （6-7）试比较转子磁链电压模型和电流模型运算办法及其优缺陷。 答：依照描述磁链与电流关系磁链方程来计算转子磁链，所得出模型叫做电流模型。依照电压方程中感应电动势等于磁链变化率关系，取电动势积分就可以得到磁链，这样模型叫电压模型。 转子磁链模型需要实测电流和转速信号，但也都受电机参数变化影响，从而变化时间常数 Tr，磁饱和限度将影响电感Lm 和Lr，从而 Tr 也变化。这些影响都将导致磁链幅值与相位信号失真，而反馈信号失真必然使磁链闭环控制系统性能减少。 电压模型只需要实测电流和电压信号，不需要转速信号，且算法与转子电阻 Rr 无关，只与定子电阻关于它是容易测得。 与电流模型相比，电压模型受电动机参数变化影响较小，并且算法简朴，便于应用。但是，由于电压模型包括纯积分项，积分初始值和累积误差都影响计算成果，低速时，定子电阻压降变化影响也较大。电压模型适合中、高速范畴，而电流模型能适应低速。 （6-8）分别简述直接矢量控制系统和间接矢量控制系统工作原理，