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【精品】交流调速复习题纲
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503 Service Temporarily Unavailable
openresty/1.9.7.4恒压频比控制；基频以下：（基频附近：恒压频比）、（低频：定子上；基频以上：恒功率控制；种类：电压正弦脉宽调制、电流正弦脉宽调制、磁链轨；基本思想：模拟直流电机进行控制坐标变换（坐标系）；数学模型：磁链方程、电压方程、转矩方程、运动方程；磁链观测器：测量法存在工艺和技术的问题模型法依赖；本质：在定子坐标系下，利用空间矢量的数学分析方法；电机模型：（电磁转矩模型
恒压频比控制 基频以下：（基频附近：恒压频比）、（低频：定子上电阻压降补偿）恒转矩控制 基频以上：恒功率控制
种类：电压正弦脉宽调制、电流正弦脉宽调制、磁链轨迹法 矢量控制系统 基本思想：模拟直流电机进行控制 坐标变换（坐标系）：相变换、旋转变换 数学模型：磁链方程、电压方程、转矩方程、运动方程） 控制方程：??? 磁链观测器：测量法 存在工艺和技术的问题
模型法 依赖转子参数 直接转矩控制 本质：在定子坐标系下，利用空间矢量的数学分析方法，实现对转矩的计算和控制 电机模型：（电磁转矩模型、磁链模型） U-n模型 电压空间矢量：工作电压空间矢量、零矢量(与磁链的关系对转矩的影响) 电压空间矢量的正确选择:取决于定子磁链空间矢量的运动轨迹(由磁链开关信号来确定电压开关信号) 1、什么是PWM技术。PWM技术应用于交流调速系统的意义是什么？ 答：PWM技术即脉宽调制技术，是利用全控型电力电子器件的导通和关断
把电压变成一定形状的电压脉冲，实现变压、变频控制并且消除谐波的技术,变频调速系统采用pwm技术不仅能及时、准确地实现变压变频控制要求，而且更重要的意义是抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量，从而降低或消除了变频调速时电机的转矩脉动，提高了电机的工作效率，扩大了调速系统的调速范围。 2、PWM控制方式所引起的主要问题有哪些？主要用哪些性能指标来描述。 答：PWM控制方式所引起的主要问题有电流畸变、变换器中的开关损耗、负载中的谐波损耗以及电机转矩的脉动。主要用电流谐波、载波比、最大调制度、谐波转矩、开关频率和开关损耗来描述。 3、什么是载波比？什么是调制度？输出电压的大小和其中的哪个量有关？ 答：在spwm逆变器中，载波频率fc与调制波频率fm之比Ncm=fc/fm称为载波比，也称调制比。调制度定义为参考电路的峰值Umn与三角载波信号的峰值Ucm之比，输出电压的大小与调制度有关。 4、简述电压SPWM的基本控制思想。 答：电压SPWM基本控制思想即冲量有效原理。 对于电压正弦SPWM来说，可以把电压正弦半波分为N等份，然后每一等份的正弦曲线与横轴所包围的面积都是一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等份的中点重合。这样由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的半周等效。
5、 分析异步调制和同步调制各自的优缺点，并说明分段同步调制的基本思想。 答：同步调制的优点是对称性好，低频特性差是它的缺点。异步调制的优点是低频特性好，缺点是对称性差。 分段同步调制的基本思想：将逆变器输出地整个变频范围划分为若干个频段，在每个频段内都保持载波比Ncm为恒定，不同频段载波比不同，在逆变器输出频率fm的不同频段内，用不同的载波比进行同步调制，而各频段载波频率的变化范围基本一致。频率低得采用较高的载波比，使载波频率不致过低而对负载不利，在高频段，采用较低的载波比，满足功率开关器件对开关频率的限制。
6、什么是电流滞环SPWM？它的特点是什么？ 答：电流滞环spwm是把正弦电流参考波形和电流的实际波形通过滞环比较器进行比较，其结果决定逆变器桥璧上下开关器件的导通和关断。它的特点是控制简单、响应快、瞬时电流可以被限制，功率开关器件得到自动保护。缺点是
相对的电流谐波较大。 7、定子电压空间矢量有几个？其幅值为多少？ 答：定子电压空间矢量有8个，开关状态全0或全1，Vo=0，零矢量幅值为0，其余状态非零，幅值为2/3Ud。 8、电压空间矢量PWM技术（磁链追踪法）有什么特点？添加零矢量的作用是什么？ 答：磁链轨迹pwm控制方法将逆变器和交流电机视为一个整体，它的数学模型是建立在电机统一理论和电机坐标轴系变换理论基础之上，物理意义直观，数学模型简单，便于微机实时控制，并具有转矩脉动小、噪声低、电压利用率高地优点。 添加零矢量是为了调节磁链空间矢量Ψs的运动速度。 变频器组成：交流电动机、控制器、电力电子功率变换器、电量检测器
拓扑结构主要分为两种：交-交、交-直-交（电压源型、电流源型） 当今工业生产中应用最多、最广泛的变频器是交-直-交电压源型SPWM变频器。由于这类变频器通用性好，因此通常称为通用变频器。
9、 为什么在恒压频比控制中，额定转速以下调速时需要保持电机中每极磁通为额定值？
答： 基频以下的Us/fs=C的控制方式，fs中基频降至低频的变速过程中能保持Φm=C，可以获得Tei=Teimax=C的控制效果，所以要保护电机中每极磁通的额定值。如果磁通下降则异步电动机的电磁转矩Tei将减小，这样，在基速以下时，无疑会失去调速系统的恒转矩机械特性。另外随着电机的最大转矩的下降，有可能造成电机堵转，有被烧毁可能。反之，如果磁通上升，又会使电机磁路饱和，励磁电流将迅速上升，导致电机铁损大量增加，造成电机铁心严重过热，不仅会使电机输出功率大大降低，而且由于电机过热，造成电机绕组绝缘降低，严重时，有烧毁电机的危险，所以要保持刺痛恒定。 10、恒压频比控制中为什么在低频时需要电压补偿？ 答：由于恒压频比控制方式成立的前提条件是：忽略了定子阻抗上的压降，fs较低时，定子感应电动势有效值Es也变小了，其中惟有IsRs项并不减小。与Es相比，IsZs比重加大。Us/fs=C控制原理失效，异步电动机势必处于弱磁工作状态，异步电动机的最大转矩Teimax必然严重降低，导致电动机过载能力下降，也就是说fs较低时定子阻抗压降不能再忽略。采用Ts*Rs补偿措施
即根据负载电流大小把定子相电压有效值Us适当地抬高，以补偿定子阻抗压降的影响 11、主电路按照结构形成分可以分为哪几类？ 答：变频器主电路的拓扑结构主要分为两种：交-直-交结构形式，交-交结构方式。 12、什么叫电压源型变频器？什么叫电流型逆变器？简单说明其性能的差异。 答:变频器主电路中的中间直流环节是采用大电容滤波，使直流电压波形比较平直，对于负载来说是一个内阻抗为零的恒压源，这类变频调速装Z叫做电压源型变频器。当交直交变压变频装Z的中间直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个恒流源，这类变频装Z叫电流源型逆变器。 性能差异： （1）无功能量的缓冲，两者采用的储能元件不同。 （2）电流源型容易实现回馈制动，电压源型要接电力电子器件去回馈制动 （3）电流源型变频器的直流电压可以迅速改变，所以调速系统的动态响应比较快，而电压源型变压变频调速系统的动态响应相对较慢。 （4）电压源型变频器属于恒压源，电压控制响应慢，适用于作为多台电机同步运行时的供电电源，且不要求快速加速减速的场合。电流源型变频器属于恒流源，系统对负载电流变化的反应迟钝，因而适用于单台电机传动，但可满足快速起、制动和可逆运行的要求。 3.1 异步电动机的坐标系包括哪些？哪些是实际存在的空间矢量？什么是坐标变换矩阵？基本的变换原则是什么？ 答：异步电动机的坐标系包括：定子坐标系、转子坐标系、同步旋转坐标系，磁通、磁势是实际存在的空间矢量。 基本变换原则：在确定电流变换矩阵时，应遵守变换前后所产生的旋转磁场等效原则在确定电压变换矩阵和阻抗变换矩阵时，应遵守变换前后电机功率不变的原则。 3.2 简述矢量控制的基本思想。 答：交流电流等效为直流电机来控制，通过矢量坐标变换将异步电机的转矩控制与直流电动机的转矩控制统一起来。
3.3 转子磁链矢量的检测获取有哪两种方式。其特点分别是什么？ 答：转子磁链矢量的检测有直接法和间接法 直接法：检测精度高，在电机定子内表面装贴霍尔元件或者在电机槽内埋设探测线圈直接检测转子磁链。在电机内装设元件会遇到不少工艺和技术问题 间接法：即检测交流电机的定子电压，电流及转速等易得的物理量。利用转子磁链观测模型，实时计算转子磁链的模值和空间位Z，结果依赖于电机参数。 3.4 三相静止坐标系下的异步电动机的数学模型具有哪些特点？ 答：三相静止坐标系下的异步电动机的数学模型具有以下特点：高阶、非线性、多变量、强耦合。 3.5 什么是定向？什么是磁场定向？磁场定向轴的选择有哪些？ 答：定向：选择特定的同步旋转坐标系，即确定M-T轴系的取向 磁场定向：选择电机某一旋转磁场轴作为特定的同步旋转坐标轴 磁场定向轴的选择有三种：即转子磁场定向、气隙磁场定向、定子磁场方向。
3.6转子磁场定向的控制方程是什么？分别说明什么样的物理意义？ 解：（1）Tei=Cim ΨisT 转矩大小正比于转矩电流分量，同步旋转坐标系上，如果按异步电动机转子磁链定向，则异步电动机的电磁转矩模型就与直流电动机的电磁转矩模型完全一样。 （2）Ψr=（Lmd/Trp+1）*ism
Ψr与ism之间的传递函数是一阶惯性环节，转子磁链惟一由定子电流矢量的励磁电流分量ism产生。 （3）isT=（TrΨr/Lmd）* △W
当磁链恒定时，无论是稳态还是动态过程，转差角频率△ W都与异步电动机的转矩电流分量isT成正比。
磁链观测器 如图，本系统按照转子磁场定向，分为转速控制系统和磁链控制系统，其中转速控制子系统与直流调速系统类似采用了串级控制结构。
转子控制子系统中设置了转速调节器ASR，转速反馈信号取自于电机轴上的测速传感器。转速调节器输出作为内环转矩调节器ATR的给定值，转矩反馈信号取自转子磁链观测器，其计算值为：
??nLmd??i?T eiprsTLrd 如前所述，设置转矩闭环的目的是，降低或消除两个通道之间的惯性耦合作用，另外从闭环意义来说，磁链一旦发生变化，相当于对转矩内环的一种扰动作用，必将受到转矩闭环的抑制，从而减少或避免磁链突变对转矩的影响。 在磁链控制子系统中，设置了磁链调节器，其给定由函数发生器GF给出，磁链反馈信号来自于磁链观测器。磁链闭环的作用是，当速度低于额定转速时，控制磁链为定值，实现恒转矩调速方式，当速度超过额定转速时，控制磁链使其随速度的增加而减小，实现恒功率（弱磁）调速方式。恒转调速方式和恒功率调速方式由函数发生器GF的输入-输出特性决定。
虚框部分为电流控制PWM电压源逆变器环节，逆变器所用功率器件为IGBT或IGCT，由于电流控制环的高增益和逆变器具有PWM控制模式，使电动机输出的三相电流能够快速跟踪三相电流参考信号。这种具有强迫输入功能的快速电流控制模式是目前普遍采用的使用技术。
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