【正文】 略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓 Us ≈ Eg，則得 USf1= 常值這是恒壓頻比的控制方式。但是，在低頻時 Us 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，需要人為地把電壓 Us 抬高一些，以便近似地補償定子壓降。 62 簡述異步電動機在下面四種不同的電壓—頻率協(xié)調控制時的機械特性并進行比較；（1） 恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性；（2） 基頻以下電壓—頻率協(xié)調控制時異步電動機的機械特性；（3） 基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性；（4） 恒流正弦波供電時異步電動機的機械特性；答：恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性：當 s 很小時，轉矩近似與 s 成正比，機械特性是一段直線，s 接近于 1 時轉矩近似與 s 成反比，這時，Te = f（s）是對稱于原點的一段雙曲線。基頻以下電壓—頻率協(xié)調控制時異步電動機的機械特性：恒壓頻比控制的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，當轉矩增大到最大值以后，轉速再降低，特性就折回來了。而且頻率越低時最大轉矩值越小，能夠滿足一般的調速要求，但低速帶載能力有些差強人意，須對定子壓降實行補償。恒 Eg /ω1 控制是通常對恒壓頻比控制實行電壓補償的標準，可以在穩(wěn)態(tài)時達到 Φrm = Constant，從而改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，產生轉矩的能力仍受到限制。恒 Er /ω1 控制可以得到和直流他勵電機一樣的線性機械特性，按照轉子全磁通 Φrm 恒定進行控制，而且，在動態(tài)中也盡可能保持 Φrm 恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標，基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性：當角頻率提高時，同步轉速隨之提高，最大轉矩減小，機械特性上移，而形狀基本不變?；l以上變頻調速屬于弱磁恒功率調速。 恒流正弦波供電時異步電動機的機械特性：恒流機械特性的線性段比較平，而最大轉矩處形狀很尖。恒流機械特性的最大轉矩值與頻率無關，恒流變頻時最大轉矩不變，但改變定子電流時，最大轉矩與電流的平方成正比。63 如何區(qū)別交—直—交變壓變頻器是電壓源變頻器還是電流源變頻器？它們在性能上有什么差異？答：根據中間直流環(huán)節(jié)直流電源性質的不同，直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波是電壓源型逆變器。它的直流電壓波形比較平直，理想情況下是一個內阻為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或梯形波。直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波是電流源型逆變器。它的直流電流波形比較平直，相當于一個恒流源，輸出交流電流是矩形波或梯形波。在性能上卻帶來了明顯的差異，主要表現(xiàn)如下：（1）無功能量的緩沖 在調速系統(tǒng)中，逆變器的負載是異步電機，屬感性負載。在中間直流環(huán)節(jié)與負載電機之間，除了有功功率的傳送外，還存在無功功率的交換。濾波器除濾波外還起著對無功功率的緩沖作用，使它不致影響到交流電網。因此，兩類逆變器的區(qū)別還表現(xiàn)在采用什么儲能元件（電容器或電感器）來緩沖無功能量。 （2）能量的回饋 用電流源型逆變器給異步電機供電的電流源型變壓變頻調速系統(tǒng)有一個顯著特征，就是容易實現(xiàn)能量的回饋，從而便于四象限運行，適用于需要回饋制動和經常正、反轉的生產機械。（3）動態(tài)響應 正由于交直交電流源型變壓變頻調速系統(tǒng)的直流電壓可以迅速改變，所以動態(tài)響應比較快，而電壓源型變壓變頻調速系統(tǒng)的動態(tài)響應就慢得多。（4）輸出波形 電壓源型逆變器輸出的電壓波形為方波，電流源型逆變器輸出的電流波形為方波。 （5）應用場合 電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓控制響應慢，不易波動，所以適于做多臺電機同步運行時的供電電源，或單臺電機調速但不要求快速起制動和快速減速的場合。采用電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反，不適用于多電機傳動，但可以滿足快速起制動和可逆運行的要求。64電壓源變頻器輸出電壓是方波，輸出電流是近似正弦波；電流源變頻器輸出電流是方波，輸出電壓是近似正弦波。能否據此得出電壓源變頻器輸出電流波形中的諧波成分比電流源變頻器輸出電流波形中的諧波成分小的結論？在變頻調速系統(tǒng)中，負載電動機希望得到的是正弦波電壓還是正弦波電流？答：在電流電機中，實際需要保證的應該是正弦波電流，因為在交流電機繞組中只有通入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉矩為恒定值，不含脈動分量。因此，若能對電流實行閉環(huán)控制，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開環(huán)控制能夠獲得更好的性能。 65 采用二極管不控整流器和功率開關器件脈寬調制（PWM）逆變器組成的交—直—交變頻器有什么優(yōu)點？答：具有如下優(yōu)點：（1） 在主電路整流和逆變兩個單元中，只有逆變單元可控，通過它同時調節(jié)電壓和頻率，結構簡單。采用全控型的功率開關器件，只通過驅動電壓脈沖進行控制，電路也簡單，效率高。 （2）（3） （4） 輸出電壓波形雖是一系列的 PWM 波，但由于采用了恰當的 PWM 控制技術，正弦基波的比重較大，影響電機運行的低次諧波受到很大的抑制，因而轉矩脈動小，提高了系統(tǒng)的調速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。逆變器同時實現(xiàn)調壓和調頻，動態(tài)響應不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數的影響，系統(tǒng)的動態(tài)性能也得以提高。采用不可控的二極管整流器，電源側功率因素較高，且不受逆變輸出電壓大小的影響。 66 如何改變由晶閘管組成的交—交變壓變頻器的輸出電壓和頻率？這種變頻器適用于什么場合？為什么？答：正、反兩組按一定周期相互切換，在負載上就獲得交變的輸出電壓 u0，u0的幅值決定于各組可控整流裝置的控制角 α ，u0的頻率決定于正、反兩組整流裝置的切換頻率。如果控制角一直不變，則輸出平均電壓是方波，一般主要用于軋機主傳動、球磨機、水泥回轉窯等大容量、低轉速的調速系統(tǒng)，供電給低速電機直接傳動時，可以省去龐大的齒輪減速箱。67 交流 PWM 變換器和直流 PWM 變換器有什么異同？68 請你外出時到一個變頻器廠家或變頻器專賣店索取一份任意型號的通用變頻器資料，用它與異步電動機組成一個轉速開環(huán)恒壓頻比控制的調速系統(tǒng)，然后說明該系統(tǒng)的工作原理。69 轉速閉環(huán)轉差頻率控制的變頻調速系統(tǒng)能夠仿照直流電動機雙閉環(huán)系統(tǒng)進行控制，但是其動靜態(tài)性能卻不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，這是為什么？答：它的靜、動態(tài)性能還不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個方面：（1）在分析轉差頻率控制規(guī)律時，是從異步電機穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 Φm 恒定”的結論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動態(tài)中 Φm 如何變化還沒有深入研究，但肯定不會恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能。（2）Us = f(ω1 , Is)函數關系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動態(tài)中電流的相位也是影響轉矩變化的因素。（3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 ω1 = ωs + ω ，使頻率得以與轉速同步升降，這本是轉差頻率控制的優(yōu)點。然而，如果轉速檢測信號不準確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差，因為所有這些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。610在轉差頻率控制的變頻調速系統(tǒng)中，當轉差頻率的測量值大于或小于實際值時，將給系統(tǒng)工作造成怎樣的影響？答：在調速過程中，實際頻率 ω1 隨著實際轉速 ω 同步地上升或下降，有如水漲而船高，因此加、減速平滑而且穩(wěn)定。如果轉速檢測信號不準確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差，因為所有這些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。 611 分別簡述直接矢量控制系統(tǒng)和間接矢量控制系統(tǒng)的工作原理，磁鏈定向的精度受哪些參數的影響？答：直接矢量控制的工作原理：轉速正、反向和弱磁升速。磁鏈給定信號由函數發(fā)生程序獲得。轉速調節(jié)器 ASR 的輸出作為轉矩給定信號，弱磁時它還受到磁鏈給定信號的控制。在轉矩內環(huán)中，磁鏈對控制對象的影響相當于一種擾動作用，因而受到轉矩內環(huán)的抑制，從而改造了轉速子系統(tǒng)，使它少受磁鏈變化的影響。 間接矢量控制的工作原理：采用磁鏈開環(huán)控制，系統(tǒng)反而會簡單一些。在這種情況下，常利用矢量控制方程中的轉差公式，構成轉差型的矢量控制系統(tǒng)，它繼承了基于穩(wěn)態(tài)模型轉差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點，同時用基于動態(tài)模型的矢量控制規(guī)律克服了它的大部分不足之處。轉差型矢量控制系統(tǒng)的主電路采用了交直交電流源型變頻器，適用于數千 kW 的大容量裝置，在中、小容量裝置中多采用帶電流控制的電壓源型 PWM 變壓變頻器。 磁鏈開環(huán)轉差型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和轉矩給定信號確定，靠矢量控制方程保證，并沒有實際計算轉子磁鏈及其相位，所以屬于間接矢量控制。 612 試比較轉子磁鏈的電壓模型和電流模型的運算方法及其優(yōu)缺點。答：根據描述磁鏈與電流關系的磁鏈方程來計算轉子磁鏈，所得出的模型叫做電流模型。根據電壓方程中感應電動勢等于磁鏈變化率的關系，取電動勢的積分就可以得到磁鏈，這樣的模型叫電壓模型。轉子磁鏈模型需要實測的電流和轉速信號，但也都受電機參數變化的影響，從而改變時間常數 Tr，磁飽和程度將影響電感 Lm 和 Lr，從而 Tr 也改變。這些影響都將導致磁鏈幅值與相位信號失真，而反饋信號的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低。 電壓模型只需要實測的電流和電壓信號，不需要轉速信號，且算法與轉子電阻 Rr 無關，只與定子電阻有關它是容易測得的。與電流模型相比，電壓模型受電動機參數變化的影響較小，而且算法簡單，便于應用。但是，由于電壓模型包含純積分項，積分的初始值和累積誤差都影響計算結果，低速時，定子電阻壓降變化的影響也較大。電壓模型適合中、高速范圍，而電流模型能適應低速。613 坐標變換是矢量控制的基礎，試分析交流電機矢量變換的基本概念和方法。答：將交流電機的物理模型等效地變換成類似直流電機的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標變換正是按照這條思路進行的。在這里，不同電機模型彼此等效的原則是：在不同坐標下所產生的磁動勢完全一致。交流電機三相對稱的靜止繞組 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦電流時，所產生的合成磁動勢是旋轉磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉速 ω1 （即電流的角頻率）順著 ABC 的相序旋轉。然而，旋轉磁動勢并不一定非要三相不可，除單相以外，二相、三相、四相、…… 等任意對稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產生旋轉磁動勢，當然以兩相最為簡單。在三相坐標系下的 iA、iB 、iC，在兩相坐標系下的 iα、iβ 和在旋轉兩相坐標系下的直流 im、it是等效的，它們能產生相同的旋轉磁動勢。這樣通過坐標系的變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機模型。614 按定子磁鏈控制的直接轉矩控制（DTC）系統(tǒng)與磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制（VC）系統(tǒng)在控制方法上有什么異同？答：1）轉矩和磁鏈的控制采用雙位式砰砰控制器，并在 PWM 逆變器中直接用這兩個控制信號產生電壓的 SVPWM 波形，從而避開了將定子電流分解成轉矩和磁鏈分量，省去了旋轉變換和電流控制，簡化了控制器的結構。2）選擇定子磁鏈作為被控量，而不象 VC 系統(tǒng)中那樣選擇轉子磁鏈，這樣一來，計算磁鏈的模型可以不受轉子參數變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。如果從數學模型推導按定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉子磁鏈定向時復雜，但是，由于采用了砰砰控制，這種復雜性對控制器并沒有影響。3）由于采用了直接轉矩控制，在加減速或負載變化的動態(tài)過程中，可以獲得快速的轉矩響應，但必須注意限制過大的沖擊電流，以免損壞功率開關器件，因此實際的轉矩響應的快速性也是有限的。615 試分析并解釋矢量控制系統(tǒng)與直流轉矩控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點。答：兩者都采用轉矩（轉速）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)強調 Te 與Ψr 的解耦，有利于分別設計轉速與磁鏈調節(jié)器；實行連續(xù)控制，可獲得較寬的調速范圍；但按Ψr 定向受電動機轉子參數變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。 DTC 系統(tǒng)則實行 Te 與Ψs 砰砰控制，避開了旋轉坐標變換，簡化了控制結構；控制定子磁鏈而不是轉子磁鏈，不受轉子參數變化的影響；但不可避免地產生轉矩脈動，低速性能較差，調速范圍受到限制。下表列出了兩種系統(tǒng)的特點與性能的比較。 性能與特點磁鏈控制轉矩控制坐標變換轉子參數變化影響調速范圍直接轉矩控制系統(tǒng)定子磁鏈砰砰控制，有轉矩脈動靜止坐標變換，較簡單無[注]不夠寬矢量控制系統(tǒng)轉子磁鏈連續(xù)控制，比較平滑旋轉坐標變換，較復雜有比較寬