【正文】 性能與特點(diǎn)磁鏈控制轉(zhuǎn)矩控制坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響調(diào)速范圍直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)定子磁鏈砰砰控制，有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)靜止坐標(biāo)變換，較簡(jiǎn)單無(wú)[注]不夠?qū)?矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁鏈連續(xù)控制，比較平滑旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較復(fù)雜有比較寬。 DTC 系統(tǒng)則實(shí)行 Te 與Ψs 砰砰控制，避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)化了控制結(jié)構(gòu)；控制定子磁鏈而不是轉(zhuǎn)子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響；但不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低速性能較差，調(diào)速范圍受到限制。答：兩者都采用轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)速）和磁鏈分別控制，但兩者在控制性能上卻各有千秋。3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過(guò)大的沖擊電流，以免損壞功率開關(guān)器件，因此實(shí)際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快速性也是有限的。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(zhuǎn)子磁鏈，這樣一來(lái)，計(jì)算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。這樣通過(guò)坐標(biāo)系的變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機(jī)模型。然而，旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)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(duì)稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，當(dāng)然以兩相最為簡(jiǎn)單。在這里，不同電機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)完全一致。答：將交流電機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和控制就可以大大簡(jiǎn)化。電壓模型適合中、高速范圍，而電流模型能適應(yīng)低速。與電流模型相比，電壓模型受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響較小，而且算法簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與相位信號(hào)失真，而反饋信號(hào)的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低。根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動(dòng)勢(shì)的積分就可以得到磁鏈，這樣的模型叫電壓模型。 612 試比較轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型和電流模型的運(yùn)算方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。轉(zhuǎn)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(shù)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。 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(huì)簡(jiǎn)單一些。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，弱磁時(shí)它還受到磁鏈給定信號(hào)的控制。 611 分別簡(jiǎn)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(shù)的影響？答：直接矢量控制的工作原理：轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速。610在轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率的測(cè)量值大于或小于實(shí)際值時(shí)，將給系統(tǒng)工作造成怎樣的影響？答：在調(diào)速過(guò)程中，實(shí)際頻率 ω1 隨著實(shí)際轉(zhuǎn)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。（3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 ω1 = ωs + ω ，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。在動(dòng)態(tài)中 Φm 如何變化還沒(méi)有深入研究，但肯定不會(huì)恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)性能。67 交流 PWM 變換器和直流 PWM 變換器有什么異同？68 請(qǐng)你外出時(shí)到一個(gè)變頻器廠家或變頻器專賣店索取一份任意型號(hào)的通用變頻器資料，用它與異步電動(dòng)機(jī)組成一個(gè)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)，然后說(shuō)明該系統(tǒng)的工作原理。 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(chǎng)合？為什么？答：正、反兩組按一定周期相互切換，在負(fù)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。逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，動(dòng)態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也得以提高。采用全控型的功率開關(guān)器件，只通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓脈沖進(jìn)行控制，電路也簡(jiǎn)單，效率高。因此，若能對(duì)電流實(shí)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。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。 （5）應(yīng)用場(chǎng)合 電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓控制響應(yīng)慢，不易波動(dòng)，所以適于做多臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的供電電源，或單臺(tái)電機(jī)調(diào)速但不要求快速起制動(dòng)和快速減速的場(chǎng)合。（3）動(dòng)態(tài)響應(yīng) 正由于交直交電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流電壓可以迅速改變，所以動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較快，而電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就慢得多。因此，兩類逆變器的區(qū)別還表現(xiàn)在采用什么儲(chǔ)能元件（電容器或電感器）來(lái)緩沖無(wú)功能量。在中間直流環(huán)節(jié)與負(fù)載電機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無(wú)功功率的交換。它的直流電流波形比較平直，相當(dāng)于一個(gè)恒流源，輸出交流電流是矩形波或梯形波。它的直流電壓波形比較平直，理想情況下是一個(gè)內(nèi)阻為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或梯形波。恒流機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩值與頻率無(wú)關(guān)，恒流變頻時(shí)最大轉(zhuǎn)矩不變，但改變定子電流時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比?；l以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。恒 Eg /ω1 控制是通常對(duì)恒壓頻比控制實(shí)行電壓補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到 Φrm = Constant，從而改善了低速性能，但機(jī)械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制?；l以下電壓—頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：恒壓頻比控制的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，轉(zhuǎn)速再降低，特性就折回來(lái)了。這時(shí)，需要人為地把電壓 Us 抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。答：繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 Us ≈ Eg，則得 USf1= 常值這是恒壓頻比的控制方式。軟起動(dòng)的功能同樣也可以用于制動(dòng)，用以實(shí)現(xiàn)軟停車。視起動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小，起動(dòng)電流可在 (~4)ISN之間調(diào)整，以獲得最佳的起動(dòng)效果，但無(wú)論如何調(diào)整都不宜于滿載起動(dòng)。答：54 何謂軟起動(dòng)器？交流異步電動(dòng)機(jī)采用軟起動(dòng)器有什么好處？答；帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自動(dòng)衰減下來(lái)，起動(dòng)時(shí)間也短于一級(jí)降壓起動(dòng)。 52 有一臺(tái)三相四極異步電動(dòng)機(jī)，其額定容量為 ，頻率為 50Hz，在某一情況下運(yùn)行，自定子方面輸入的功率為 ，定子銅損耗為 341W，轉(zhuǎn)子銅損耗為 ，鐵心損耗為，機(jī)械損耗為 45W，附加損耗為 29W，試?yán)L出該電動(dòng)機(jī)的功率流程圖，注明各項(xiàng)功率或損耗的值，并計(jì)算在這一運(yùn)行情況下該電動(dòng)機(jī)的效率、轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速。其中變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的，應(yīng)用場(chǎng)合有限。無(wú)論是饋出還是饋入的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉(zhuǎn)化成有用的功率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設(shè)備?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價(jià)值。轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，降電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于這一類。答：從能量轉(zhuǎn)換的角度上看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。位置隨動(dòng)系統(tǒng)的反饋是位置環(huán)，調(diào)速系統(tǒng)的反饋是速度環(huán)。46 試分析位置隨動(dòng)系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)在哪些方面是不同的。采用數(shù)字控制時(shí)，電子開關(guān)的任務(wù)可以用條件選擇程序來(lái)完成，實(shí)際系統(tǒng)都是邏輯選觸系統(tǒng)。45 試分析圖 413 所示邏輯選觸無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)的工作原理，說(shuō)明正向制動(dòng)時(shí)各處電壓極性及能量關(guān)系。正組晶閘管 VF，由 GTF 控制觸發(fā)，正轉(zhuǎn)時(shí)，VF 整流；反轉(zhuǎn)時(shí)，VF 逆變。畫出各參變量的動(dòng)態(tài)波形，并說(shuō)明在每個(gè)階段中 ASR 和 ACR 各起什么作用，VF 和 VR 各處于什么狀態(tài)。反組逆變電樞端電壓為正，電樞電流為負(fù)，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，回饋發(fā)電，機(jī)械特性在第二象限。解；機(jī)械特性圖如下：n n提升放下TeId43 解釋待逆變、正組逆變和反組逆變，并說(shuō)明這三種狀態(tài)各出現(xiàn)在何種場(chǎng)合下。已知電動(dòng)機(jī)額定功率PN= 555kW ，額定電壓UN= 750V ，額定電樞電流 IN= 760 A ，額定轉(zhuǎn)速nN= 375 / min ，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce= ? min/ r ，電樞回路總電阻 R = ，允許過(guò)載倍數(shù) λ = ，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm= ，轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton= ，電流反饋存儲(chǔ)系數(shù) Kβ=23A?1 ，轉(zhuǎn)速反饋存儲(chǔ)系數(shù)Kα=67 min/r ，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采樣時(shí)間Tsam= ，電流環(huán)小慣性時(shí)間常數(shù)T∑Ti= +sToi= + = 第 4 章 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)和位置隨動(dòng)系統(tǒng)41 晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)需要快速回饋制動(dòng)時(shí)，為什么必須采用可逆線路？答：當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要回饋制動(dòng)時(shí)，由于反電動(dòng)勢(shì)的極性未變，要回饋電能必須產(chǎn)生反向電流，而反向電流是不可能通過(guò) VF 流通的，這時(shí)，可以通過(guò)控制電路切換到反組晶閘管裝置 VR，并使它工作在逆變狀態(tài)，產(chǎn)生逆變電壓，電機(jī)輸出電能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。Um，寫出位置式和增量式數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器的表達(dá)式，并用已掌握的匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)控制程序。解：電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈共產(chǎn)生 Z=4 2048=4096 個(gè)脈沖。因此，電樞電流存儲(chǔ)系數(shù)為15Kβ=2?1=32768= A?1 760額定轉(zhuǎn)速nN=375r/min，取nmax=，則轉(zhuǎn)速存儲(chǔ)系數(shù)為215?1 32768Kα== 375=min/ r = ?1， ==對(duì)上述運(yùn)算結(jié)果取整得 Kβ23A Kα67 min/ r 。解：定點(diǎn)數(shù)長(zhǎng)度為 1 個(gè)字（16 位），但最高位須用作符號(hào)位，只有 15 位可表示量值，故最大存儲(chǔ)值Dmax=2151。試對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量σi≤ 5% ；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn≤ 20% ；過(guò)載過(guò)程時(shí)間 ts≤ 。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Unm?=Uim?=Uom= 10V ，調(diào)節(jié)器輸入電阻 R0= 40kΩ 。（4）該系統(tǒng)由空載（ IdL= 0 ）突加額定負(fù)載時(shí)，電流 Id和轉(zhuǎn)速 n 的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形是怎樣的？已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm= ，計(jì)算其最大動(dòng)態(tài)速降 Δnmax和恢復(fù)時(shí)間 tV。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 n=？ACR 的輸出電壓Uc= ?（2）當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)突然失磁（ Φ = 0 ），系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？Un= ?試分析并說(shuō)明。216 在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán) V—M 系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR，電流調(diào)節(jié)器 ACR 均采用PI 調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器已按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取參數(shù) KT=。 設(shè) 調(diào) 節(jié) 器 輸 入 輸 出 電 壓U ?=U ?=U = V10 ，調(diào)節(jié)器輸入電阻 R0= 40kΩ 。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：P==V I=A n= 375 / minCe= ? min/N555 ,N750 ,N760 ,N，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)r ，電樞回 路總 電阻 R = ，允許 電流過(guò) 載倍 數(shù) λ = ，觸 發(fā)整 流環(huán)節(jié) 的放 大倍數(shù)Ks= 75 。解： β 和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α 分別為?β=Uim =8= /V AIdm?α =Unm =nmax33910= min/ r10002.（1）確定時(shí)間常數(shù)① 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) 12,三相零式電路的平均失控時(shí)間 Ts=.② ,為了基本濾平波頭,應(yīng)有(1–2)Toi=,因此取Toi==.③ 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T∑i .按小時(shí)間常數(shù)近似處理,取 T∑i=TS+ Toi= （2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求σi≤5℅,并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差,可按典型 I 環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的,因此可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)見式(257).檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能:Tl== ,參照表 23 的典型 I 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)T∑i抗擾性能,各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的.（3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù): τi=T =. 電 流 環(huán) 開 環(huán) 增 益