電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)阮毅陳伯時課后參考答案僅供參考.doc

第五章思考題5-1 對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為什么調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍不大？電動機機械特性越軟，調(diào)速范圍越大嗎？答：對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，普通籠型異步電動機降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為0<S<Sm 所以調(diào)速范圍不大。電動機機械特性越軟，調(diào)速范圍不變，因為Sm不變。5-2 異步電動機變頻調(diào)速時，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是否可行？為何在基頻以下時，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保存電壓恒定？答：當(dāng)異步電動機在基頻以下運行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電動機的鐵心，是一種浪費；如果磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時還會因繞組過熱而損壞電動機。由此可見，最好是保持每極磁通量為額定值不變。當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Eg使，即在基頻以下應(yīng)采用電動勢頻率比為恒值的控制方式。然而，異步電動機繞組中的電動勢是難以直接檢測與控制的。當(dāng)電動勢值較高時，可忽略定子電阻和漏感壓降，而認(rèn)為定子相電壓。在整個調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是不可行的。在基頻以上調(diào)速時，頻率從額定值向上升高，受到電動機絕緣耐壓和磁路飽和的限制，定子電壓不能隨之升高，最多只能保持額定電壓不變，這將導(dǎo)致磁通與頻率成反比地降低，使得異步電動機工作在弱磁狀態(tài)。5-3 異步電動機變頻調(diào)速時，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功率還是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式？為什么？所謂恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，是否指輸出功率或轉(zhuǎn)矩恒定？若不是，那么恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？答：在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”方式；在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，輸出功率基本不變，屬于“近似的恒功率調(diào)速”方式。5-4基頻以下調(diào)速可以是恒壓頻比控制、恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式，從機械特性和系統(tǒng)實現(xiàn)兩個方面分析與比較四種控制方法的優(yōu)缺點。答：恒壓頻比控制：恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。在對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，速降落越大，機械特性越軟，與直流電動機弱磁調(diào)速相似。在基頻以下運行時，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡便的優(yōu)點，但負(fù)載變化時定子壓降不同，將導(dǎo)致磁通改變，因此需采用定子電壓補償控制。根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以保持磁通恒定。恒定子磁通：雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變 。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率大于恒壓頻比控制方式。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于恒壓頻比控制方式?？刂品绞骄枰ㄗ与妷貉a償，控制要復(fù)雜一些。恒氣隙磁通：雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。保持氣隙磁通恒定： ，除了補償定子電阻壓降外，還應(yīng)補償定子漏抗壓降。與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機械特性更硬?？刂品绞骄枰ㄗ与妷貉a償，控制要復(fù)雜一些。恒轉(zhuǎn)子磁通：機械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動機一樣的線性機械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。5-5常用的交流PWM有三種控制方式，分別為SPWM、CFPWM和SVPWM，論述它們的基本特征、各自的優(yōu)缺點。答：SPWM：特征：以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列。優(yōu)缺點：普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分量，減少電動機轉(zhuǎn)矩脈動，可以采用直接計算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。CFPWM：特征：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值。優(yōu)缺點：在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。精度高、響應(yīng)快，且易于實現(xiàn)。但功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。SVPWM：特征：把逆變器和交流電動機視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制逆變器的工作，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現(xiàn)的。優(yōu)缺點：8個基本輸出矢量，6個有效工作矢量和2個零矢量，在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個有效工作矢量只作用1次的方式，生成正6邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動。 用相鄰的2個有效工作矢量，合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。開關(guān)周期越小，旋轉(zhuǎn)磁場越接近于圓，但功率器件的開關(guān)頻率將提高。用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計算簡便。與一般的SPWM相比較，SVPWM控制方式的輸出電壓最多可提高15%。5-6分析電流滯環(huán)跟蹤PWM控制中，環(huán)寬h對電流波動于開關(guān)頻率的影響。答：當(dāng)環(huán)寬h選得較大時，開關(guān)頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開關(guān)頻率卻增大了。5-7三相異步電動機Y聯(lián)結(jié)，能否將中性點與直流側(cè)參考點短接？為什么？答：能。雖然直流電源中點和交流電動機中點的電位不等，但合成電壓矢量的表達式相等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點無關(guān)?？梢詫⒅行渣c與直流側(cè)參考點短接。5-8當(dāng)三相異步電動機由正弦對稱電壓供電，并達到穩(wěn)態(tài)時，可以定義電壓向量U、電流向量I等，用于分析三相異步電動機的穩(wěn)定工作狀態(tài)，4.2.4節(jié)定義的空間矢量與向量有何區(qū)別？在正弦穩(wěn)態(tài)時，兩者有何聯(lián)系？答：相量是從時間域的三角函數(shù)到復(fù)指數(shù)函數(shù)的映射,空間矢量是從空間域的三角函數(shù)到復(fù)指數(shù)函數(shù)的映射。相量的正弦性表現(xiàn)為時間域的正弦性,空間矢量的正弦性表現(xiàn)為空間域的正弦性。從本質(zhì)看它們都是正弦性,但從形式上看,相量的正弦性還表現(xiàn)為復(fù)數(shù)在旋轉(zhuǎn),而空間矢量的正弦性則僅表示原象在空間按正弦規(guī)律變化。當(dāng)然,也有旋轉(zhuǎn)的空間矢量,但此時空間矢量的旋轉(zhuǎn)性也是由于電流在時間上按正弦規(guī)律變化而引起的,并不起因于空間矢量本身的正弦性。5-9采用SVPWM控制，用有效工作電壓矢量合成期望的輸出電壓矢量，由于期望輸出電壓矢量是連續(xù)可調(diào)的，因此，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E可以是圓，這種說法是否正確？為什么？答：實際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在期望的磁鏈圓周圍波動。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓，但開關(guān)頻率隨之增大。由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。5-10總結(jié)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律，若設(shè)置不當(dāng)，會產(chǎn)生什么影響？一般來說，正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內(nèi)環(huán)，系統(tǒng)卻能穩(wěn)定，為什么？答：控制規(guī)律：1）在 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變。2）在不同的定子電流值時，按定子電壓補償控制的電壓頻率特性關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。若 設(shè)置不當(dāng)，則不能保持氣隙磁通恒定。一般來說，正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內(nèi)環(huán)，系統(tǒng)卻能穩(wěn)定，是因為還設(shè)置了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)。習(xí)題5-1（1）T形等效電路：簡化等效電路：（2） （3） （4）臨界轉(zhuǎn)差率： 臨界轉(zhuǎn)矩： 5-2 氣隙磁通隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速。額定電流下的電磁轉(zhuǎn)矩： Us可調(diào)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比隨著定子電壓的降低而減小。帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，普通籠型異步電動機降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為0<S<Sm，調(diào)速范圍有限。帶風(fēng)機類負(fù)載運行，穩(wěn)定運行范圍可以稍大一些0<S<1。5-3（1）忽略定子漏阻抗： （2）考慮定子漏阻抗：理想空載： 額定負(fù)載： （3）忽略定子漏阻抗的氣隙磁通要大于考慮定子漏阻抗理想空載時的氣隙磁通大于考慮定子漏阻抗額定負(fù)載時氣隙磁通。忽略定子漏阻抗的 大于考慮下定子漏阻抗理想空載時的大于額定負(fù)載時的。原因：忽略定子漏阻抗時，氣隙磁通在定子每相中異步電動勢的有效值就等于定子相電壓，而考慮定子漏阻抗時的要用定子相電壓減去定子漏阻抗的壓降，所以忽略定子漏阻抗時的必然大，相應(yīng)每極氣隙磁通也大?？紤]定子漏阻抗時，理想空載時勵磁電感上的壓降只有勵磁電感產(chǎn)生，而額定負(fù)載時還有負(fù)載并在勵磁電感上，總的阻抗減小，壓降也減小，所以理想空載時的大于額定負(fù)載時的，相應(yīng)的每極氣隙磁通也大。5-4（1）理想空載： 額定負(fù)載： （2） （3）額定負(fù)載時：氣隙磁通 是由定子勵磁繞組和轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的，定子全磁通 是定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)子全磁通 是轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的。 是轉(zhuǎn)子磁通在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動勢， 氣隙磁通在是定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢， 是定子全磁通在每相繞組中的感應(yīng)電動勢。5-5（1）（2）（3）（4）5-6（1）考慮低頻補償時： 不考慮低頻補償時： （2）f=5Hz，考慮補償：不考慮補償： f=2Hz，考慮補償： 不考慮補償： 5-7定子磁通恒定： 氣隙磁通恒定： 轉(zhuǎn)子磁通恒定： 若僅采用幅值補償不可行，缺少相位的補償。5-8共有8種開關(guān)狀態(tài)。(SA ,SB ,SC)=(0，0，0), (uA ,uB ,uC)=(-Ud/2,-Ud/2, -Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(1，0，0), (uA ,uB ,uC)=(Ud/2,-Ud/2, -Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(1，1，0), (uA ,uB ,uC)=(Ud/2,Ud/2, -Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(0，1，0), (uA ,uB ,uC)=(-Ud/2,Ud/2, -Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(0，1，1), (uA ,uB ,uC)=(-Ud/2,Ud/2, Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(0，0，1), (uA ,uB ,uC)=(-Ud/2,-Ud/2, Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(1，0，1), (uA ,uB ,uC)=(Ud/2,-Ud/2, Ud/2) (SA ,SB ,SC)=(1，1，1), (uA ,uB ,uC)=(Ud/2,Ud/2, Ud/2) 5-9交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。定義三相定子電壓空間矢量（k為待定系數(shù)）： 三相合成矢量： 5-10 忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為 當(dāng)電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\動軌跡呈圓形（簡稱為磁鏈圓）。定子磁鏈?zhǔn)噶浚?定子電壓矢量： 5-11若采用電壓空間矢量PWM調(diào)制方法，若直流電壓Ud恒定，要保持S(k)恒定，只要使t1為常數(shù)即可。輸出頻率越低，t越大，零矢量作用時間t0也越大，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留的時間越長。5-12按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，當(dāng)期望輸出電壓矢量落在某個扇區(qū)內(nèi)時，就用與期望輸出電壓矢量相鄰的2個有效工作矢量等效地合成期望輸出矢量。按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，每個扇區(qū)對應(yīng)/3, 基本電壓空間矢量的線性組合構(gòu)成期望的電壓矢量。期望輸出電壓矢量與扇區(qū)起始邊的夾角。在一個開關(guān)周期 T0，u1的作用時間t1，u2的作用時間t2，合成電壓矢量5-13給定積分環(huán)節(jié)的原理與作用：由于系統(tǒng)本身沒有自動限制起動制動電流的作用，因此頻率設(shè)定必須通過給定積分算法產(chǎn)生平緩的升速或者降速信號。5-14控制規(guī)律：1.轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變，且2.在不同的定子電流值時，按定子電壓補償控制的電壓頻率特性關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定?？刂品椒ǎ罕３謿庀洞磐ú蛔儯趕值較小的穩(wěn)態(tài)運行范圍內(nèi)，異步電動機的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比。在保持氣隙磁通不變的前提下，可以通過控制轉(zhuǎn)差角頻率來控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想。忽略電流相量相位變化的影響，僅采用幅值補償優(yōu)缺點：轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足平滑調(diào)速的要求，但靜、動態(tài)性能不夠理想。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制可提高靜、動態(tài)性能，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。需增加轉(zhuǎn)速傳感器、相應(yīng)的檢測電路和測速軟件等。轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速是基于異步電動機穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。5-15臨界轉(zhuǎn)差頻率： 最大的允許轉(zhuǎn)差頻率 起動時的定子電流和啟動轉(zhuǎn)矩：定子電壓：起動時的定子電流：起動轉(zhuǎn)矩：第六章思考題6-1異步電動機變壓變頻調(diào)速時需要進行電壓（或電流）和頻率的協(xié)調(diào)控制，有電壓（或電流）和頻率兩種獨立的輸入變量。在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速外，磁通也是一個輸出變量。異步電動機無法單獨對磁通進行控制，電流乘磁通產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速乘磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在數(shù)學(xué)模型中含有兩個變量的乘積項。三相異步電動機三相繞組存在交叉耦合，每個繞組都有各自的電磁慣性，再考慮運動系統(tǒng)的機電慣性，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的積分關(guān)系等，動態(tài)模型是一個高階系統(tǒng)。6-2異步電動機三相數(shù)學(xué)模型中存在一定的約束條件。三相變量中只有兩相是獨立的，因此三相原始數(shù)學(xué)模型并不是物理對象最簡潔的描述。完全可以而且也有必要用兩相模型代替。兩相模型相差90才能切割d軸最大地產(chǎn)生磁通，產(chǎn)生電動勢。相差180不行，無法切割d軸產(chǎn)生磁通。6-3三相繞組可以用相互獨立的兩相正交對稱繞組等效代替，等效的原則是產(chǎn)生的磁動勢相等。功率相等不是變換的必要條件。可以采用匝數(shù)相等的交換原則。變換前后的功率不相等。6-4旋轉(zhuǎn)變換的等效原則是磁動勢相等。因為當(dāng)磁動勢矢量幅值恒定、勻速旋轉(zhuǎn)時，在靜止繞組中通入正弦對稱的交流電流，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系以與磁動勢矢量轉(zhuǎn)速相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，如果站在d軸上看，就是兩個通入直流而相互垂直的靜止繞組，所以同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流是直流電流。如果坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度大于或者小于磁動勢矢量的旋轉(zhuǎn)速度時，繞組中的電流是交流量。6-5坐標(biāo)變換的優(yōu)點：與三相原始模型相比，3/2變換減少了狀態(tài)變量的維數(shù)，簡化了定子和轉(zhuǎn)子的自感矩陣。旋轉(zhuǎn)變換改變了定、轉(zhuǎn)子繞組間的耦合關(guān)系，將相對運動的定、轉(zhuǎn)子繞組用相對靜止的等效繞組來代替，消除了定、轉(zhuǎn)子繞組間夾角對磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響。將非線性變參數(shù)的磁鏈方程轉(zhuǎn)化為線性定常的方程，但卻加劇了電壓方程中的非線性耦合程度，將矛盾從磁鏈方程轉(zhuǎn)移到電壓方程中來了，并沒有改變對象的非線性耦合性質(zhì)。6-6矢量控制系統(tǒng)的基本工作原理：通過坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動機模型。仿照直流電動機的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對應(yīng)量，以實施控制通過按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分解為勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積，實現(xiàn)了定子電流兩個分量的解耦。在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的異步電動機數(shù)學(xué)模型與直流電動機動態(tài)模型相當(dāng)。6-7計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型：基本原理：根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型叫做電流模型。優(yōu)缺點：需要實測的電流和轉(zhuǎn)速信號，不論轉(zhuǎn)速高低時都能適用。受電動機參數(shù)變化的影響。電動機溫升和頻率變化都會影響轉(zhuǎn)子電阻，磁飽和程度將影響電感。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與位置信號失真，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，這是電流模型的不足之處。計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型：基本原理：根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動勢等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動勢的積分就可以得到磁鏈。優(yōu)缺點：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(jié)果，在低速時，定子電阻壓降變化的影響也較大。電壓模型更適合于中、高速范圍，而電流模型能適應(yīng)低速。有時為了提高準(zhǔn)確度，把兩種模型結(jié)合起來。6-8直接定向：根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈的實際值進行控制的方法稱作直接定向。優(yōu)缺點：轉(zhuǎn)子磁鏈的直接檢測比較困難，多采用按模型計算的方法。間接定向：利用給定值間接計算轉(zhuǎn)子磁鏈的位置，可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種方法稱為間接定向。優(yōu)缺點：用定子電流轉(zhuǎn)矩分量和轉(zhuǎn)子磁鏈計算轉(zhuǎn)差頻率給定信號將轉(zhuǎn)差頻率給定信號加上實際轉(zhuǎn)速，得到坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度，經(jīng)積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生矢量變換角。定子電流勵磁分量給定信號和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號之間的關(guān)系是靠式建立的，比例微分環(huán)節(jié)在動態(tài)中獲得強迫勵磁效應(yīng)，從而克服實際磁通的滯后。磁鏈定向的精度受轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響。6-9矢量控制系統(tǒng)通過電流閉環(huán)控制，實現(xiàn)定子電流的兩個分量的解耦，進一步實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的解耦，有利于分別設(shè)計轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向受電動機轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)采用雙位式控制，根據(jù)定子磁鏈幅值偏差、電磁轉(zhuǎn)矩偏差的符號以及期望電磁轉(zhuǎn)矩的極性，再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號，避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡化了控制結(jié)構(gòu)。不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，影響低速性能，調(diào)速范圍受到限制。6-106個有效工作電壓空間矢量，將產(chǎn)生不同的磁鏈增量。由于六個電壓矢量的方向不同，有的電壓作用后會使磁鏈幅值增大，另一些電壓作用則使磁鏈幅值減小，磁鏈的空間矢量位置也都有相應(yīng)變化。選擇電壓空間矢量的規(guī)則：d軸分量usd為“+”時，定子磁鏈幅值加大； 為“-”時，定子磁鏈幅值減??；為“0”時，定子磁鏈幅值維持不變。q軸分量usq為“+”時，定子磁鏈?zhǔn)噶空蛐D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)差頻率增大，電流轉(zhuǎn)矩分量和電磁轉(zhuǎn)矩加大為“-”時，定子磁鏈?zhǔn)噶糠聪蛐D(zhuǎn)，電流轉(zhuǎn)矩分量急劇變負(fù)，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩；為“0”時，定子磁鏈?zhǔn)噶客Ｔ谠?，轉(zhuǎn)差頻率為負(fù)，電流轉(zhuǎn)矩分量和電磁轉(zhuǎn)矩減小。轉(zhuǎn)矩脈動的原因：由于采用雙位式控制，實際轉(zhuǎn)矩必然在上下限內(nèi)脈動；抑制轉(zhuǎn)矩脈動的方法：對磁鏈偏差和轉(zhuǎn)矩偏差實行細(xì)化，使磁鏈軌跡接近圓形，減少轉(zhuǎn)矩脈動。6-11帶有滯環(huán)的雙位式控制器優(yōu)缺點：轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式控制器，并在PWM逆變器中直接用這兩個控制信號產(chǎn)生輸出電壓，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)。由于采用雙位式控制，實際轉(zhuǎn)矩必然在上下限內(nèi)脈動。6-12直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)需采用兩相靜止坐標(biāo)計算定子磁鏈，而避開旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換。定子磁鏈計算模型：，這是一個電壓模型，適合于以中高速運行的系統(tǒng)，在低速時的誤差較大，甚至無法應(yīng)用。必要時，只好在低速時切換到電流模型，但這時上述能提高魯棒性的優(yōu)點就不得不丟棄了。轉(zhuǎn)矩計算模型：由于磁鏈計算采用了帶積分環(huán)節(jié)的電壓模型，積分初值、累積誤差和定子電阻的變化都會影響磁鏈計算的準(zhǔn)確度。6-13矢量控制系統(tǒng)的控制方法： 轉(zhuǎn)子磁鏈可以閉環(huán)控制也可以開環(huán)控制，轉(zhuǎn)矩連續(xù)控制，電流閉環(huán)控制。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制方法：定子磁鏈閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)矩雙位式控制，電流無閉環(huán)控制。習(xí)題6-1 兩相電流空間互差90，三相電流空間互差120電角度。兩相電流幅值是三相電流的倍。6-2 6-3按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中狀態(tài)方程為：坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度：假定電流閉環(huán)控制性能足夠好，電流閉環(huán)控制的等效傳遞函數(shù)為慣性環(huán)節(jié)：穩(wěn)定性：轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)節(jié)為穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可以采用閉環(huán)控制，也可以采用開環(huán)控制方式；而轉(zhuǎn)速通道存在積分環(huán)節(jié)，必須加轉(zhuǎn)速外環(huán)使之穩(wěn)定。6-46-5ASR調(diào)節(jié)器： AR調(diào)節(jié)器： 6-6第七章思考題7-1因為異步電動機的定子與轉(zhuǎn)子速度不同步，有轉(zhuǎn)差率產(chǎn)生，因為產(chǎn)生轉(zhuǎn)差功率。7-2可以看出，Ud中包含了電動機的轉(zhuǎn)差率s，而Id與電動機轉(zhuǎn)子交流電流Ir之間有固定的比例關(guān)系，因此它近似地反映了電動機電磁轉(zhuǎn)矩的大小，而角是控制變量。所以該式可以看作是在串級調(diào)速系統(tǒng)中異步電動機機械特性的間接表達式：控制逆變角可以控制轉(zhuǎn)差率s進而改變轉(zhuǎn)速。7-3在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時，轉(zhuǎn)子電流會在外接電阻上產(chǎn)生一個交流電壓，這一交流電壓與轉(zhuǎn)子電流有著相同的頻率和相位，調(diào)速時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率被消耗在外接電阻上。串級調(diào)速是串的電動勢，如果在轉(zhuǎn)子繞組回路中引入一個可控的交流附加電動勢來代替外接電阻，附加電動勢的幅值和頻率與交流電壓相同，相位與轉(zhuǎn)子電動勢相反則它對轉(zhuǎn)子電流的作用與外接電阻是相同的，附加電動勢將會吸收原先消耗在外接電阻上的轉(zhuǎn)差功率。7-4為了使串級調(diào)速裝置不受過電壓損壞。7-5圖7-5所示的電氣串級調(diào)速系統(tǒng)能夠在次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行和電動機在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行，因為圖7-5所示的系統(tǒng)不可逆，所以不能制動運行。習(xí)題7-1異步電動機雙饋調(diào)速的基本原理：異步電動機由電網(wǎng)供電并以電動狀態(tài)運行時，它從電網(wǎng)輸入（饋入）電功率，而在其軸上輸出機械功率給負(fù)載，以拖動負(fù)載運行。 在雙饋調(diào)速工作時，繞線型異步電動機定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子側(cè)與交流電源或外接電動勢相連，從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，可認(rèn)為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個交流電動勢，通過控制附加電動勢的幅值，實現(xiàn)繞線型異步電動機的調(diào)速。異步電動機雙饋調(diào)速的五種工況：1. 電動機在次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行2. 電動機在反轉(zhuǎn)時作倒拉制動運行3. 電動機在超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行4. 電動機在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行5. 電動機在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行7-21起動異步電動機在靜止不動時，其轉(zhuǎn)子電動勢為；控制逆變角，使在起動開始的瞬間，與的差值能產(chǎn)生足夠大的，以滿足所需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過允許的電流值，這樣電動機就可在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動。隨著異步電動機轉(zhuǎn)速的增高，其轉(zhuǎn)子電動勢減少，為了維持加速過程中動態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定，必須相應(yīng)地增大角以減小值，維持基本恒定。當(dāng)電動機加速到所需轉(zhuǎn)速時，不再調(diào)整角，電動機即在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。2調(diào)速當(dāng)增大角使=2>1時，逆變電壓減小，但電動機的轉(zhuǎn)速不能立即改變，所以將增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，使電動機加速。隨著電動機轉(zhuǎn)速的增高，減少，回落，直到新的平衡狀態(tài)，電動機在增高了的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。3停車 對于處于低同步轉(zhuǎn)速下運行的雙饋調(diào)速系統(tǒng)，必須在異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)輸入電功率時才能實現(xiàn)制動。在串級調(diào)速系統(tǒng)中與轉(zhuǎn)子連接的是不可控整流裝置，它只能從電動機轉(zhuǎn)子側(cè)輸出電功率，而不可能向轉(zhuǎn)子輸入電功率。因此串級調(diào)速系統(tǒng)沒有制動停車功能。只能靠減小角減小，并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。7-3在不同的b角下異步電動機串級調(diào)速時的機械特性是近似平行的，其工作段類似于直流電動機變壓調(diào)速的機械特性。由于轉(zhuǎn)子回路阻抗的影響，異步電動機串級調(diào)速時的機械特性比其固有特性要軟得多。受轉(zhuǎn)子回路電阻增加的影響：當(dāng)電機在最高轉(zhuǎn)速的特性上（b = 90）帶額定負(fù)載，也難以達到其額定轉(zhuǎn)速。受轉(zhuǎn)子回路漏抗增加的影響：整流電路換相重疊角將加大，并產(chǎn)生強迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象，使串級調(diào)速時的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動機在正常接線時的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。7-4串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率是比較高的，且當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速降低時,總效率的減少并不多。因為串級調(diào)速串的是電動勢，有功率回饋回去。而繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時的效率幾乎隨轉(zhuǎn)速的降低而成比例地減少。因為串電阻調(diào)速的損耗都用來發(fā)熱了。7-5對于寬調(diào)速的串級調(diào)速系統(tǒng)，隨著轉(zhuǎn)差率的增大，系統(tǒng)的功率因數(shù)還要下降，這是串級調(diào)速系統(tǒng)能否被推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。常用的方法是增加靜止無功補償裝置電力電容器，采用無功就地補償來解決。7-6一般取 不會求24 / 24