电力拖动自动控制系统运动控制系统阮毅陈伯时课后参考答案第五六七章仅供参考Word格式文档下载.docx
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在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。
5-3异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？
为什么？
所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？
若不是，那么恒功率或
恒转矩调速究竟是指什么？
在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；
在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。
5-4基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。
恒压频比控制：
恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较
好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。
在
对于相同的电磁转矩，角频率越大，速降落越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁调速相
似。
在基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点，但负载变化时定子
压降不同，将导致磁通改变，因此需采用定子电压补偿控制。
根据定子电流的大小改变定子
电压，以保持磁通恒定。
恒定子磁通：
虽然改善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。
频
率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变。
恒定子磁通控制的临界转差率大于恒压
频比控制方式。
恒定子磁通控制的临界转矩也大于恒压频比控制方式。
控制方式均需要定子
电压补偿，控制要复杂一些。
恒气隙磁通：
保
持气隙磁通恒定：
Eg常值，除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定子漏抗压降。
与
1
恒定子磁通控制方式相比较，恒气隙磁通控制方式的临界转差率和临界转矩更大，机械特性
更硬。
控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。
恒转子磁通：
机械特性完全是一条直线，可以获得和直流电动机一样的线性机械特性，这正
是高性能交流变频调速所要求的稳态性能。
5-5常用的交流PWM有三种控制方式，分别为SPWM、CFPWM和SVPWM，论述它们的基本特征、各自的优缺点。
SPWM:
特征：
以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波。
由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相
等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列。
优缺点：
普通的SPWM变频器输出电压带有一定的谐波分量，为降低谐波分量，减少电动机转矩脉动，可以采用直接计算各脉冲起始与终了相位的方法，以消除指定次数的谐波。
CFPWM:
在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值。
优缺点：
在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的SPWM获得更
好的性能。
精度高、响应快，且易于实现。
但功率开关器件的开关频率不定。
SVPWM:
把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的。
8个基本输出矢量，6个有效工作矢量和2个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用1次的方式，生成正6边形的旋转磁链，谐波分量大，导致转矩脉动。
用相邻的2个有效工作矢量，合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。
开关周期越小，旋转磁场越接近于圆，但功率器件的开关频率将提高。
用电压空间矢量直接生成
三相PWM波，计算简便。
与一般的SPWM相比较，SVPWM控制方式的输出电压最多可提咼15%。
5-6分析电流滞环跟踪PWM控制中，环宽h对电流波动于开关频率的影响。
当环宽h选得较大时，开关频率低，但电流波形失真较多，谐波分量高；
如果环宽小，电流跟踪性能好，但开关频率却增大了。
5-7三相异步电动机Y联结，能否将中性点与直流侧参考点短接？
为什么？
答：
能。
虽然直流电源中点和交流电动机中点的电位不等，但合成电压矢量的表达式相等。
因此，三相合成电压空间矢量与参考点无关。
可以将中性点与直流侧参考点短接。
5-8当三相异步电动机由正弦对称电压供电，并达到稳态时，可以定义电压向量U、电流向
量I等，用于分析三相异步电动机的稳定工作状态，4.2.4节定义的空间矢量与向量有何区别？
在正弦稳态时，两者有何联系？
相量是从时间域的三角函数到复指数函数的映射,空间矢量是从空间域的三角函数到复
指数函数的映射。
相量的正弦性表现为时间域的正弦性,空间矢量的正弦性表现为空间域的正弦性。
从本质看
它们都是正弦性,但从形式上看,相量的正弦性还表现为复数在旋转,而空间矢量的正弦性则仅表示原象在空间按正弦规律变化。
当然,也有旋转的空间矢量,但此时空间矢量的旋转性也
是由于电流在时间上按正弦规律变化而引起的,并不起因于空间矢量本身的正弦性。
5-9采用SVPWM控制，用有效工作电压矢量合成期望的输出电压矢量，由于期望输出电压矢量是连续可调的，因此，定子磁链矢量轨迹可以是圆，这种说法是否正确？
实际的定子磁链矢量轨迹在期望的磁链圆周围波动。
N越大，磁链轨迹越接近于圆，但开关频率随之增大。
由于N是有限的，所以磁链轨迹只能接近于圆，而不可能等于圆。
5-10总结转速闭环转差频率控制系统的控制规律，若Usf（i，\s）设置不当，会产生什
么影响？
一般来说，正反馈系统是不稳定的，而转速闭环转差频率控制系统具有正反馈的内环，系统却能稳定，为什么？
控制规律：
1）在ssm的范围内，转矩基本上与转差频率成正比，条件是气隙磁
通不变。
2）在不同的定子电流值时，按定子电压补偿控制的电压-频率特性关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。
若USf（「J）设置不当，则不能保持气隙磁通恒定。
一般来说，正反馈系统是不稳定的，而转速闭环转差频率控制系统具有正反馈的内环，系统却能稳定，是因为还设置了转速负反馈外环。
习题
5-1
（1）
T形等效电路：
Us
简化等效电路:
（2）
Sn
4%
n1
314?
ad
Rsj
1Lls
J1S
Lm
1.023
I1N
Pm
3I；
2R
5964W
m1
TeN
np
104.67?
rad/s
56.98
15.97A
2'
2
1L|sC!
Ljs
（3）
Io
2.63?
A
2
（4）
临界转差率:
Sm
R；
i2Lis
临界转矩:
Tm
0.122
U
3
155.98
2IR
以恒转矩负载特性
风机类负载特性
R
Un
umax
-0.122
调压调速在2Un：
3npUs
i2-
38.99
调压调速在3Un：
3npUS
69.32
气隙磁通
4.44fiNskNs随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。
额定电流下的电磁转矩：
3npUs2R'
s1[SRsR2S2i2Ls
Us可调，电磁转矩与定子电压的平方成正比随着定子电压的降低而减小。
带恒转矩负载时，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为限。
带风机类负载运行，稳定运行范围可以稍大一些0<
1。
o<
s<
sm，调速范围有
5-3
（1）忽略定子漏阻抗:
4.44f1NSk
0.00862
NS
EgUs220/
（2）考虑定子漏阻抗：
理想空载：
EgI01—214.71V
4.44f1NSk
0.00841
Ns
额定负载:
'
r；
Eg
I1N,C1一
QLs
207.35V
■s
g
0.00812
4.44f1NskNs
（3）忽略定子漏阻抗的气隙磁通要大于考虑定子漏阻抗理想空载时的气隙磁通大于考虑定
子漏阻抗额定负载时气隙磁通。
忽略定子漏阻抗的Eg大于考虑下定子漏阻抗理想空载时的大于额定负载时的。
y
原因：
忽略定子漏阻抗时，气隙磁通在定子每相中异步电动势的有效值Eg就等于定子相电
压，而考虑定子漏阻抗时的Eg要用定子相电压减去定子漏阻抗的压降，所以忽略定子漏阻抗时的Eg必然大，相应每极气隙磁通也大。
考虑定子漏阻抗时，理想空载时励磁电感上的
压降只有励磁电感产生，而额定负载时还有负载并在励磁电感上，总的阻抗减小，压降也减
小，所以理想空载时的Eg大于额定负载时的Eg，相应的每极气隙磁通也大。
5-4
理想空载:
EsUs
loRs
219.08V
ms
Es
4.44£
川也
0.00858
11NRs
214.41?
/
Er
mr
0.00840
US丨1N
12Ls
GLs
154.57V
E；
4.44f1NSkNs
0.00605
额定负载时：
msmmr,乓Eg匕
气隙磁通m是由定子励磁绕组和转子绕组产生的，定子全磁通ms是定子绕组和转子绕
组产生的，转子全磁通mr是转子绕组产生的。
Er是转子磁通在转子绕组中的感应电动势，Eg气隙磁通在是定子每相绕组中的感应电动
势，Es是定子全磁通在每相绕组中的感应电动势。
5-5
1\
5-6
（1）考虑低频补偿时:
不考虑低频补偿时:
sI
恒转矩调速恒功率调速
Temax
3npUs2
f=2Hz,
i[Rs
78.14?
考虑补偿:
12L,sLs]
2冗f4冗12.56
UsU3.96f
3npUS2
2229.92
2i[Rs
435.65
不考虑补偿：
UsU
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