交流调速重点

湖南工业大学

1变频电机一般来讲都是恒转矩的，又有频率追踪，所以一般来讲转差率是变化很小的。变频调速装置的类型与特点 ?

按电动机的能量转换类型交流调速系统分哪三类？各自特点是什么？

答：①转差功率消耗型调速系统——这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在 转子回路中，这类系统的效率最低。

②转差功率馈送型调速系统——在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在 转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多。

③转差功率不变型调速系统——在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论 转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，其中变极对数调速是有级的，应用场合有限，只有变压变频调速应用最广。

变频器组成：控制器、电力电子变换电路、电量检测电路 分类：交-交、交-直-交（电压源型、电流源型） 三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：

⑴ 从基频向下调速，为恒转矩调速；从基频向上调速，近似为恒功率调速； ⑵ 调速范围大；

⑶ 机械特性较硬，静差率小，相对稳定性好； ⑷ 运行时较小，效率高；

⑸ 频率可以连续调节，变频调速为无级调速

2电流滞环SPWM特点？异步电动机动态数学模型的性质? （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。 异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。 3、VVVF控制时需要低频补偿的情况？ 调频调速系统调频率时为什么要调电压？

答：按电动机的电动势平衡方程，变频时若定子电压不变则磁通会变化：频率升高则磁通减小，频率降低则磁通增大。而对于电动机来说，其额定状态下磁通是处于临界饱和状态的，若磁通增大达到饱和则铁心要发热；磁通减小则造成转矩变小，不能提供足够的转矩带动负载。因此要维持恒磁通控制，这就要求E1/f1=常数，近似可认为是U1 /f1=常数，而在低频段进行补偿。因此调频调速系统调频率时要调电压，以保证恒磁通控制。

低频时，US和Eg都较小，定子电阻和漏感压降所占的分量比较显著，不能在忽略。这 时可以认为地把定子电压US抬高一些，以便近似地补偿定子阻抗压降，称作低频补偿。 4何为同步旋转坐标系？

dp0坐标下，磁链方程与id、iq成线性。线性方程当然比非线性的好处理

5在自然坐标系A-B-C坐标系中异步电机的电感矩阵是一个什么矩阵类型？

交流电机三相对称的绕组A/B/C，通过以三相平衡的正弦电流，锁产生的合成磁动势是旋转磁动势F，它在空间呈正弦分布，以同步转速W1顺着A-B-C相序旋转，这就是旋转磁场 6电动机在加、减速和速度调节过程中都服从的基本运动学方程是什么？

7异步电动机矢量控制系统的转子磁场的检测获取

根据异步电动机不同的运行情况，选择合适的检测方法，可实现对转子磁链的正确计算。感应电动机内部的磁通检测方法可分为直接式和间接式两类。直接式是采用霍尔传感器等磁敏元件直接测量电动机的气隙磁通，再经过对漏磁通的校正求转子磁通。间接式是检测电动机的电压和电流通过电动机数学模型求得转子磁通。

(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置，结果依赖于电机参数。 8现代交流调速系统的组成？

现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器及电量检测器组成，称为变频器

一般性的节能调速，高性能的交流调速系统和伺服系统，特大容量、极高转速的交流调速 9根据中间直流滤波环节的不同，变频器的分类？

答：在交-直-交变压变频器中，按照中间直流环节直流电源性质的不同，逆变器可以分成电压源型和电流源型两类，种类型的实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器，差异主要表现如下：

（1）无功能量的缓冲，两者采用的储能元件不同。

（2）回馈制动，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）调速时的动态响应，由于交-直-交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，而电压型相对较慢。

（4）适用范围，电压源型变频器属于恒压源，电压控制相应慢，适合作为多台电机同步运行时的供电电源，且不要求快速加减速的场合。电流源型变频器属于恒流源，系统对负载电流变化反应迟缓，因而使用于单台电机传动，但可以满足快速起、制动和可逆运行的要求。 (什么叫电压源型变频器？什么叫电流型逆变器？)

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，这类变频调速装置叫做电压源型变频器。当交直交变压变频装置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，这类变频装置叫电流源型逆变器。 10异步电动机在整个调速范围内控制方式？

异步电动机调速方法主要有：变极调速、变阻调速和变频调速等几种 SPWM控制，空间电压矢量PWM，矢量控制，直接转矩控制 11载波比？调制度？

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。改变参考信号的幅值，输出电压基波幅值随之改变 改变参考信号的频率，输出电压的频率随之改变

12在三相静止坐标系下的异步电机的数学模型的特点？

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。

13PWM技术？ PWM整流电路及其控制方法? 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

14在额定频率以下进行调速时希望保持每极磁通为额定值？

（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。

15电压空间矢量PWM技术（磁链轨迹法）的特点是什么？零矢量添加的作用是什么？零矢量添加的原则是什么？

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。 添加零矢量的原则是选择使器件开关次数最少的零矢量。

16给一典型的矢量控制系统框图，试回答：闭环？坐标系有哪些？直流给定分量？转子磁链观测的输入输出量分别是什么？该磁链观测器具有何特点？磁场定向？磁场定向下的控制方程式？

坐标变换（坐标系）：相变换、旋转变换

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。

(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。 (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

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