交流调速技术

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姓 名 李子奇 学 号 7024131251010

西安电子科技大学网络与继续教育学院

2015学年上学期

《交流调速技术》期末考试试题

（综合大作业）

题号 题分 得分

考试说明：

1、大作业于2015年4月3日公布，2015年5月9日前在线提交； 2、考试必须独立完成，如发现抄袭、雷同、拷贝均按零分计。

一、名词解释（每小题2分，共10分） 1、矢量控制方法

答：矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。

2、异步电动机

答：异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式)、绕线式异步电动机。

3、SPWM

答：SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

4、IGBT

答：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

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一 10 二 20 三 20 四 20 五 30 总分 5、VVVF

答：VVVF，是Variable Voltage and Variable Frequency的缩写， 意为：可变电压、可变频率，也就是变频调速系统。 VVVF控制的逆变器连接电机，通过同时改变频率和电压，达到磁通恒定（可以用反电势/频率近似表征）和控制电机转速（和频率成正比）的目的，所以多应用在变频器中，属于工业自动化领域。

二、选择题（每小题2分，共20分）

1、以下_____ C ____不是异步电动机的交流调速方法。

A．变极调速 B．变频调速 C．带换向器脉宽调速系统 D．改变转差率调速 2、以下不是同步电机主要特点的是___ D _________。 A．一种常用的交流电机。

B．转子转速和电网频率间有不变的关系n=60f/p。 C．若电网的频率不变，同步电机的转速恒为常数。 D．转差率可调。

3、限止电流冲击的最简单方法是采用____ B ______。 A．转速微分负反馈 B．电流截止负反馈

C．电压负反馈 D．带电流正反馈的电压负反馈 4、交流电机定、转子的极对数要求_ B _____。

A．不等 B．相等 C．不可确定 D．可变 5、将交流电能转换成直流电能的变换器为___ A ______。

A．整流器 B．逆变器 C．斩波器 D．交交变频器 6、正弦波脉冲宽度调制英文缩写是____ C _____。 A．PWM B．PAM C．SPWM D．SPAM

7、对电动机从基本频率向上的变频调速属于____ D ______调速。 A．恒功率 B．恒转矩 C．恒磁通 D．恒转差率 8、一台额定运行的三相异步电动机，当电网电压降低10%时，电动机的转速将__ B ____。 A．上升 ．降低 C．不变 D．停止转动

9、在晶闸管触发电路中，改变__ B _____的大小，则输出脉冲产生相位移动，达到移相控制的目的。

A．同步电压 B．控制电压 C．脉冲变压器变比 D．导通角 10、改变三相异步电动机转向的方法是_ C ______。 A．改变电源频率 B．改变电源电压 C．改变定子绕组中电流相序 D．改变电机工作方式 三、填空题（每小题2分，共20分）

1、随着 电力电子技术 的发展，使得采用 电力电子变换器 的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的实现，高性能交流调速系统产生。

2、交流电机调速技术发展十分迅速，继 矢量控制 技术后，又出现了 直接转矩控制 ，解耦控制等方法。

3、对于异步电机的变压变频调速，必须具备能够同时控制电压 幅值 和频率 的交流电源，而电网提供的是恒压恒频的电源，因此应该配置 变压变频器 ，又称VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）装置。

4、自控变频调速系统是用电动机本身轴上所带 转子位置检测器 或电动机 反电动势 波形提供的转子位置信号来控制变压变频装置换相时刻的系统。

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5、根据载波和信号波是否同步及 载波比 的变化情况，PWM调制方式分为 异步调制和 同步调制。

6、脉宽调制（PWM）的目的是使变压变频器输出的电压波形尽量接近 正弦 波，减少 谐波 ，以满足交流电机的需要。

7、交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的 电磁转矩 。

8、电动机的串级调速系统的起动方式通常有 间接启动 和 直接启动 两种。

9、串级调速装置是指整个串级调速系统中除异步电动机以外为实现串级调速而附加的所有功率部件，包括三部分，即就是 转子整流器 、 逆变器 和 逆变变压器 。

10、调速控制系统是通过对 电动机 的控制，将 电能 转换成 机械能 ，并且控制工作机械按给定的运动规律运行的装置。

四、简答题（每小题4分，共20分） 1、简述负载类型和变频器的选择的关系。

答：变频器不是在任何情况下都能正常使用的，因此用户有必要对负载、环境要求和变频器有更多的了解，电动机所带动负载不一样，对变频器的要求也不一样，长期低速运转，由于电动机发热量较高，风扇冷却能力降低，因此必须采用减速比的方法或者改用6级电机，使电机运转在较高频率附近。

2、简述调速系统中变频器的一般分类。

答：按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/f控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。

3、简述变频器的定义和作用。 答：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流\\/过压\\/过载保护等功能。 变频器功能作用主要有：变频节能、功率因数补偿节能、软启动节能。

从理论上讲，变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5-6倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。

4、简单说明直接转矩控制的优点。 答：（1）在定子坐标系下分析交流机的数学模型，直接控制磁链和转矩，不需与直流机做比较、等效、转化等，省去了复杂的计算。

（2）直接转矩控制以定子磁场定向，只需定子参数，而不需随转速变化的，难以测定的转子参数，大大减少了参数变化对系统性能的影响。 （3）采用电压矢量和六边形磁链轨迹，直接控制转矩

（4）转矩和磁链都采用两点调节器（带滞环的band-band 控制），把误差限制在容许的范围内，控制直接又简化。

（5）控制信号的物理概念明确，转矩响应迅速，而且无超调，具有较高的动静态性能。

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5、简述交流调速技术的现状和发展趋势。

答：进入21世纪以后，交流调速系统取代直流调速系统已成为不争的事实。目 前，交流调速系统的应用领域主要有以下三个方面：1一般性能调速和节能调速；2高性能的交流调速系统和伺服系统；3特大容量、极高转速的交流调速。交流电动机有异步电动机和同步电动机两大类，而两类电动机又有不同类型的调速方式。

1进行新型开关原件和储能元件的研制；2最新控制思想和方法不断运用于交流调速产品；3控制装置可靠性越来越高性能，不断解决瞬时停电后的装置安全及恢复正常问题；4微型计算机产品在现代交流调速装置不断运用；5进行大容量和特大容量等级的新型交流调速装置不断运用，同时也进行结构精巧的高性能高精度交流控制电机技术研究。

五、综合应用题（每小题15分，共30分） 1、试划出现代调速系统的一般框图：

（要求画出结构图形，并对其中各部分进行解释）

答：图中展现一个变频调速系统，这是一个交-直-交典雅型变频调速系统的一个组成框图。 电源部分一般是横頻电源，经整流稳压和逆变模块变换为可变频变压的交流电，驱动电动机进行变频调速。控制装置可用单片机、DSP或者PLC等承担；传感器用于检测电动机的转速或者转子位置等。

2、三相异步电动机p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速n=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2。

答：

同步转速：n0=60f1/p=60×50÷3=1000r/min 转速率s=(n0－n)/n0=(1000－960) ÷1000=0.04 转子电动势的频率f2=sf1=0.04×50=2HZ

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